Расчет и конструирование. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Гидромеханические характеристики шатунных подшипников, смазываемых неньютоновскими жидкостями
Статья научная
Приводится методика и результаты расчета гидромеханических характеристик шатунного подшипника коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. Поле гидродинамических давлений в смазочном слое подшипника определяется на основе алгоритма сохранения масс. Неньютоновские свойства применяемой для смазки жидкости Максвелла учитываются зависимостями ее вязкости от второго инварианта скоростей сдвига и времени запаздывания изменений вязкости при быстром росте давлений в смазочном слое. Показано, что применение для смазки шатунного подшипника неньютоновских жидкостей приводит к заметному уменьшению толщины смазочного слоя и потерь на трение.
Бесплатно
Гидроструйный эжекционный гидрометатель сыпучих материалов. Метод расчета
Статья научная
Струйные насосы-гидроэлеваторы находят широкое применение в системах напорного гидротранспорта сыпучих материалов (пульпы). К настоящему времени разработаны методы расчета и проектирования струйных насосов для систем гидротранспорта, основанные на экстремальных характеристиках аппарата и параметрах оптимального течения пульпы в трубопроводе. В месте с тем, при сравнительно небольшой дальности транспорта продукта, например, при укладке готового продукта в отвалы после сортировочной установки при гидромеханическом способе разработки месторождения, струйный насос может быть использован в качестве гидрометателя. Последний создает высокоскоростную струю гидросмеси, достаточную для доставки пульпы в отвал по воздуху на заданное расстояние. Скоростной напор гидросмеси на выходе из гидрометателя определяется, с одной стороны, дальностью полета пульпы и плотностью гидросмеси, а с другой - коэффициентом эжекции аппарата, площадью сопла, расходом и напором активного потока. При этом одна и та же дальность доставки пульпы может быть обеспечена при нескольких режимных и геометрических параметрах гидрометателя, Оптимальным является гидрометатель, обеспечивающий заданные подачу твердого продукта и дальность его полета при наименьших расходах воды и энергии. Однако методов расчета струйного насоса-гидрометателя пульпы обнаружить не удалось.
Бесплатно
Гидроструйный эжекционный гидрометатель сыпучих материалов. Рабочий процесс и характеристики
Статья научная
Среди гидродинамических машин струйные насосы принадлежат к числу наиболее распространённых. Высокая востребованность подобного типа насосов обусловлена их следующими особенностями: отсутствием подвижных деталей и простотой устройства, малыми габаритными размерами и массой, высокой самовсасывающей способностью, возможностью перекачки агрессивных сред и гидросмесей, содержащих твердые примеси. При гидромеханическом способе разработки месторождений строительных материалов (песка, гравия и т. п.) струйные насосы, гидроэлеваторы, используют при подводной добыче и транспорте сыпучих материалов до сортировочной установки, а после классификации песчано-гравийной смеси - гидротранспорт песка и гравия в отвалы по трубопроводам. При таком способе укладки готового продукта струйный насос создает статический напор гидросмеси, достаточный для ее транспорта в отвал. Однако возможен и другой способ укладки готового продукта в отвалы - по воздуху струей гидросмеси. В этом случае струйный насос выполняет функцию гидрометателя - устройства для создания высокоскоростной струи гидросмеси. Обзор литературы показал, что такой режим работы струйного насоса не исследовался. Эффективная работа струйного насоса-гидрометателя зависит от соотношения площадей выходного сечения сопла и нормального сечения смесительной камеры, относительной плотности гидросмеси во входном бункере. Для каждого значения относительной плотности гидросмеси существует оптимальное соотношение площадей сопла и камеры, при которых затраты удельной энергии активного потока будут минимальны. Целью данной работы является определение и анализ характеристик эжекционного гидрометателя и выявление наиболее эффективных режимов его работы.
