Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Все статьи: 618
Характеристики нестационарной эжекции в жидкостном струйном насосе
Статья научная
Предложена уточненная физико-математическая модель рабочего процесса струйного насоса. На её основе рассчитаны и проанализированы характеристики рабочего процесса при запуске струйного насоса. Показано, что выход эжектора на стационарный режим работы сопровождается выбросом жидкости в приёмную камеру насоса на начальной стадии переходного процесса, а при определённом наборе параметров коэффициенты эжекции, достигнутые в переходном процессе, значительно превышают таковые при установившемся режиме работы устройства.
Бесплатно
Цифровой двойник быстроходной гусеничной машины с бортовым гидрообъёмным механизмом поворота
Статья научная
Статья посвящена исследованию процессов, происходящих в трансмиссии и механизме поворота быстроходного тягача МТЛБу с оригинальной структурой механизма передач и поворота (МПП). Традиционная конструкция зубчато-рычажного двухпоточного МПП дополнена тремя гидромашинами, соединенными двумя гидролиниями. Это позволило тягачу реализовать любой радиус поворота от прямолинейного движения до разворота на месте вокруг центра тяжести. Разработана математическая модель (цифровой двойник) быстроходного гусеничного тягача, с помощью которого удалось выбрать параметры автоматической системы управления движением МТЛБу, обеспечивающей прохождение машиной трассы типа змейки на четвертой передаче, со скоростью 34 км/час, что недостижимо при традиционном МПП этой машины. Проанализированы показатели управляемости движения МТЛБу вблизи границы заноса. Показано, что поворот быстроходной гусеничной машины на границе заноса весьма привлекателен с энергетической точки зрения. Поворот за счет инерционных сил существенно разгружает двигатель внутреннего сгорания и в итоге сокращает расход топлива. Сложность состоит в управлении машиной на границе заноса. В статье показано, что следящая система управления успешно решает эту проблему. В качестве задающего сигнала использована информация о кривизне трассы, которая может формироваться GPS-навигацией или реперными точками на местности. Результатом исследования являются графики изменения параметра регулирования насоса гидрообъёмной передачи, давления в магистралях гидрообъёмной передачи, частот вращения ведущих колес, смещения полюса поворота, характеризующего степень приближения к границе заноса и траекторию движения в декартовых координатах.
Бесплатно
Статья научная
Измерены частотные зависимости коэффициента затухания электромагнитных волн в 3D-нанокомпозитах на основе опаловых матриц, содержащих наночастицы ферритов-шпинелей, в условиях магнитного резонанса.
Бесплатно
Статья научная
Применительно к условиям использования гусеничной машины на бульдозерно-рыхлительных работах делается анализ составляющих сопротивления движению, предлагаются установленные на основании статистической обработки результатов исследований уравнения для расчёта потерь на преодоление сопротивлений в гусеничном движителе.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена математическая модель течения газа в профилированных зазорах с вибрацией, последовательно соединенных в Т-образную структуру. Т-образная структура сформирована из профилированных плоского слоя и цилиндрического капилляра. Представлены результаты численного решения модельных уравнений с использованием метода конечных разностей в сравнении с результатами аналитического решения, полученного при использовании асимптотического анализа. Исследованы интегральные характеристики зазоров с вибрацией, совместно работающих в Т-образной структуре, а также определены геометрические параметры таких зазоров, оказывающие значительное влияние на интегральные характеристики.
Бесплатно
Численное моделирование и анализ нагрузочных характеристик лепесткового подшипника с газовым слоем
Статья научная
Реакции лепесткового подшипника с газовым смазочным слоем определяются на основе численного решения задачи гидроупругости. Выполнен анализ нагрузочных характеристик радиального подшипника, содержащего упругую систему оболочек-лепестков, при различных конструктивных параметрах. Представлена методика оценки предельной несущей способности подшипника на основе упругогидродинамической модели
Бесплатно
Статья научная
Разработаны методики расчета нестационарных процессов внутренних сверхзвуковых течений газа на примере выхода ракеты из пускового контейнера. С помощью различных методик исследования удалось провести анализ влияния конструктивных параметров пускового контейнера на скорость движения ракеты не только качественно, но и количественно. Эти же методики позволили оценить влияние внешнего температурного фактора на параметры выхода ракеты из транспортно-пускового контейнера.
