Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 618
Тенденции развития питательных насосов
Статья научная
Рассматриваются питательные насосы для энергоблоков мощностью более 600 МВт тепловых электрических станций. Принципами разработки таких насосов в современных условиях является сочетание максимальной надежности и экономичности гидромашин. В первой части статьи описаны мероприятия, повышающие экономичность питательных насосов, приведен теоретически достижимый для них предел КПД. Вторая часть посвящена вопросам, связанным с увеличением срока службы и интервала между капитальными ремонтами до 5 лет. Все теоретические выводы обоснованы стендовыми и промышленными испытаниями насосов, а мероприятия рассматриваются на примере питательного насоса мощностью 40 МВт.
Бесплатно
Статья научная
В статье проанализированы и описаны теоретические аспекты и проблемы, возникающие при расчете токов короткого замыкания системы электроснабжения тягового электропривода переменного тока (в составе энергосистемы имеются полупроводниковый выпрямитель и тяговый инвертор), размещенного на шасси полуприцепа (активного полуприцепа), входящего в состав «Арктического автопоезда». Обозначенные выше вопросы проработаны, но тем не менее выводы требуют уточнений посредством дополнительной экспериментальной проверки. Активный полуприцеп предназначен для транспортировки многофункционального модуля медицинского и хозяйственно-бытового назначения при температурах окружающего воздуха от минус 50 до плюс 40 °С по дорогам с твердым покрытием, по грунтовым дорогам различного состояния, по местности с грунтами со слабой несущей способностью и снежной целине. Тяговый электропривод в составе активного полуприцепа предназначен для создания дополнительных тяговых усилий при тяжелых условиях движения транспортного средства с целью преодоления препятствий, бездорожья и возвышенностей. Данный полуприцеп создается в рамках проекта по разработке унифицированного семейства транспортных средств «Арктический автобус» и «Арктический автопоезд с транспортируемым функциональным модулем» для организации безопасной перевозки пассажиров и мобильных пунктов социальной сферы в районах Крайнего Севера в условиях низких температур (до минус 50 °С) и для обеспечения связанности территорий Арктической зоны Российской Федерации. В связи с этим традиционные методы расчета токов короткого замыкания, а также типовые принципы выбора аппаратов защиты, проверки их уставок, уставок предохранителей, стойкости кабельных линий и шин к токам короткого замыкания не могут быть применены к системе электроснабжения тягового электропривода активного полуприцепа, что обуславливает актуальность и необходимость дальнейших исследований в этой области, поэтому в данной статье предлагаются расчеты, которые, на наш взгляд, могут быть использованы при разработке методики расчета токов короткого замыкания системы электроснабжения тягового электропривода с использованием обратимых и необратимых полупроводниковых преобразователей со звеном постоянного тока.
Бесплатно
Статья научная
Проведенные расчетные и экспериментальные исследования показали, что путем совершенствования систем автоматического регулирования частоты вращения коленчатого вала дизеля возможно значительное улучшение его эксплуатационных, динамических, экономических и экологических показателей.
Бесплатно
Статья обзорная
Предложен обзор работ по приспособляемости конструкций, выполненных в России. Выделены основные отличия российской (прежде всего - челябинской) научной школы: дифференцированный подход к качественно различным процессам неупругого деформирования и эффективное практическое применение новых теоретических результатов. Приведен анализ ряда новых научных направлений механики малоциклового деформирования и разрушения, сформировавшихся на основе проведенных в ЮУрГУ исследований упругой и неупругой приспособляемости.
Бесплатно
Тепло- и массообмен в области с движущимися границами
Статья научная
В различных областях науки и техники необходимо рассчитывать процессы переноса тепла в областях различной формы, границы которых изменяются с течением времени. К ним относятся задачи типа Стефана о промерзании грунта и кристаллизации слитка, для которых при определённых допущениях удаётся получить аналитическое решение. Далее появились работы по расчёту температурного поля в шашках горящего топлива, термическому разложению твёрдых составов, плавлению, абляции теплозащитных покрытий. Математические модели таких процессов включают в себя уравнение теплопроводности, начальные и граничные условия, а также условия перемещения границ. Вместе с тем существуют задачи, связанные с расчётом процессов тепло- и массообмена при течении жидкости и газа в областях, границы которых перемещаются с течением времени. Математические модели таких задач включают в себя системы уравнений в частных производных, решение которых возможно только численными методами. В данной работе предлагается эффективный численный метод решения таких задач на основе метода конечных разностей, который позволяет отслеживать положение границ области при существенном их перемещении на адаптивной разностной сетке.
