В данной работе описан процесс проектирования конструкции активной части электрической машины тягового двигателя для беспилотных летательных аппаратов и оценка его массово-геометрических и энергетических параметров. Целью работы является повышение удельной мощности электродвигателя путем снижения его массы при помощи замены электротехнической меди для обмоток якоря на электротехнический алюминий без увеличения габаритных размеров конструкции. В разделе «Описание проектируемой конструкции» приведен эскиз проектируемой конструкции активной части электрической машины тягового двигателя. В качестве тягового двигателя рассматривается трехфазный вентильный электропривод, относящийся к бесколлектроным двигателям постоянного тока. Также здесь описаны требования к параметрам проектируемой активной части электрической машины. В разделе «Расчет модели конструкции» приведена методика расчета массово-геометрических характеристик и электромагнитных параметров проектируемой конструкции активной части электрической машины тягового двигателя и его математическое описание. В разделах «Проектирование конструкции» и «Основные результаты» приведены результаты расчетов двух вариантов конструкции - с медной обмоткой и с алюминиевой обмоткой, выбраны материалы компонентов, а также описаны методы, при помощи которых выполнялась доработка этих конструкций, и способы изготовления некоторых компонентов конструкции. В результате работы был достигнут эффект снижения массы проектируемой конструкции в 1,16 раза без увеличения габаритных размеров при сохранении значения КПД выше 90 % и при сохранении значения полезной мощности в 2,6 кВт. Также были оценены общие электрические потери разработанных конструкций, которые при равенстве сопротивления обмоток и рабочего тока оказались разными.
Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
2022. — Выпуск 2
Содержание:
Надежность технической системы обуславливается сохраняемостью, ремонтопригодностью, долговечностью и безотказностью. Вероятность безотказной работы как количественная оценка безотказности является важным параметром надежности зубчатых передач. Расчет вероятности безотказной работы ведется по различным критериям - возможным видам отказа передачи. У поверхностно-упрочненных зубчатых цилиндрических передач такими отказами являются: поломка зубьев (критерий изгибной выносливости), выкрашивание рабочих поверхностей зуба (критерий контактной выносливости), глубинное выкрашивание рабочих поверхностей зуба (критерий глубинной контактной выносливости). Цель статьи - разработать методику расчета вероятности безотказной работы поверхностно-упрочненных зубчатых цилиндрических передач по критерию глубинной контактной выносливости. Объект исследования - поверхностно-упрочненные цилиндрические прямозубые и косозубые передачи. В статье выполнен анализ существующих методик оценки надежности зубчатых цилиндрических передач по критерию глубинной контактной выносливости. Разработан алгоритм и представлены расчетные формулы для определения вероятности безотказной работы зубчатой цилиндрической передачи по критерию глубинной контактной выносливости. Для определения действующих напряжений внутри тела зуба используются формулы, основанные на обобщенном критерии предельного состояния Лебедева-Писаренко для структурно неоднородного материала. Для определения функции плотности распределения контактных напряжений в методике реализованы инструменты непараметрической статистики. Реализация разработанной методики и сравнение результатов расчета со значениями вероятности безотказной работы рассчитываемой передачи по критериям контактной и изгибной выносливости показало, что при увеличении максимального крутящего момента лимитирующим критерием безотказности передачи становится глубинная контактная выносливость. Разработанная методика может служить частью методологии проверочного расчета зубчатых цилиндрических передач, основанной на численных методах моделирования.
Ключевые слова
A car suspension is a set of mechanisms. It creates an elastic connection between the undercarriage and the wheels of a motor vehicle. It adjusts the position of the body while the car is moving. The car suspension also reduces the dynamic loads on the motor vehicle undercarriage and wheels. Dynamic loads are the cause of body vibrations. They are formed when the car wheels meet into contact with the road surface. The dynamics of the motor vehicle movement largely depends on the vibration-protective properties of the body suspension. It is the most important parameters of the motor vehicle suspension when driving on uneven roads. Vibration-protective properties have a significant impact on the operational properties of the motor vehicle. These include smoothness, average speed, fuel efficiency, etc. To improve the vibration-protective properties of the car suspension, its elastic and damping characteristics should change depending on different conditions of the motor vehicle implementation. The article investigates the vibration-protective properties of the suspension with stepwise regulation of inelastic resistance in the vibration cycle. The article presents a mathematical model of a single-mass single-support oscillatory system with an adjustable damper. A theoretical comparative analysis of vibration-protective properties of a single-mass single-support suspension with unregulated and instantly adjustable damping in the oscillation cycle is carried out. It was found that, in comparison with unregulated damping, its instantaneous regulation in the oscillation cycle provides a low level and approximate constancy of the vertical acceleration range of the sprung mass in the resonant oscillation zone, but causes an abrupt change in acceleration at the moments when the damping is turned off when the suspension passes its middle position.
