Целью работы является оптимизация технологических параметров упрочняющей высокоэнергетической обработки напыленных покрытий из материалов на основе оксидной керамики с включениями твердой смазки. Приведены результаты исследования влияния плотности мощности и суммарного количества импульсов лазерного излучения в пятне обработки на толщину обработанных слоев покрытия из материалов на основе оксидной керамики. Для рассматриваемых износостойких покрытий необходимы повышенные когезионная и адгезионная прочности. Поэтому суммарное количество импульсов должно обеспечить оплавление и уплотнение покрытий по всей толщине, что будет в полной мере способствовать получению упрочненных нанокристаллических и аморфных структур.Методика исследования основана на комплексных металлографических, рентгеноструктурных и электронно-микроскопических исследованиях модифицированных структурных элементов композиционных покрытий при их обработке высококонцентрированными источниками энергии. Выявлены следующие основные процессы формирования упрочненных плазменных покрытий: 1) уплотнение напыленных материалов за счет теплового и ударно-волнового воздействий импульсами лазерного излучения. При этом снижается пористость материалов, возрастают когезионная и адгезионная прочности покрытий, измельчается зеренная структура, формируются аморфные и нанокристаллические фазы повышенной прочности, о чем свидетельствует увеличение усредненной микротвердости нанесенных композиций;2) длительность теплового воздействия импульсом лазерного излучения на материал достаточна для активизации химических процессов на границах основных фаз композиционного покрытия. В результате образуются тонкодисперсные (в том числе наноразмерные) соединения, которые упрочняют границы основных фаз и покрытие в целом. Это подтверждается результатами рентгенофазового анализа.
Наука и техника
2014. — Выпуск 4
Содержание:
Моторное масло способно надежно и длительно выполнять заданные функции только при соответствии его свойств тем термическим, механическим и химическим воздействиям, которым масло подвергается в двигателе. Взаимное соответствие конструкции двигателя, его форсированности и свойств масла - одно из главных условий достижения высокой эксплуатационной надежности. На интенсивность процесса загрязнения масла, происходящего в работающем двигателе, влияют, прежде всего, вид и свойства топлива, качество моторного масла, тип, конструкция, техническое состояние, режим работы и условия эксплуатации двигателя и многие другие факторы. Качество масел ухудшается в результате накопления в них продуктов неполного сгорания топлива, что обусловлено техническим состоянием двигателя. Это приводит к снижению вязкости, ухудшению смазывающей способности, нарушениям режима жидкого трения. В продуктах сгорания имеется большое количество коррозионно-активных окислов.Срок службы моторных масел до замены определяется не только пробегом автомобиля или наработкой трактора, но и временем, в течение которого совершена эта работа. При коротких суточных и малом годовом пробегах автомобиля ускоряются коррозионные процессы, ухудшаются защитные свойства, ускоряется старение масла. Поэтому в любом случае необходима замена масла не реже одного раза в год.Разработан новый метод бортового мониторинга степени выработки ресурса моторного масла колесных и гусеничных машин. Использование объема израсходованного топлива двигателем при определении степени выработки ресурса моторного масла позволит оперативно, в любой период эксплуатации колесных и гусеничных машин определять остаточный ресурс моторного масла, а также прогнозировать время его замены.
Ключевые слова
Целью работы является обнаружение и анализ резонансных мод крупногабаритного фрезерно-сверлильно-расточного станка. Станок имеет подвижную стойку с вертикальной прорезью, в которой перемещается симметричная каретка с горизонтальным ползуном. Статическая жесткость машины невелика из-за больших размеров, поэтому нужно оценить виброактивность. Совместно выполнены виртуальные и натурные испытания станка. Моделирование произведено с помощью метода конечных элементов (МКЭ). В МКЭ-модели учтена не только жесткость корпусных деталей, но и податливость подшипников, приводов подач и направляющих. Модальный МКЭ-анализ выявил восемь резонансныхмод, охватывающих весь станок. Они образуют нежелательную для обработки область от 12 до 75 Гц. Особую опасность представляют три близко расположенных резонанса - 31-37 Гц. Они являются разными комбинациями трех простых движений: вертикальной осцилляции каретки, горизонтальных колебаний ползуна и закручивания стойки. Достоверность МКЭ-расчета подтверждена натурными измерениями вибраций.Обнаружен эффект стабилизации резонансных мод при вариации конструктивных параметров станка. Например, виртуальная замена чугуна на сталь в корпусных деталях почти не влияет на резонансные частоты. Повышение жесткости отдельных деталей, например ползуна, также слабо воздействует на картину резонансов. С другой стороны, стабильность резонансов позволяет обходить их при выборе частоты вращения шпинделя.Рекомендуется ставить двойные приводы на все оси. Пара вертикальных винтов препятствует«клевковому» резонансу каретки на частоте 54 Гц. В главном приводе такого тяжелого станка нужно предусмотреть работу в зарезонансной области - с частотой шпинделя более 75 Гц. Для этого надо перейти к высокоскоростной обработке (ВСО).