Бесплатно
Теплофизический анализ процесса плоского шлифования рельсов торцом круга
Статья научная
Анализируется теплофизический процесс шлифования рельсов с целью установления взаимосвязи параметров термических циклов с режимами обработки. На основе проведенных исследований рассмотрены перспективы повышения производительности процесса абразивной обработки рельсов.
Бесплатно
Статья научная
Анализируются недостатки, присущие классическим гидравлическим дросселирующим устройствам, применяемым в различных прецизионных системах. Авторами рассматриваются существующие методы управления потоком жидкой среды посредством изменения гидродинамического сопротивления рабочей жидкости гидравлической системы. Описываются физические основы реализации управления гидродинамическим сопротивлением магнитореологических и электрореологических рабочих сред. Производится анализ преимуществ использования подобных систем по сравнению с классической запорно-регули-рующей гидравлической аппаратурой. Оцениваются преимущества применения магнитореологических регулирующих устройств по сравнению с электрореологическими регулирующими устройствами. На примере магнитореологических систем приводится метод расчета статических характеристик дросселирующих устройств, работающих за счет изменения гидродинамического сопротивления рабочей среды гидравлической системы. Приводится перечень исследований физико-химических свойств частиц магнетика, необходимых в определении параметров, требуемых для расчета управляющего сигнала. Представлены результаты, полученные при проведении сканирующей электронной микроскопии пробы магнитных частиц и спектроскопии магнитных частиц. Авторами описываются методы комбинированного управления расходными характеристиками потока посредством изменения реологических свойств рабочих сред. Рассматривается прикладное значение исследований неньютоновских свойств рабочих сред. Авторы приводят пример моделирования требуемых неньютоновских свойств магнитореологической жидкости за счет применения в качестве жидкости носителя дилатантной среды. Указываются преимущества, достигаемые при использовании подобных методов комбинированного управления расходными характеристиками потока посредством изменения реологических свойств рабочих сред и простейшие способы реализации описанных методов. Предлагается более эффективный метод комбинированного управления расходными характеристиками потока посредством вращающегося управляющего поля и дается обоснование возникающему физическому эффекту.
Бесплатно
Статья научная
Отсутствие определения термина «обрабатываемость» в нормативных документах привело к большому количеству его различных формулировок и критериев оценки, зачастую противоречивых. В большинстве случаев под обрабатываемостью понимают способность (свойство) материала подвергаться обработке. Однако цель любого процесса резания - не просто снять металл, а произвести удаление заданного припуска при обеспечении технологических требований по качеству, точности обработки и т. д., выполнение которых напрямую связано с той или иной степенью обрабатываемости материала. Поэтому разными исследователями к формулировке обрабатываемости добавлялся критерий ее определения, например, обрабатываемость по шероховатости поверхности, обрабатываемость по стойкости инструмента и т. д. Данная ситуация привела к еще большей понятийной неопределенности, а учитывая, что для современного машиностроения характерно постоянное увеличение количества требований к качеству поверхностного слоя, точности обработки и т. д., термин обрабатываемости в том виде, в котором он присутствует, не отражает физической сущности характеризуемого им процесса. Поэтому необходимо рассматривать обрабатываемость не только как свойство материала при определенном технологическом ограничении, но и как комплексный технологический фактор. На основе анализа и обобщения технологических требований, предъявляемых к изделиям после абразивной обработки, предложена схема формирования обрабатываемости как сопротивляемость материала разрушению, ограниченная совокупностью технологических ограничений. Это позволило сформулировать понятие технологической обрабатываемости, которое наряду с учетом собственной сопротивляемости материала резанию учитывает обеспечение всех технологических ограничений и требований к обработанной поверхности заготовки. Для практической реализации концепции технологической обрабатываемости материалов сформирован комплекс технологических ограничений и параметров управления, формализация которого позволила понятие технологической обрабатываемости привести к математическому описанию, которое дает возможность структурно включить и использовать все существующие теоретические и экспериментальные наработки в области абразивной обработки.