Бесплатно
Численное моделирование течения в следе при сверхзвуковых скоростях
Статья научная
Приведены результаты численного моделирования сверхзвукового обтекания конусов и конфигураций «сфера - цилиндр - юбка» в рамках ос-редненных по Рейнольдсу уравнений Навье - Стокса. Представлены пространственные поля течения сверхзвукового обтекания конусов и конфигураций «сфера - цилиндр - юбка». Рассмотрены качественные особенности сверхзвукового обтекания конусов и конфигураций «сфера - цилиндр - юбка», связанные с образованием возвратно-циркуляционной зоны, области присоединения, течения в следе, в том числе области сжатия с образованием хвостового скачка уплотнения. Результаты численного моделирования сопоставлены с экспериментальными данными по визуализации течения. Проведено сравнение расчетных значений коэффициента донного давления и коэффициента донного сопротивления исследуемых аэродинамических конфигураций с экспериментальными данными.
Бесплатно
Численный анализ влияния поверхностного трения на аэродинамические характеристики профиля
Статья научная
Исследуется влияние точности моделирования пограничного слоя на точность вычисления интегральных и распределённых характеристик профиля крыла на примере RAE 2822. Используются две математических модели течения газа: k-ω SST и «невязкого» газа. Решение проводится алгоритмами первого и второго порядков точности, которые дают разные результаты в области отрыва пограничного слоя. Как показали численные исследования, точность расчёта коэффициента трения на поверхности профиля и толщины пограничного слоя существенно влияет на определение точки отрыва потока, что сказывается на вычислении распределенного по поверхности давления и интегральных характеристик профиля.
Бесплатно
Эволюция опор на газовой смазке
Статья научная
Проблема устойчивости и обеспечения надежности высокоскоростных турбомашин на газовых опорах приобретает все большую актуальность в силу повышения скоростей и, как следствие, - возрастающих нагрузок. Газодинамические подшипники также отвечают требованиям экологичности производства, что на данный момент также является важным фактором. Надежность всех турбомашин во многом определяется надежностью опор скольжения, проектирование которых является достаточно сложной как научной, так и производственной задачей, включающей в себя детальную проработку самой опорной конструкции, а также нелинейных процессов, происходящих в конструкции при различных эксплуатационных режимах. Данная статья представляет собой обзор конструкций газодинамических подшипников. Вопросам конструктивных особенностей газовых опор, изучению процессов, происходящих в этих опорах, а также моделированию этих процессов посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных исследователей. Направление исследований можно разделить на расчетные и экспериментальные. Экспериментальные исследования проводятся на единичных образцах, конструктивные особенности которых достаточно сложны, что влечёт за собой трудности для описания расчетной модели таких опор; формулировка таких моделей значительно упрощает саму конструкцию, что влечет за собой потерю адекватности модели. Тенденция упрощения модели также наблюдается для расчетных исследований. Как следствие, построение адекватной математической модели, учитывающей конструктивные особенности и отражающей нелинейные взаимосвязи процессов, происходящих в газовых опорах при различных эксплуатационных режимах, является актуальной по сей день. Этому вопросу будут посвящены дальнейшие исследования.