Бесплатно
Статья научная
В рамках тенденции развития ресурсо- и энергосберегающих технологий для сельскохозяйственного производства отмечена необходимость и возможность модернизации конструкции ходовых систем тяговых, транспортных и транспортно-технологических средств в плане их адаптации к особенностям сельскохозяйственной экосистемы. Применительно к гусеничной технике этого можно достичь в том числе за счет создания исполнительных механизмов и развитой системы управления изменением отдельных параметров гусеничной ходовой системы, в частности созданием, поддержанием и изменением усилия предварительного статического натяжения гусениц в зависимости от условий и режимов движения машины. Приведены принципы выбора оптимальной величины усилия предварительного статического натяжения гусениц. Проведен анализ экспериментальных данных и установлено, что величины предварительного статического натяжения и колебаний растягивающих усилий в гусеничном обводе при движении трактора могут достигать больших значений, увеличивающихся с усложнением условий и режимов движения машины. Это доказывает необходимость применения амортизационно-натяжных устройств с элементами автоматизации и интеллектуализации. Проведенный обзор и анализ распространенных конструкций амортизационно-натяжных устройств гусеничных машин с элементами автоматизации позволил выявить ряд их недостатков, включая их реакцию исключительно на возмущение от внешней среды, приведенное к штоку гидроцилиндра, а не на условия и режимы движения как таковые. Предложена принципиальная схема, общее устройство и принцип работы гидрофицированного амортизационно-натяжного устройства с элементами автоматизации. В данной конструкции изменение усилия натяжения гусениц при движении машины происходит в зависимости от положения органов управления машиной, задаваемого оператором в соответствии с заданными условиями и режимами ее работы. Сформированы предпосылки комплексной автоматизации и интеллектуализации амортизационно-натяжных устройств тракторов.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен способ задания асимметрии профиля беговой дорожки механизма преобразования движения бескривошипной поршневой машины. Приведена многопараметрическая диаграмма и примеры ее использования для задания или выбора конструктивных параметров механизма преобразования движения в зависимости от степени горизонтальной асимметрии беговой дорожки.
Бесплатно
Деформирование и разрушение материалов и конструкций в условиях диффузии
Статья научная
Приведен обзор публикаций по влиянию сред (в основном - водорода) на процессы деформирования и разрушения. Выделен ряд нерешенных проблем. Предложено новое решение связанной задачи расчета диффузии и напряженно-деформированного состояния. На примере установок для производства водорода показано, что напряжения от диффузионной дилатации, не учитывавшиеся ранее, могут быть основной причиной разрушения, а понимание механизмов явлений позволяет эффективно влиять на долговечность и безопасность конструкций. Описаны созданные в ЮУрГУ установки для малоцикловых испытаний материалов в газовых средах и результаты пробных испытаний циркониевого и титанового сплавов.
Бесплатно
Динамика гибкого асимметричного ротора на трехслойных подшипниках скольжения
Статья научная
Сформулирована методология решения задачи расчета динамики гибкого асимметричного ротора, опирающегося цапфами на два подшипника скольжения с пакетом плавающих втулок. Задача сводится к решению системы из двадцати четырех уравнений движения пяти элементов ротора, плавающей невращающейся моновтулки и двух вращающихся втулок.
Бесплатно
Динамика зубчато-рычажных механизмов на основе эллиптических колес
Статья научная
Представлена математическая модель зубчато-рычажного механизма на основе эллиптических зубчатых колес, реализующего движения с остановкой выходного звена без разрыва кинематической цепи. Проведено сравнение динамических характеристик различных механизмов и предложены рекомендации для выбора механизмов с наилучшими динамическими свойствами.
Бесплатно
Динамика локального деформирования и разрушения металлической пластины
Статья научная
Рассмотрено решение задачи высокоскоростного ударного взаимодействия индентора и пластины в пакете LS-DYNA. Предложено применение двух типов конечных элементов - формулировок Лагранжа и Эйлера для одного тела (гибридная формулировка), что позволило минимизировать дефект массы и получить экспериментально наблюдаемые механизмы разрушения. Из независимых экспериментов идентифицированы параметры модели материала пластины при скоростях деформирования, близких к возникающим при ударе пулей. Результаты расчета скорости и массы обломков после пробоя по разработанной методике хорошо согласуются с экспериментальными данными.
Бесплатно
Динамика поршня двигателя внутреннего сгорания
Статья научная
Представлена методика математического описания движения поршня в цилиндре, учитывающая силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме (КШМ), гидродинамические силовые факторы в смазочном слое и переменное напряженно-деформированное состояние (НДС) пары поршень-цилиндр. Рассчитана индикаторная диаграмма и определены переменные нагрузки, действующие на поршень в КШМ. Выделены граничные условия для расчета переменного НДС поршня от действия тепловых и силовых факторов. Определены стационарные тепловые и переменные силовые деформации поршня. Опираясь на методы, разработанные для подшипников скольжения, получены гидродинамические силы и моменты, действующие в паре поршень - цилиндр. В результате реализации методики получена траектория движения поршня. Результаты сопоставлены с экспериментальными данными.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена исследованию динамики взаимодействия элементов гусеничного движителя быстроходной гусеничной машины при движении по неровностям, сопровождающейся возникновением не достаточно изученного ранее эффекта «захвата» свободной ветви гусеницы зубчатым венцом ведущего колеса при его переднем расположении и приводящего к разрушению элементов конструкции энергосилового блока. Представлены результаты исследований динамических волновых процессов в гусеничном движителе, полученные на основе разработанной математической модели. Модель, в которой динамическая система представлена как упругий стержень на безынерционном упругом основании, учитывает возникновение инерционных динамических нагрузок в гусенице, формируемых микропрофилем грунта, и позволяет с удовлетворительной точностью выполнить анализ динамического процесса возбуждения поперечных колебаний свободной ветви гусеничного обвода быстроходной гусеничной машины. Из результатов расчетно-экспериментального исследования динамики процесса поперечных волновых колебаний свободной ветви гусеницы при наезде первым опорным катком на неровность установлено, что вследствие воздействия значительной инерционной силы амплитуда колебания гусеницы существенно возрастает, что повышает вероятность ее захвата зубчатым венцом ведущего колеса; амплитуда поперечных колебаний свободной ветви несущественно зависит от параметров конструкции; определяющим фактором является сила предварительного натяжения, которая при наезде первого опорного катка на неровность является неконтролируемой величиной и в предельном случае может сокращаться до нуля; для уменьшения вероятности захвата зубчатым венцом ведущего колеса в конструкцию гусеничного движителя с передним расположением ведущих колес необходимо ввести дополнительный механизм натяжения гусениц и соответствующую систему управления.