Бесплатно
Статья научная
Обработка резанием композиционных неметаллических материалов обладает рядом особенностей, отличающих ее от аналогичной обработки металлов, возрастают требования к износостойкости и качеству режущего инструмента. Применяемые в настоящее время инструменты и режимы обработки очень часто не позволяют обеспечить требуемого качества изделий. Для решения этих проблем нами разработан комплекс мероприятий, направленных на повышение эффективности применения режущих инструментов для обработки композиционных материалов. Разработана методика моделирования сборного фрезерного инструмента для обработки композиционных материалов, позволившая математически описать конструктивные и геометрические особенности, определить характер структурных связей в системе инструмента. Предложена методика многокритериального сравнительного анализа конструктивных решений инструмента для выбора рациональной конструкции при варьируемых условиях сопоставимости. Создан программный комплекс формирования базы данных сборного фрезерного инструмента для обработки композиционных неметаллических материалов и выбора рациональной конструкции в одном программном приложении. Спроектированы новые конструкции сборного фрезерного инструмента, увеличивающие его технологические возможности, снижающие расход инструментальных материалов, простои, связанные с переналадкой инструмента и его заменой при потере режущей способности и отличающиеся повышенной точностью и надежностью при обработке композиционных материалов. Разработана физико-математическая модель процессов деформации, повреждения и разрушения инструментальных материалов типа WC-Co при алмазном затачивании на основе теоретических положений механики повреждаемых твердых сред. Установлены закономерности влияния комбинированных методов элект-роалмазной обработки на экономические и качественные параметры обработки. Научно обоснованы технологические режимы, позволяющие с гарантированным качеством затачивать твердосплавные режущие инструменты комбинированным методом элект-роалмазной обработки. Исследован процесс обработки композиционных неметаллических материалов инструментом, подготовленным с учетом рекомендаций по созданию, изготовлению и анализу конструктивных решений. Экспериментально обоснованы геометрические параметры инструмента и режимы, гарантирующие высокое качество обработки композиционных материалов на полимерной основе.
Бесплатно
Технологические ограничения применения микрошлифования заготовок из легированных сталей
Статья научная
В мировой практике находят все большее применение прогрессивные технологии обработки микродеталей. К таким технологиям относится микрошлифование. Микрошлифование позволяет обрабатывать мелкие детали с высокой производительностью и чистотой поверхности. Микрошлифование имеет преимущество перед другими процессами изготовления микродеталей, поскольку обеспечивает очень высокую шероховатость поверхности и минимальные заусенцы. Анализ литературных источников показал, что большинство работ направлены на исследование обработки таких материалов, как стекло, кремний, АД33, АД35, из-за широкой области их применения. Все работы, связанные с обработкой легированных сталей, носят эмпирический характер и заключались в подборе оптимальных режимов резания. Таким образом, универсальные технологии процесса микрошлифования, направленные на обработку деталей, отсутствуют, а технологию обработки конкретной детали из конкретного материала необходимо разрабатывать, основываясь на базовых понятиях «технологии машиностроения» и совершенствовать путем анализа эмпирических данных. В рамках данной работы проводились экспериментальные исследования возможности обработки детали из стали 40ХН2МА методом микрошлифования. Для проведения исследования был собран экспериментальный стенд на базе вертикально-фрезерного станка EMCOMILL 300, оснащенного высокоскоростным пневматическим шпинделем HTS1501S. В качестве режущего инструмента выбран бур фирмы Nakanishi диаметром 1,2 мм. На стенде последовательно обрабатывались заготовки с термообработкой и без нее. В результате исследования определена технологическая возможность и эффективность обработки детали из стали 40ХН2МА методом микрошлифования на вертикально-фрезерном станке с ЧПУ с помощью высокоскоростного пневматического шпинделя и инструмента из кубического нитрида бора (CBN).