Бесплатно
Экологический контроль и тестовое динамическое управление выходными параметрами двигателя
Статья научная
В современном транспорте экологический контроль приобретает ключевую роль при формировании стратегии управления техническим состоянием узлов и систем. Первым этапом в уменьшении токсичности выбросов отработавших газов явилось введение норм ЕВРО, последовательно с ЕВРО-0 до ЕВРО-6. Нормы ЕВРО в системах выпуска отработавших газов привели к появлению каталитических нейтрализаторов, которые дезактивировали большую часть вредных выбросов. Ключевую роль также стали играть датчики кислорода, при установке которых появилась обратная связь. Таким образом, мировое автомобилестроение приблизилось к возможности управления выходными параметрами двигателя. Однако для этого имеется недостаточное количество параметров, рабочих режимов и дополнительных элементов контроля. В представленных исследованиях использован новый метод селективного контроля отработавших газов в каждом отдельном цилиндре. Основой применения метода стало приборное средство для обеспечения тестовых режимов диагностирования - догружатель бензиновых двигателей ДБД-4. Подготовлена экспериментальная установка с доработкой системы выпуска отработавших газов. В выпускном коллекторе были предусмотрены точки для индивидуального забора проб отработавших газов с охлаждением зонда газоанализатора. Для контроля использовались параметры: частота вращения коленчатого вала, полное и частичное (поцикловое) отключение цилиндров, О2, СО, СО2, СН. Режим обеспечивался числом отключенных рабочих циклов двигателя и частотой вращения коленчатого вала. Управление осуществлялось внутренней коррекцией топливоподачи при воздействии на длительность впрыска электромагнитной форсунки. При проведении исследований были установлены минимальные значения параметров токсичности отработавших газов при тестовых воздействиях. Данная методика с комбинацией режимов и параметров позволяет снизить токсичность отработавших газов и улучшить экономичность и эффективность эксплуатации автомобилей.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается трехрежимное управление моторно-трансмиссионной установкой автомобиля для повышения тягово-скоростных свойств и снижения расхода топлива. Произведена оценка эффективности трехрежимного управления экспериментальным путем по разработанной авторами методике. Результаты перспективны для разработки электронных систем трехрежимного управления автомобилей.
Бесплатно
Статья научная
Выполнена экспериментальная оценка потенциальной возможности использования новой технологии - лазерного текстурирования поверхности в параллельных упорных гидродинамических сегментных подшипниках. Исследовано влияние текстурирования несущей поверхности упорного подшипника на толщину смазочного слоя и коэффициент жидкостного трения. Полученные результаты сопоставлены с аналогичными для нетекстурированного образца.
Бесплатно
Статья научная
Формование намоточных подшипников скольжения из армированных реактопластов неизбежно ведет к нарушению первоначальной кольцевой формы армирующего наполнителя. Проведенные экспериментальные исследования влияния программированной разориентации наполнителя на свойства материала намоточной конструкции показали значительное улучшение технических характеристик подшипника.
Бесплатно
Статья научная
В современном машиностроительном производстве существует множество деталей, имеющих как значительные габаритные размеры, так и сложные труднодоступные поверхности для обработки. Изготовление таких деталей производится на специализированном оборудовании, которое имеет такие же значительные габаритные размеры. Однако сложность конструкции ряда деталей, таких как корпус ракетного двигателя, емкости большого объема, неразборные металлоконструкции и т. д., а также их труднодоступность, нивелирует технологические возможности данного оборудования. В настоящее время для обработки таких деталей используют промышленных роботов, оснащенных инструментальными шпинделями. Наличие большого количества степеней свободы данного оборудования, сравнительно небольшие габаритные размеры и обширность рабочей зоны позволяют их эффективно использовать в данной сфере машиностроения. Однако недостаточно изученная жесткость данного оборудования, отсутствие конкретных рекомендаций по их применению значительно ограничивают сферу их применения. Таким образом, вопросы, связанные с взаимным влиянием жесткости технологической системы, силой резания и режимами резания при изготовлении крупногабаритных деталей при помощи промышленных роботов, актуальны и требуют всестороннего исследования. С целью исследования динамических процессов при изготовлении крупногабаритных деталей с использованием промышленного робота проведены эксперименты по определению амплитудно-частотных характеристик вибраций, возникающих в процессе обработки. Экспериментальное исследование позволило установить, что жесткость технологической системы изменяется в широком диапазоне. При этом жесткость детали при импульсной нагрузке отличается от жесткости при фрезеровании не менее чем на порядок, а жесткость шпинделя при фрезеровании отличается от жесткости детали не менее чем на 2 порядка. Исходя из этого в процессе проектирования механической обработки крупногабаритных нежестких деталей при помощи промышленных роботов необходимо учитывать наихудшие условия по жесткости. Целесообразно дальнейшие рекомендации по назначению режимов резания при изменяющихся условиях обработки основывать на учете математического моделирования жесткости элементов технологической системы. Также для автоматизации процесса съема параметров жесткости технологической системы актуальной задачей ставится определение путем тестового определения вибраций на шпинделе промышленного робота и косвенной оценкой микроперемещений на детали.