Ключевые слова
Разработаны программы и методики, проведены испытания вибронагруженности компонентов системы топливоподачи Common Rail автомобильного дизеля. Выполнен анализ параметров, характеризующих виброактивность объекта исследования и определяющих возможность его применения в составе определенной механической системы. Разработана программа испытаний, включающая в себя замер общих пиковых значений виброускорений на компонентах топливной системы, преобразование полученных данных при зависимости пиковых значений виброускорений от частоты вращения коленчатого вала двигателя и спектра частот вибраций, сравнение этих зависимостей с предельно допустимыми значениями, полученными в ходе испытаний компонента на вибростендах. Исследования выполнены на одном из наиболее напряженных элементов топливной системы Common Rail - датчике давления в топливном аккумуляторе RDS 4.2 производства компании Robert Bosch GmbH, устанавливаемом на двигателях ММЗ Д245.7Е4.В соответствии с методикой испытаний измерения проводили на моторном стенде во всем диапазоне внешней скоростной характеристики двигателя. Результатом вибрационных измерений стала запись пиковых значений виброускорения по времени в трех направлениях с каждого акселерометра и частоты вращения коленчатого вала двигателя.Предложены увеличение диаметра втулок крепления топливного аккумулятора и установка демпфирующей стяжки на трубки высокого давления от топливного насоса высокого давления к топливному аккумулятору, что позволяет уменьшить максимальное пиковое значение виброускорения на датчике давления в топливном аккумуляторе на 400 м/с² и допустить его к применению в составе данного двигателя.
Ключевые слова
В настоящее время в транспортном потоке на территории Республики Беларусь значительный объем занимают большегрузные автомобили, и неровности на проезжей части мостов существенно усиливают нагрузку на их несущие элементы, а также вызывают вибрацию пролетных строений. Это приводит к быстрому износу и сокращению сроков между ремонтами мостов. Данная проблема еще не достаточно хорошо изучена и актуальна. Для прогноза и оценки износа мостовых конструкций требуется уточнение расчетных моделей, в которых бы учитывалось динамическое воздействие большегрузного транспорта, вызванное движением по неровному покрытию мостов.Целью научных исследований является разработка динамической модели взаимодействия автомобиля и мостовой плиты. В статье предлагается такая динамическая модель, позволяющая провести исследования сил воздействия большегрузного транспорта на конструкцию пролетного строения моста, вызванного неровностями на его проезжей части. При расчетах учитывали массу автомобиля и плиты, жесткость и вязкое демпфирование подвесок автомобиля, плиты и опор.Проведен анализ свободных колебательных движений плиты и автомобиля с учетом вязкого демпфирования. Выполнен динамический расчет взаимодействия автомобиля и плиты. Установлен характер колебательных движений плиты при различных параметрах динамической модели. При этом учитывали нелинейность деформирования железобетонной плиты, расчет которой выполняли согласно нормам Республики Беларусь. В результате расчета получены динамические коэффициенты взаимодействия колес передней оси автомобиля и мостовой плиты при различной высоте уступа, а также его влияние на значения максимальных изгибающих моментов в сечениях плиты.
Ключевые слова
Целью настоящей работы является оценка применения импульсно-периодического режима для повышения эффективности лазерной обработки. Лазерные технологии нашли широкое применение в процессах обработки материалов для придания им заданных поверхностных свойств, а также для резки листовых материалов с высокой точностью. Несомненный интерес представляет применение комплексной обработки, в первую очередь изношенных поверхностей, включающей формирование слоя путем газопламенного нанесения порошковой смеси определенного состава и последующего лазерного оплавления.Важной задачей для повышения эффективности применения лазерных технологий в машиностроении является увеличение мощности лазерных установок. В настоящее время в технологических процессах, использующих лазеры c большой средней мощностью (более 100 Вт), нашли применение только источники, работающие в двух режимах - непрерывном и импульсно-периодическом (И-П) с частотой повторения импульсов от единиц до сотен герц и длительностью в пределах десятков-сотен микро- и даже миллисекунд. С другой стороны, экранирующий эффект образующегося плазменного облака при процессах лазерного легирования, наплавки, сварки снижает эффективность обработки в некоторых случаях до 50 % в зависимости от состава плазмы и длины волны лазерного излучения. Высокочастотные И-П лазерные системы с большой средней мощностью, работающие в режиме модуляции добротности, позволяют реализовать принципиально другой механизм взаимодействия излучения с веществом - абляцию, обеспечивающую локальность выделения энергии не только в пространстве, но и во времени.Проведенный анализ показал, что И-П режим работы лазера для большинства процессов обработки намного лучше и эффективнее, чем непрерывный режим, с энергетической точки зрения. На основе наших разработок можно говорить о возможности реализации лазерных систем, работающих в высоко-частотном И-П режиме с большой средней мощностью - выше сотен ватт.