Ключевые слова
В статье рассматриваются проблемы сборки изделий цилиндрической формы, состоящих из секторных деталей имеющих двугранные углы. Одной из основных проблем сборки таких деталей является точность выполнения значений двугранных углов при обработке. На примере сборки изделия из 3-х секторных деталей показано, что даже при точном равенстве двугранных углов 120° не существует однозначности базирования этих деталей при сборке. Поскольку при обработке плоскостей секторных деталей возникают пространственные погрешности двугранных углов, то добиться плотности прилегания плоскостей при сборке практически невозможно. Показаны возможные варианты сборки секторов с суммарным углом больше и меньше 360°. При этом между плоскостями двугранных углов всегда возникает зазор в соединении. Если суммарный угол превысит 360°, сборку осуществить не удается вообще, т.к. невозможно обеспечить прилегание плоскостей двугранного угла. А если суммарный угол окажется меньше 360°, сборку осуществить удается, но при этом появляется заметный угол закрутки или «пропеллерность» секторов в сборе, а также неоднозначность сборки перед обработкой и после обработки. Применив методы аналитической геометрии, мы доказали, что для собираемости без зазора 3-х секторов необходимо и достаточно, чтобы сумма всех двугранных углов секторов была меньше или равна 360°. Поскольку точное равенство суммы всех двугранных углов 360° обеспечить невозможно, то при сборке всегда образуется характерная «пропеллерность». Для получения беззазорного соединения предложен новый метод для селективной сборки секторов и разработана схема приспособления для контроля двугранных углов. Данный метод селективной сборки позволит подбирать секторы таким образом, чтобы угол «закрутки» их в собранном виде был минимальным. При этом можно при подборе секторов устанавливать направление «закрутки» - по часовой или против часовой стрелки, в зависимости от направления сил резания.
Ключевые слова
В статье рассматривается возможность применения искусственного интеллекта (ИИ) при технологической подготовке производства (ТПП) на стадии расчета оптимальных режимов резания с учетом нестабильных условий обработки партии деталей на примере плоского шлифования, выполняемого на станках с ЧПУ. Задачи прогнозирования точности обработки и оптимизации режимов резания для станков с ЧПУ до сих пор не решены полностью из-за сложности их решения, связанной: со слишком большой размерностью оптимизируемого поля параметров, с необходимостью одновременного решения большого количества сложных взаимосвязанных математических моделей процесса обработки, оптимизацией многочисленных параметров режимов резания и учетом ограничений целевой функции в многомерном пространстве состояний процесса обработки, сложностью учета разнонаправленного влияния различных нестабильных технологических факторов на процесс съема припуска, сложностью моделей формирования технологического размера и параметров качества обрабатываемой поверхности. Большая размерность задач требует огромных вычислительных мощностей суперкомпьютерной техники, которая не имеет ни одно производственное предприятие. Применение ИИ позволяет преодолеть «проклятие размерности». Задачи прогнозирования точности обработки и оптимизации режимов резания предложено решать в заводских условиях путем применения обученной сверточной нейронной сети (НС), использующейся для распознавания образов, позволяющей рассчитывать оптимальные режимы резания для станков с ЧПУ и прогнозировать точность обработки. Обучение НС проводится на множественной выборке (сто тысяч и более операций с ЧПУ) с готовыми оптимальными режимами резания. Подготовка выборки операций с готовыми оптимальными решениями проводится заранее на суперкомпьютере с применением программного обеспечения, созданного на основе разработанной методики комплексной структурно-параметрической оптимизации режимов резания для станков с ЧПУ, учитывающей влияние различных переменных технологических факторов на процесс обработки партии деталей.