Бесплатно
Технологические характеристики открытой сварочной дуги
Статья научная
Приведены результаты исследований структуры, геометрических и физических характеристик анодного пятна и их связь с катодными процессами открытой сварочной дуги.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена результатам теоретических и экспериментальных исследований, направленных на обеспечение надежности параметров качества обработанной поверхности рельсов при шлифовании в условиях железнодорожного пути. В качестве показателя выбора тех или иных режимов и условий обработки по критерию параметрической надежности предлагается максимум вероятности выполнения задания по параметру шероховатости в заданном интервале. Для различных технологических операций указанная вероятность определяется путем имитационного моделирования, которое осуществляется в виде аддитивных или степенных моделей. Представлена математическая модель надежности технологии шлифования рельсов адекватно отражающая важнейшие технологические параметры функционирования системы и позволяющая проектировать оптимальные технологические процессы. Для практической реализации разработанной модели проведены исследования по влиянию шероховатости поверхности на циклическую трещиностойкость, контактно-усталостную прочность и износостойкость рельсов, результаты которых позволяют прогнозировать уровень эксплуатационных свойств рельсов на основе полученных значений шероховатости. Изменение шероховатости поверхности рельсов на 20 мкм приводит к изменению её износостойкости на 20-25 %, трещиностойкости и усталостной прочности на 15-20 %. Установлен диапазон изменения шероховатости обработанной поверхности рельса для обеспечения повышенной стойкости рельсов в различных условиях эксплуатации. Так для рельсов, уложенных в кривых участках пути, оптимальная шероховатость должна быть в пределах Rz = 5…10 мкм для обеспечения повышенной износостойкости. Для рельсов на прямых участках пути шероховатость, обеспечивающая повышенную усталостную прочность рельсов должна находиться в пределах Rz = 35…50 мкм. Анализ результатов расчета по надежности технологического обеспечения показал, что надежность обеспечения шероховатости поверхности в требуемых диапазонах для всех штатных программ шлифования не превышает 0,6, что является недостаточным по причине неэффективности применяемых мер по предотвращению появления причин возникновения дефектов при реализации технологии шлифования рельсов в условиях железнодорожного пути. Проведена оценка видов, причин и последствий потенциальных дефектов при реализации технологии шлифования рельсов, которая позволила предложить альтернативные технологические решения и увеличить надежность технологического обеспечения шероховатости обработанной поверхности рельсов в установленных диапазонах более чем в 2 раза. Результаты проведенных исследований позволяют повысить уровень технологического обеспечения качества обработанной поверхности рельсового пути за счет учета фактического состояния рельсов и функциональных возможностей используемого оборудования. Результаты промышленных испытаний показали, что предложенные решения позволили повысить надежность технологического обеспечения качества поверхности рельса при шлифовании в условиях железнодорожного пути до 0,85 при 10%-ном увеличении времени планово-подготовительных работ.