Ключевые слова
Разработана методика оптимизации параметров механизма дополнительного рабочего усилия в устройстве для пневмоцентробежной обработки стеклянных шариков. Характерной особенностью изготовления стеклянных шариков для микрооптики по технологии получения шаровидных деталей являются шлифование и полирование сферической поверхности в свободном состоянии. В этом случае заготовки будущих шариков делают в виде кубиков, которым в результате грубого шлифования придают предварительную форму шара. Прогрессивный прием получения шаровидных деталей из хрупких материалов - это применение метода пневмоцентробежной обработки, при реализации которого используются два соосно установленных бóльшими диаметрами друг к другу конических кольца с абразивными рабочими поверхностями, вдоль которых прокатываются заготовки. Вращение последним сообщается посредством рабочей среды под давлением.Имеющиеся устройства для пневмоцентробежной обработки пригодны для получения шариков диаметром до 6 мм. Обработка деталей с полными сферическими поверхностями большего диаметра на этих устройствах непроизводительна из-за невозможности обеспечить достаточное усилие на заготовку в рабочей зоне. Поэтому предлагается усовершенствованное устройство, в котором дополнительное усилие на обрабатываемую заготовку создается за счет верхнего рабочего диска, совершающего возвратно-поступательное движение вдоль оси абразивных конических колец. Это движение реализовано с помощью цилиндрического кулачкового механизма в виде кольца с профильным рабочим торцом, на оптимизацию параметров которого направлены исследования авторов.Получены выражения для расчета определяющих параметров механизма дополнительного рабочего усилия, в частности параметров движения элемента нагружения, основных размеров механизма дополнительного рабочего усилия и параметров профильного элемента механизма дополнительного рабочего усилия.Метод исследования - математическое моделирование рабочей зоны устройства для пневмоцентробежной обработки.
Ключевые слова
В статье рассмотрено влияние способа охлаждения зоны резания на форму и коэффициент утолщения стружки при точении стали R35 твердостью 1250 МПа. Исследовали резание при охлаждении всухую, сжатым воздухом и эмульсионным туманом. В качестве активной субстанции использовали эмульсол OPORTET RG-2, концентрация эмульсии - 4 %. Режущий инструмент - токарный резец со сменной квадратной пластиной SNUN120408 из твердого сплава Р25 с многослойным износостойким покрытием, верхний слой - нитрид титана, передняя поверхность пластины - плоская. Диапазон скоростей резания - 80-450 м/мин, подач - 0,1-0,5 мм/об, расходов эмульсии - 1,5-3,5 г/мин и сжатого воздуха - 4,5-7,0 м3/ч. Глубина резания - 1,0 мм. Для сокращения количества единичных исследований можно использовать планы, базирующиеся на ЛП-последовательностях.Показано, что способ охлаждения зоны резания оказывает существенное влияние на условия стружкообразования. Получено уравнение регрессии, описывающее влияние условий обработки на коэффициент утолщения стружки K а.При охлаждении эмульсионным туманом расширяется диапазон режимов резания, при которых формируется стружка в виде коротких фрагментов спирали или элементная. Благоприятная форма стружки обеспечивается при расходе эмульсии не более чем 2 г/мин. В результате исследований определены условия охлаждения эмульсионным туманом, при которых наблюдаются наименьшие значения коэффициента утолщения стружки и форма стружки, обеспечивающая ее легкое удаление из зоны резания. При точении всухую значения K а больше не менее чем на 15 % по сравнению с другими способами охлаждения зоны резания.