Бесплатно
Экспериментальное исследование запорного устройства вихревого типа
Статья научная
Современные технологии получения материалов включают химические реакции, протекающие при избыточном давлении и высоких температурах, сопровождающиеся фазовыми переходами. Такие процессы протекают в аппаратах сернокислотного производства, гетерогенного катализа и химического синтеза, в аппаратах для сушки, обжига и плавления сыпучих материалов и других печах. Рассматриваемые технологические процессы сопровождаются загрузкой сыпучего материала во внутреннюю полость аппарата - реактор. При этом окно загрузки материала герметизируется, как правило, механическим запорным устройством, которое открывается в стадии технологического процесса, сопровождающегося загрузкой сырья в реактор. При этом герметичность реактора нарушается и возможен выброс газов в окружающую среду, что несет угрозу здоровью рабочего персонала и экологии в целом. Данная статья посвящена экспериментальному изучению газодинамических характеристик потока воздуха на срезе кольцевого сопла пневматического запорного устройства вихревого типа. В работе приведен анализ методов изучения гадрогазодинамических параметров вихревых течений с обоснованием выбора метода изучения, а также описание лабораторной установки и контрольно-измерительной аппаратуры для исследования. В результате исследований получены распределения полного давления от осевой составляющей скорости и проанализирована его структура. Также построены диаграммы распределения осевой составляющей скорости активного воздуха в исследуемом сечении и получено уточненное распределение скорости вдоль радиуса сопла. Полученные в ходе исследования результаты свидетельствуют о работоспособности аппарата, могут быть применены при физико-математическом описании рабочего процесса вихревого пневматического затвора, а также при разработке методики оптимального профилирования устройства.
Бесплатно
Экспериментальное исследование комбинированной системы виброзащиты прецизионного оборудования
Статья научная
Рассматриваются результаты испытаний комбинированной виброзащитной системы, предназначенной для подавления колебаний прецизионного оборудования. Предварительно был проведен глубокий анализ теоретических исследований в области создания виброзащитных систем. Эти исследования показали недостаточную разработку данного направления знаний. Особенность заключается в том, что в большинстве исследований в качестве силовых элементов рассматриваются электромагнитные устройства. Однако в большинстве случаев электромагнитные поля отрицательно влияют на работу прецизионного оборудования, установленного на виброзащитных столах. Это обстоятельство заставило нас искать возможности использования силовых элементов с применением альтернативных видов энергии. Одним из таких видов является энергия сжатого газа. Среди силовых элементов, широко используемых в пневматических системах особое место занимают резинокордные оболочки. Они обладают высокой грузоподъемностью, малой жесткостью и при этом значительно дешевле пневмоцилиндров. Однако резинокордные оболочки имеют серьезный недостаток, который заключается в том, что они обеспечивают лишь одностороннюю силовую направленность. Обратный ход этих устройств осуществляется за счет веса установленного на них оборудования, либо за счет упругих элементов. Было принято решение в конструкции силового привода виброзащитной системы использовать реверсор, подобный тем, которые используются на разрывных машинах для сжатия образцов. Резинокордная оболочка, установленная на реверсор, позволяет отказаться от упругих элементов для осуществления обратного хода и сделать этот процесс управляемым. Таким образом, одна оболочка выполняет функцию пассивной виброзащиты, а две других (для одной опоры), работая в противофазе колебаниям виброзащищаемой платформы, - активную систему. Работая одновременно, они образуют комбинированную систему виброзащиты. Исследование разработанной математической модели комбинированной системы виброзащиты с дроссельным управлением давлением газа в силовых элементах показала ее эффективность в низкочастотном диапазоне. Для проведения лабораторных испытаний разработан и построен стенд, который включает в себя систему возбуждения колебаний, комбинированную систему силовой реализации, управляющий вычислительный комплекс и измерительно-вычислительный комплекс. Испытания проводились на созданном экспериментальном стенде с системой автоматического управления по скорости перемещения защищаемого объекта. Полученные результаты свидетельствуют об эффективности разработанной комбинированной виброзащитной системы в сравнении с работой только пассивной системы. Проведенная оценка качества комбинированной виброзащитной системы с использованием интегральных критериев показала ее эффективность по сравнению с пассивной виброзащитной системой при гармоническом возбуждении на величину до 40 %. Полученные результаты испытаний имеют расхождение в низкочастотной области рабочего диапазона с данными математического моделирования на уровне 10 %.