Бесплатно
Динамика тел, погруженных в жидкость
Статья научная
Исследуется динамика тел, находящихся в емкости, заполненной несжимаемой идеальной жидкостью. Показано, что уравнения свободных колебаний твердых и упругих тел в жидкости отличаются от обычных уравнений колебаний в воздухе только инерционным коэффициентом. Дается оценка влияния жидкости на характер движения системы с дискретными и распределенными параметрами.
Бесплатно
Динамическая модель механизма с параллельной кинематикой
Статья научная
Представлена методика получения уравнений динамики механизма с параллельной кинематикой, имеющего штанги переменной длины.
Бесплатно
Статья научная
Статья содержит единую теорию структуры, общие закономерности строения, универсальные структурные формулы и математические модели для анализа числа степеней свободы (DOF) и направленного структурного синтеза на основе целочисленных решений разнообразных семейств плоских и пространственных, однородных и неоднородных самоустанавливающихся многозвенных механических систем оптимальной структуры для разных областей машиностроения (одно- и многоподвижные механизмы, фермы, незамкнутые кинематические цепи), содержащих заданное число независимых замкнутых контуров, заданный набор многократных шарниров, а также заданное наиболее сложное звено, общее число и требуемую номенклатуру (assortments) звеньев в проектируемой механической системе. Структурный синтез и анализ статически определимых механических систем выполняется без применения групп Ассура и не требует традиционного подсчёта всего множества кинематических пар.
Бесплатно
Статья научная
Режим холостого хода для двигателей с искровым зажиганием характеризуется значительной неравномерностью протекания процесса сгорания, которая обуславливается тем, что свежая горючая смесь сильно разбавляется остаточными газами. Характеристика горючести этих газов, в значительной мере определяется предшествующим циклом сгорания. Исследования состояли из стендовых испытаний на двигателе ВАЗ-2111 на режиме холостого хода и термодинамического анализа трех последовательных индикаторных диаграмм, полученных экспериментально, отражающих цикл до пропуска зажигания, цикл с пропуском и цикл после пропуска зажигания. В результате термодинамического анализа определены характеристики изменения работы и внутренней энергии цикла для каждого интервала индикаторной диаграммы размером в один градус поворота коленчатого вала. На основании этого получена характеристика активного тепловыделения для всех исследуемых циклов. Представленные результаты термодинамического анализа процесса сгорания позволяют с большей точностью оценить влияние состава газового топлива на характеристику тепловыделения, так как анализ изменения внутренней энергии проводился по авторской методике, позволяющей провести её оценку без определения температуры и количества рабочего тела, которые при сильном дросселировании являются практически неизвестными параметрами. Полученные результаты показали влияние состава газового топлива и пропуска зажигания на активное тепловыделение и эффективность повышения стабильности сгорания на экономичность работы двигателя. В связи с этим работа посвящена анализу характеристики тепловыделения при экспериментальных исследованиях новых альтернативных газовых топлив, состоящих из природного газа и водорода, который позволит лучше понять и быстрее перейти к этапу проектирования новых двигателей с повышенной эффективностью процесса сгорания на режиме холостого хода. Это является безусловно важной задачей, так как современные тенденции по снижению токсичности автомобильных ДВС заставляют переходить на газовые виды топлива.
Бесплатно
Задачи пассивного поворота гусеничной машины (постановка, модель движения)
Статья научная
Ставится задача неуправляемого (пассивного) поворота гусеничной машины, составляется модель её движения при уводе в виде квазистатического процесса. Предлагается алгоритм численного решения задачи движения, основанный на теории криволинейного интеграла и модели взаимодействия гусениц с деформируемым грунтом.