Ключевые слова
Проведены исследования различных технологий переработки растительного сырья с целью получения целевого продукта, используемого для производства упаковки. Изучено влияние технологических режимов и введения добавок свежего полиэтилена в уже утилизированное сырье на качественные показатели целевого продукта. Исследования водного предварительного гидролиза растительного сырья показали, что для получения высокого качества целлюлозы из растительного сырья необходимо, чтобы в ней содержалось не менее 2-3 % гемицеллюлоз, иначе ее качественные показатели значительно ухудшаются, что имеет определенное значение для производства упаковки. При этом использование водного раствора углекислого газа для предварительного гидролиза растительного сырья способствует уменьшению разрушения углеводов целлюлозы. В результате возрастают качественные показатели получаемого целевого продукта - целлюлозы, используемой для производства упаковки.На основе полученных автором данных по содержанию гемицеллюлоз в целлюлозе разработаны режимы проведения сульфатных варок растительного сырья с предварительным гидролизом с целью улучшения физико-механических показателей целевого продукта - целлюлозы.Полученные результаты при исследовании утилизированных полимеров показали, что характерно возрастание содержания в них низкомолекулярных продуктов. Все это указывает на то, что при использовании полимеров после нахождения их в свалке получаемая из них упаковка будет иметь более низкие качественные показатели. Поэтому во избежание этого при переработке таких полимеров следует добавлять 20-30 % свежих.
Ключевые слова
Статья посвящена экспериментальной оценке влияния параметров двухмерного циркуляционного движения заготовки на интенсивность ее распиливания и качество обработанных поверхностей. Получены экспериментальные данные, отражающие эффективность применения циркуляционного движения заготовки на повышение уровня выходных показателей процесса ее распиливания.Разработана методика проведения сравнительных экспериментальных исследований по распиливанию образцов из стекла, нефрита и яшмы как в традиционных условиях выполнения операции, так и при сообщении узлу подвеса стрелы вынужденных колебаний, обеспечивающих циркуляционное движение образца, позволяющая количественно оценивать интенсивность его распиливания и качество обработанной на нем поверхности.Показано, что положительное влияние циркуляционного движения образца на повышение качества его распиленной поверхности связано с особенностями кинематики относительного движения боковой поверхности диска с пропиленными участками поверхности образца. Интенсифицирующее воздействие циркуляционного движения образца на процесс распиливания в первую очередь связано с изменениями динамических условий его взаимодействия с режущей кромкой диска. В отличие от традиционного распиливания, когда процесс протекает в условиях статического прижатия контактирующих поверхностей, при сообщении образцу циркуляционного движения по эллиптической траектории имеет место их периодическое ударно-фрикционное взаимодействие. При этом степень положительного влияния циркуляционного движения образца на качество его распиленной поверхности возрастает с увеличением вертикальной составляющей скорости ее скольжения относительно боковой поверхности диска, что достигается путем повышения частоты колебаний, сообщаемых узлу подвеса стрелы. Причем степень положительного влияния циркуляционного движения образца на качество его распиленной поверхности возрастает с увеличением вертикальной составляющей скорости ее скольжения относительно поверхности диска.
Ключевые слова
Процессы скоростного формоизменения, особенно скоростного горячего выдавливания, создают эффективные условия для обработки малопластичных и труднодеформируемых материалов, широко используемых в инструментальном производстве. В связи с тем, что высокоскоростная штамповка обеспечивает получение точных заготовок с повышенными механическими свойствами, она может быть использована как технологический процесс изготовления формообразующих деталей штамповой оснастки, работающих в условиях повышенных нагрузок и износа.Целью данной работы являлись экспериментальные исследования возможности получения биметаллического инструмента, основой которого служат конструкционные стали, а рабочую полость выполняют из высоколегированных инструментальных сталей с экономией последних до 90 %. Разработаны схема нагружения и геометрия сопрягаемых поверхностей составной заготовки и отработана экспериментальная технология получения биметаллических формообразующих деталей штамповой оснастки при деформировании со скоростью ν д = 40-50 м/с и температуре составной заготовки Т = 1150 °С, с формированием соединения при совместном пластическом течении на поверхности контакта двух частей заготовки с удалением поверхностных оксидных пленок.Исследованы микроструктуры полученных биметаллических соединений методом скоростного горячего выдавливания для композиций конструкционных и высоколегированных сталей, и подтверждено их высокое качество. Установлены зависимости распределения микротвердости в направлении от плоскости контакта двух сталей в зоне соединения, характеризуемые минимальным значением микротвердости на стыке полученного соединения. Наличие более пластичной области в плоскости контакта способствует снижению остаточных напряжений вследствие их релаксации в этой области и повышению прочности соединения.