Бесплатно
Экспериментальное исследование процесса шлифования с применением акустических характеристик
Статья научная
В работе рассмотрены результаты экспериментального исследования процесса круглого наружного врезного шлифования и сопровождающие его звуковые явления. Акустические колебания, порождаемые процессом абразивной обработки, являются косвенным параметром, характеризующим состояние процесса резания. Такая информация применима для управления процессом шлифования и планирования технологического процесса. Достоинство метода учета и прогнозирования текущего состояния технологической системы при шлифовании, основанного на применении акустических данных, заключается в возможности его применения без прерывания производственного процесса. Предметом экспериментального исследования является акустический сигнал, возникающий при шлифовании. Цель работы заключается в проведении экспериментального исследования зависимости звуковых параметров процесса шлифования от технологических условий операции и их связи с параметрами качества обработки. Основными методами, применяющимися для достижения обозначенной цели, являются эксперимент, измерение и анализ. Эксперимент позволил получить данные, необходимые для дальнейшей обработки. Регистрация звукового сигнала, генерируемого в процессе шлифования на разной скорости подачи - основная задача опытов эксперимента. С помощью контактных измерений был определен реальный профиль шлифованных образцов, что является важнейшим этапом для определения взаимосвязи между характеристикой процесса шлифования и показателями качества обработанной поверхности. Аналитический метод применялся для обработки полученных данных эксперимента и измерений. С его помощью из широкого диапазона были выявлены информативные звуковые частоты, отражающие изменения процесса шлифования во времени. Анализ данных измерения дал возможность оценить отклонение шлифованных образцов от круглости в зависимости от технологических условий реализации операции, определить параметры, которые оказывают наибольшее влияние на этот критерий качества обработки. В результате проведения исследования была установлена взаимосвязь между акустической характеристикой - звуковым давлением и параметром качества шлифованной поверхности - отклонением от круглости. Полученные знания о звуковой характеристике процесса шлифования могут быть применены для более рационального использования ресурса абразивного инструмента через прогнозирование периода стойкости шлифовального круга. Ключевые слова: акустический анализ звука, спектральный анализ звука, процесс шлифования, отклонения от круглости, период стойкости шлифовального круга.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен низкотемпературный твердотопливный газогенератор с составом на основе азида натрия. Описана экспериментальная установка. Представлены результаты экспериментов. Приведены результаты обработки экспериментальных данных.
Бесплатно
Экспериментальное исследование работоспособности газодинамического подшипника
Статья научная
Вопрос работоспособности высокоскоростных турбомашин напрямую связан с процессами, происходящими в опорах - газовых подшипниках скольжения. Наиболее распространенной конструкцией таких опор является многолепестковый подшипник. Одно из главных направлений исследований заключается в разработке конструкции, обеспечивающей надежную работу подшипника. Одно из ключевых отличий от жидкостных опор - долговечность газовых подшипников - напрямую зависит от количества циклов пусков и остановов. Период пуска турбомашины представляет собой наиболее тяжелый режим работы лепестковых газодинамических подшипников. Критической особенностью этого режима является недостаточное формирование газового слоя на малых скоростях вращения. Нагрузка на рабочие поверхности опоры оценивается как номинальная, равная весу ротора. Если режим пуска турбомашины пройден, то в дальнейшем, при наборе оборотов, она будет работоспособна. Исследование переходного режима при запуске требует комплексного подхода, включающего как теоретические, так и экспериментальные исследования. Данная статья является продолжением теоретических исследований для лепестковых газодинамических подшипников с пакетом взаимоперекрывающихся лепестков. Основные параметры, обеспечивающие работоспособность таких опор, включают в себя: скорость всплытия вала в момент пуска и значение силы, действующей на опору. В рамках данного исследования разработана экспериментальная установка, с помощью которой получены значения скорости всплытия вала в зависимости от силы статического нагружения. Проведены серии опытов при различных вариациях начальных нагрузок, вплоть до критического значения. Результатом опытов являются значения допустимых статических нагрузок и диапазон значений скорости всплытия вала. Это исследование позволяет облегчить дальнейшие параметрические исследования при математическом моделировании процессов, происходящих в газодинамических подшипниках.
Бесплатно