Бесплатно
Технология изготовления деталей узлов трения из полимерных композиционных материалов
Статья научная
Рассмотрено влияние режимов ультразвукового прессования на механические свойства полимерного композиционного материала на основе политетрафторэтилена и разработка технологии изготовления деталей узлов трения, методом ультразвукового прессования. В процессе ультразвукового прессования полимеров существенно облегчается возникновение и развитие пластической деформации частиц порошка, осуществляется активация дислокаций, происходящая в результате поглощения акустической энергии в местах дефектов кристаллической решетки и других структурных несовершенств. Вследствие этого за короткое время происходит локальный нагрев материала вокруг этих источников поглощения, увеличение молекулярной подвижности, что обусловливает более интенсивное развитие пластической деформации. Ультразвуковое воздействие может быть успешно использовано при твердофазной технологии получения (синтезе) полимерных композиционных материалов. Особенно это актуально для дисперснонаполненных модифицированных композиционных материалов на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ). Совершенствование технологии получения модифицированного политетрафторэтилена в направлении приложения ультразвука большой интенсивности непосредственно при прессовании композита позволяет достичь существенного повышения его механических и триботехнических свойств. Целью данной работы является исследование влияния параметров ультразвукового прессования на механические свойства композиционного материала на основе политетрафторэтилена и разработка на этой основе технологии изготовления подшипников скольжения. Объектом исследования являлся композиционный материал на основе политетрафторэтилена с модифицирующей добавкой 5 масс. % гексагонального нитрида бора. Показано, что введение ультразвуковых колебаний в прессуемый материал приводит к повышению предела прочности и модуля упругости синтезируемого композита. Столь значительное повышение механических свойств, свидетельствует в первую очередь об изменении структуры композиционного материала, которое и приводит к повышению предела прочности и модуля упругости политетрафторэтилена модифицированного гексагональным нитридом бора.
Бесплатно
Статья научная
Разработана экономичная комбинированная технология нанесения теплозащитных покрытий (ТЗП) на малоразмерные модели для испытаний материалов ТЗП в высокотемпературной аэродинамической трубе. Технология обеспечивает соответствие параметров ТЗП на модели параметрам ТЗП натурного изделия, что позволяет использовать результаты испытаний для оценки эффективности работы ТЗП в натурных условиях.
Бесплатно
Токсичность отработавших газов в бензиновых двигателях при работе на сжатом природном газе и бензине
Статья научная
Снижение токсичности отработавших газов бензиновых двигателей с искровым зажиганием обуславливается необходимостью снизить экологическую напряженность при активном использовании автотранспорта в крупных городах. Целью проводимой работы являлось выявление возможностей снижения токсичности отработавших газов двигателей с искровым зажиганием. Исследования проводились в условиях одноцилиндровой установки УИТ-85, имитирующей рабочий процесс при максимальной нагрузке и двигателе ВАЗ-2111 на режиме холостого хода. Эти режимы оказывают наибольшее влияние на токсичность бензинового двигателя. Экспериментальные исследования на двигателе ВАЗ-2111 проводились при стандартной степени сжатия 9,8 и при пониженной степени сжатия 7,5, за счет установки специальной алюминиевой пластины толщиной 4 мм. При проведении экспериментальных исследований фиксировалось давление в цилиндре двигателя, электропроводность пламени в зонах установки датчиков ионизации, а также расход топлива и воздуха на впуске и характеристики токсичности отработавших газов. В качестве топлива использовался бензин и сжатый природный газ. Для оценки возможностей снижения токсичности за счет активизации процесса сгорания для испытаний на двигателе ВАЗ-2111 применялась добавка водорода в размере 4 % (0,02 кг/ч) и 6 % (0,03 кг/ч) от массы топлива. При исследованиях на УИТ-85 для бензина применялась добавка водорода в 5 % и для сжатого природного газа 5, 10, 15 % соответственно. Показано, что природный газ может обеспечить снижение токсичности отработавших газов как по оксидам азота, так и по углеводородам и монооксиду углерода, при сохранении мощностных показателей работы двигателя, если будут подобраны оптимальные углы опережения зажигания. Для эффективного сгорания при работе на холостом ходу необходимо применение способов интенсификации процесса сгорания, как вариант показано эффективное воздействие водорода при добавке в 4 % от массы топлива. При этом влияние водорода более эффективно при работе на природном газе.
Бесплатно
Статья обзорная
Предложена и обоснована концепция построения кинематической схемы трансмиссии быстроходной гусеничной машины с центральной коробкой передач и регулируемой гидрообъемной передачей в механизме передач и поворота. Схемное решение позволяет использовать в трансмиссии гидрообъемную передачу с минимально возможной установочной мощностью
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются структура, принцип действия и результаты компьютерного моделирования трехфазного нагрузочно-питающего устройства (НПУ) c интегрирующей системой управления, предназначенного для испытания и исследования электротехнического оборудования, в том числе и преобразователей электрической энергии. В отличие от известных нагрузочных устройств, предложенное НПУ обеспечивает двунаправленный поток мощности. Это делает возможным испытывать и исследовать преобразователи электрической энергии, как в выпрямительном, так и инверторном режимах. Кроме того, НПУ обладает высокими энергетическими показателями, а также является энергосберегающим.