Ключевые слова
Сформулированы требования к параметрам проектируемого автомобиля с колесной формулой 64 и технически допустимой массой 25 т при круглогодичной эксплуатации в сельскохозяйственном производстве для своевременной доставки грузов при обеспечении технологического цикла в растениеводстве агропромышленного комплекса в соответствии с календарными сроками выполняемых механизированных работ. Разрабатываемый автомобиль должен иметь также устройство отбора мощности.Приведены технологические карты по возделыванию основных культур на минеральных и торфяных почвах с указанием режимов движения автомобилей и вида перевозимого груза. Указаны специфические свойства торфяно-болотных почв. Рассмотрены вопросы проходимости мобильных машин при движении на почвах с малой несущей способностью. Отмечены области применения автомобилей ограниченной и повышенной проходимости. Даны описание взаимодействия колес с опорной поверхностью, значения удельного сопротивления почв после многократного проезда автомобиля.Уточнены величины коэффициентов сопротивления качению и сцепления ходовых систем машин в весенние и осенние периоды для колесных и гусеничных движителей. Проанализированы схемы приводов переднего моста автомобиля: электрические, гидравлические, механические и их характеристики. Для снижения динамических нагрузок в приводе механических передач предложен упруго-эластичный привод с разделением потока мощности. Описана система привода направляющих колес аналога автомобиля с гидравлическим объемным приводом, расположенным внутри ступиц передних колес, обеспечивающих дополнительную тягу. Предложены пути модернизации автомобилей МАЗ с колесной формулой 64 для повышения проходимости.Из средств, повышающих проходимость автомобилей на различных агрофонах, широкое распространение получили металлические цепи противоскольжения, сегментные и мелкозвенные, траковые, гусеничные цепи, уширители. Дано условие обеспечения проходимости автомобиля.
Ключевые слова
Приведена принципиальная схема автоматизированной системы управления силовым агрегатом на базе сухого фрикционного сцепления и механической коробки передач. Мехатронная система имеет модульную компоновку и позволяет осуществлять трогание автомобиля с места, маневрирование с низкими скоростями, переключение передач в командном и автоматическом режимах. Управление дизельным двигателем, сцеплением и десятиступенчатой коробкой передач на всех режимах движения осуществляется контроллерами при воздействии на селектор режимов движения, педаль акселератора, а по необходимости - и на педаль тормоза. Обмен данными между электронными блоками осуществляется по протоколу SAE-J1939 со скоростью передачи 250 кбит/с. Изменение топливоподачи дизельного двигателя, включение-выключение сцепления и переключение ступеней в коробке происходят автоматически в результате срабатывания пневматических силовых исполнительных механизмов при подаче сигнала от контроллера на соответствующий электромагнитный клапан или их комбинацию.Показаны результаты полунатурного эксперимента по исследованию процесса переключения передач в командном режиме управления силовым агрегатом. Представлены осциллограммы переходного процесса с различной структурой алгоритма управления. Приведен их сравнительный анализ и дано заключение о целесообразности автоматизации процесса переключения. Графическое оформление результатов полунатурного эксперимента производили с помощью средств визуализации CoDeSys V2.3.
Ключевые слова
Статья посвящена актуальной теме, связанной с созданием новой технологии взаимодействия человека с тренажерными средствами при развитии силовых качеств, важных как для спортивных достижений, так и в повседневной жизни. Цель исследования - установление кинематических и динамических особенностей работы суставных сочленений при взаимодействии тренирующегося со стационарными тренажерами в ходе выполнения силовых упражнений. В качестве основного метода исследования использован оригинальный способ определения и численного представления позы человека, основанный на установлении закономерностей изменения суставных углов с учетом всех анатомически возможных степеней свободы сочленений опорно-двигательного аппарата. В ходе исследования были проанализированы тренировочные упражнения с использованием типичных современных силовых тренажеров, использующих для создания нагрузки гравитационные, упругие и диссипативные силы. В результате исследования показано, что основной проблемой применения стационарных тренировочных систем является отсутствие возможности создания нагрузки одновременно для нескольких степеней свободы суставных движений, характерных для естественных пространственных движений человека. Другие проблемы связаны с жесткой предопределенностью траекторий звеньев человека, снижающей требования к координации мышечных усилий, с наличием неконтролируемых инерционных силовых добавок, возникающих при ускоренном движении грузов, используемых для создания нагрузки, и необходимостью рассеивания механической энергии в ходе выполнения упражнений.На основании исследования сформулировано перспективное направление дальнейшего развития тренажерных технологий, связанных с силовой и оздоровительной тренировкой, - создание тренажеров, обеспечивающих нагрузку одновременно нескольких степеней свободы опорно-двигательного аппарата человека при минимальной инерционности с возможностью эффективного рассеивания энергии.