Ключевые слова
На сегодняшний день снижение количества внезапных отказов и времени нахождения горного оборудования в ремонте является актуальной и приоритетной задачей на всех горнодобывающих предприятиях России. Наибольшую часть затрат составляют расходы, связанные с поддержанием работоспособности карьерных автосамосвалов. Это связанно с повышением цен на новые единицы техники, запасные части, топливо, а также на смазочные материалы. Автосамосвалы являются наиболее распространенным горно-транспортным оборудованием, так как обладают повышенной маневренностью, имеют большую проходимость, а также повышают производительность экскаваторов. На отечественных предприятиях в основном эксплуатируются автосамосвалы, выпускаемые белорусской компанией ОАО «БелАЗ». Они являются хорошо изученными и наиболее подходящими к эксплуатации в современных условиях на угледобывающих предприятиях России. С целью определения возможностей снижения продолжительности нахождения оборудования в ремонте и увеличения времени его работы на разрезе «Черногорский» был произведен анализ данных внезапных отказов карьерных автосамосвалов БелАЗ за период с 2018 года по 2021 год. Все внезапные ремонты были структурированы по группам. Основные агрегаты, включающие в себя узлы трения, были объединены в отдельную группу. Потому что именно от основных агрегатов зависит функционирование карьерного автосамосвала БелАЗ. В ходе анализа базы данных было установлено, что за четыре года средняя доля внезапных отказов, приходящаяся на основные агрегаты, составила от 12 % до 16 %. Несмотря на ежегодное обновление парка новыми автосамосвалами, доля внезапных отказов основных агрегатов остается около 14 %. Авторами были даны рекомендации, позволяющие уменьшить количество и продолжительность простоев карьерных автосамосвалов БелАЗ в ремонте.
Ключевые слова
A brake drive is a set of mechanisms that are used to transfer energy from a source to stop devices. In addition, the brake drive is responsible for controlling this energy during its transmission to implement braking. Brake drivers are classified into simple (using human muscular strength) and automated (using additional mechanisms that enhance the muscular strength of the driver or completely replace it). During vehicle use, changes occur in the braking system, which are the result of the impact on the braking system of operational factors: the beating of the surface of the brake disc, a change in the mass of the brake pad, a decrease in the radial stiffness of the hose walls, etc. The occurrence of these factors affects the stability of the characteristics of the elements of the chain “modulator ABS - brake mechanism”. The instability of the braking system characteristics is one of the reasons for the decrease in the braking efficiency of the car and the safety of the vehicle, as it has a direct impact on the quality of the control commands. Improving the operational properties of vehicles with automated braking systems is an urgent scientific and technical problem. To study and improve the operational properties of the vehicle, a laboratory semi-natural stand of an automated car braking system was designed and assembled. It allows simulating the operating processes of the drive, as well as assigning any operating modes of the braking system The article studies the possibility of applying the method of the virtual-physical modeling method when researching and improving operational properties of automotive brake automated systems on model stands, which makes it possible to successfully identify the instability of existing brake systems, and also lays the foundation for the effective creation of elements of unmanned vehicles.
Ключевые слова
Работа посвящена теме исследований в рамках работ, финансируемых из государственных фондов. В статье рассмотрена задача синтеза системы управления демонстратора одного типа. Приведена кинематическая схема демонстратора, расписаны дифференциальные уравнения его движения, приведены структурные схемы реализации каналов управления демонстратора по вертикальному положению и угловому положению. Произведен синтез параметров каналов системы управления, приведены результаты моделирования его движения. В ходе моделирования были определены предельные характеристики несбалансированности конструкции демонстратора, при которых сохранялась устойчивость системы управления. При этом принципы организации обратных связей, структуры корректирующих устройств и методики синтеза их параметров в системе соответствуют принятым подходам. Рассмотрены вопросы погрешностей системы управления с учетом статических погрешностей навигационной системы. При этом реализация навигационной системы предполагается на базе простых недорогих датчиков в рамках реализации ее как бесплатформенной инерциальной навигационной системы. Сделаны выводы о возможности вибрационных воздействий на конструкцию демонстратора в связи с режимами работы регуляторов, о необходимых динамических характеристиках навигационной системы, о мероприятиях, которые должны быть проведены по более точному определению параметров системы с целью качественного синтеза параметров регуляторов. В работе также приведены ссылки на современные литературные источники, что подтверждает актуальность темы статьи.