Бесплатно
Статья научная
Повышение экологических требований к транспорту и промышленности ставит перед трибологией приоритетную задачу, связанную с разработкой экологически чистых смазочных материалов и технологий. В качестве биоразлагаемых базовых масел чаще всего используются растительные масла и синтетические сложные эфиры. Фундаментальные ограничения, связанные с их прямым применением, связаны с двумя основными параметрами: стойкостью к окислению и их трибологическими характеристиками, то есть антифрикционными, износостойкими и противозадирными свойствами. Для повышения стойкости к окислению используется низкое содержание ненасыщенных жирных кислот, а снижение трения и износа достигается за счет разработки совместимых композитных присадок к базовому растительному маслу. Вторая проблема проистекает из специфической особенности трибосистем, которая заключается в том, что их функциональные характеристики зависят от совокупного комплексного воздействия многих факторов и, более того, меняются в процессе эксплуатации. Исследователи пытаются найти решение, разрабатывая совместимые композиционные добавки к базовым биоразлагаемым растительным и синтетическим маслам. Однако многими исследователями было установлено, что по своим физико-химическим и трибологическим характеристикам растительные масла удовлетворяют эксплуатационным требованиям только при определенных условиях. В настоящем исследовании представлены результаты сравнительного исследования характеристик трения и температуры масла в двух трибосистемах «Подшипник качения» и «Подшипник скольжения» при смазке чистым рапсовым маслом и рапсовым маслом, содержащим 4 % нетоксичной и беззольной присадки. Новая присадка предназначена для биоразлагаемых базовых масел. Исследования проводились в трибологических лабораториях Южно-Уральского государственного университета, Челябинск, Россия, и в Софийском техническом университете, Болгария.
Бесплатно
Имитационное моделирование движения быстроходной гусеничной машины с механиком- водителем
Статья научная
Обоснована математическая модель механика-водителя, управляющего криволинейным движением быстроходной гусеничной машины. Приведены результаты имитационного моделирования криволинейного движения машины, управляемой механиком-водителем. Проведено сравнение качества функционирования быстроходной гусеничной машины при управлении человеком и автоматом, сканирующим дорогу. Показано, что разработанная модель механика-водителя позволяет количественно оценить требования к уровню его профессиональной подготовки.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты имитационного моделирования движения машины с независимым гидрообъемным механизмом поворота в сравнении с традиционным дифференциальным при одинаковых параметрах траектории и скорости. Проиллюстрировано преимущество предлагаемого механизма поворота по установочной мощности гидрообъемного привода.
Бесплатно
Интеллектуальный контроль, коррекция и адаптивность выходных параметров системы впуска автомобилей
Статья научная
Современное автомобилестроение на сегодня развивается по направлению значительной интеллектуализации, автоматизации и роботизации при функционировании систем. Это требует создания комплексной системы алгоритмов управления системами. Однако при изменении технического состояния отдельных электронных компонентов алгоритмы управления могут существенно меняться. Таким образом, для дальнейшего качественного функционирования объекта требуется коррекция и адаптация алгоритмов функционирования под изменяющееся техническое состояние систем автомобилей. Так, отказы датчиков массового расхода воздуха и регуляторов холостого хода составляют соответственно 14 и 12 % от числа отказов всех элементов микропроцессорной системы управления двигателем, приводящих к существенному изменению расхода топлива и токсичности отработавших газов. Устранение же отказов требует разработки режимов коррекции и адаптации под изменяющееся техническое состояние элементов электроники автомобиля, с целью чего была разработана методика экспериментального исследования, которая заключается в формировании стрессовых тестовых воздействий, состоящих в отключении n-го количества цилиндров и отдельных их рабочих циклов с последующим нагружением оставшихся в работе k-го числа цилиндров. Нагружение двигателя осуществляется мощностью механических потерь отключенных цилиндров при плавном ступенчатом формировании нагрузки на оставшиеся в работе цилиндры с фиксацией отклика на процесс загружения путем контроля следующих параметров: положение регулятора холостого хода, напряжение на контрольном выводе датчика массового расхода воздуха, циклового расхода топлива и воздуха, коррекция топливоподачи, угла опережения зажигания. В результате экспериментальных исследований построены графики зависимостей изменения указанных контрольных параметров от степени нагружения цилиндров. Проведен анализ графиков, по которому установлены точки перегиба, соответствующие предпредельному и предельному изменению технического состояния датчиков массового расхода воздуха и регуляторов холостого хода. Контроль указанных точек перегиба при эксплуатации автомобилей в тестовом режиме позволяет осуществлять контроль технического состояния, коррекцию и адаптивность в любой промежуточный момент изменения технического состояния датчиков массового расхода воздуха и регуляторов холостого хода. Разработанная методика стрессовых тестовых воздействий позволяет исключить приобретение дорогих нагрузочных стендов. Создание и внедрение догружателя бензинового двигателя, встроенного в электронный блок управления двигателя, позволяет получить при диагностировании экономический эффект около 3,9 тыс. руб. в год на один автомобиль.
Бесплатно