Бесплатно
Трещинообразование ролика натяжной станции петленакопителя стана тандема холодной прокатки 2000
Статья научная
При возникновении автоколебаний ролика натяжной станции петленакопителя стана холодной прокатки во время эксплуатации появляются трещины на наружных поверхностях ролика. Определение причин возникновения трещинообразования и оценка остаточного ресурса ролика натяжной станции является актуальной задачей. Разработан цифровой двойник натяжной станции петленакопителя стана холодной прокатки в соответствии с классификацией Майкла Ривса и в соответствии со стандартом ГОСТ Р 57700.37-2021 «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий». Используемые технологические параметры и диагностические данные, отраженные и сохраненные во внешней по отношению к промышленному объекту среде, представляют собой «цифровую тень». Базы данных технологических и вибрационных параметров стана и ролика натяжной станции объединены графической оболочкой. Построена численная трехмерная модель ролика натяжной станции. Определены собственные формы и собственные частоты колебаний. Нижние собственные формы, полученные расчетом, согласуются с частотами колебаний подшипниковых опор натяжного ролика, сохраненными в цифровом следе стана. На высоких частотах наблюдается смешанная форма колебаний (оболочечные колебания и изгиб полуосей), которая также имеет примерное соответствие на виброграммах цифрового следа. С использованием виртуального промышленного эксперимента связаны виброускорения и циклы нагружения подшипниковых опор натяжной станции. Численная трехмерная модель ролика натяжной станции определяет реальные нагрузки, действующие на торцовые поверхности ролика при возникновении автоколебаний натяжной станции. Информация о частоте и амплитуде колебаний позволяет рассчитать количество циклов нагружений и оценить остаточный ресурс до возникновения трещин на торцовых поверхностях ролика натяжной станции.
Бесплатно
Удельное тяговое усилие колесного трактора, оптимальное по тяговому кпд
Статья научная
В результате исследования потенциальной тяговой характеристики колесного трактора получено аналитическое выражение удельного тягового усилия, оптимального по тяговому КПД
Бесплатно
Улавливающее действие СОЖ при шлифовании и оценка его эффективности
Статья научная
Последние годы в нашей стране и за рубежом ведутся активные научные исследования, направленные на совершенствование способов подачи смазочно-охлаждающей технологической жидкости (СОЖ) и применение различных видов энергетического воздействия на нее. Особенности применения СОЖ при абразивной обработке связаны со спецификой конструкции инструмента, режимами и способом обработки. Основными действиями СОЖ являются: смазочное, охлаждающее, моющее, диспергирующее и антикоррозионное. На сегодня известно более 2000 различных способов подачи СОЖ. После их систематизации было выделено 30 основных способов, значительное число их разновидностей и комбинаций. В статье рассмотрены заградительный, комбинированный и новый комбинированный способы подачи СОЖ. Заградительный способ, предназначенный для борьбы с факелом отходов, направленно движущимся из зоны резания и являющимся основным источником загрязнений в рабочей зоне, оказался недостаточно эффективным в реализации основных функций СОЖ. Вследствие этого был разработан комбинированный способ подачи СОЖ, который включал в себя наиболее эффективные способы подачи из известных, например, свободно падающей струей и в среде СОЖ. В результате опытной эксплуатации у данного метода был выявлен ряд недостатков, таких как повышенный расход СОЖ и электроэнергии, низкая эффективность при шлифовании пространственных деталей. Для устранения этих недостатков был разработан новый комбинированный метод. По результатам экспериментов СОЖ, подающаяся данным методом, эффективно выполняла свои основные функции, кроме того проявляла улавливающее действие, которое заключается в снижении концентрации вредных веществ в рабочей зоне оператора станка.
Бесплатно
