Рассматривается задача экспериментального исследования параметров винтомоторной группы беспилотного летательного аппарата (агродрона). Проведен анализ работ, выполняемых агродронами в сельском хозяйстве, а также популярных серийных образцов агродронов, выпускаемых известными мировыми компаниями, в том числе и в Республике Беларусь. Приведено описание устройства экспериментального стенда, специально разработанного для проведения испытаний работы силовой установки агродрона в условиях, максимально приближенных к реальным условиям эксплуатации, в которых приходится функционировать агродрону. Описаны основные конструктивные элементы испытательного стенда и измерительные приборы, которые используются для проведения экспериментальных исследований работы воздушного винта и его электропривода. Приводятся результаты проведенных исследований в виде количественных значений параметров вибраций винтомоторной группы агродрона при заданных значениях входных параметров системы управления электроприводом с учетом влияния внешних факторов. Показано, что величины параметров, характеризующих вибрации винтомоторной группы агродрона, могут быть различными в зависимости от режимов работы двигателей и изменения внешних условий. На основании полученных результатов сделан вывод о том, что при формулировании математической постановки задачи моделирования необходимо учитывать влияние на систему управления агродрона случайных факторов, в том числе и вибраций, обусловленных работой его двигателей.
Наука и техника
2023. — Выпуск 6
Содержание:
Как объект изучения использованы покрытия, состоящие из самофлюсующихся сплавов на основе никеля или содержащие их композиции, сформированные в гибридном технологическом процессе с двумя основными стадиями: напылением плазменным методом и последующим оплавлением – газопламенным методом или за счет лазерного нагрева. Для полученных в данном процессе покрытий проведено экспериментальное определение их стойкости к абразивному износу в условиях граничного трения с вводом смазок. При этом изучено влияние состава покрытия и способа оплавления на величину износа, измеренного методом искусственных баз. Для оценочного определения динамики структурообразования в поверхностном слое, подвергнутом механическим нагрузкам при трении, использованы рентгенофазовый анализ, металлографический метод, а также сканирующая электронная микроскопия в режиме электронной дифракции (электронографии). После стадии лазерного оплавления удается получить покрытия со стойкостью к износу, двукратно и более превосходящей уровень для напыленных покрытий того же состава, обработанных газопламенным методом. Износ поверхности покрытия, как было установлено, происходит по механизму усталостного разрушения наименее твердого компонента покрытия, т. е. никельсодержащей интерметаллидной фазы, с образованием островковой пленки из слабосвязанных с основой твердых кристаллитов карбидно-боридной фазы, что приводит в итоге к растрескиванию частиц этой фазы и осыпанию их с поверхности. Стойкость слоев, полученных после стадии лазерного оплавления, может быть повышена, по экспериментальным данным, путем уменьшения размеров зерна фаз в покрытии и его текстурирования, а также повышения концентрации легирующих элементов в составе металлсодержащей связующей фазы покрытия. Введение легирующих добавок приводит к дополнительному увеличению износостойкости в 2–4 раза. Это связано, в зависимости от типа добавок, с увеличением количества упрочняющей фазы при сохранении пластичности матрицы (покрытия с добавками карбида хрома), степенью легирования никелевой матрицы (добавки карбида вольфрама и карбида бора), а также наличием мелкодисперсного карбидно-боридного компонента, что уменьшает процессы деформирования и царапания.
Ключевые слова
Лифты относятся к потенциально опасным объектам и, несмотря на достаточно высокую безопасность современных лифтов, которая регламентируется правилами по промышленной безопасности, ГОСТами и инструкциями завода-изготовителя, требования к лифтам постоянно ужесточаются. Согласно п. 5.6.1.1 (б) и п. 5.6.6 ГОСТ 33984.1–2016, необходимо предотвращать превышение скорости при перемещении кабины в обоих направлениях (и вверх и вниз). Для выполнения этого требования лифты могут оснащаться двумя ограничителями скорости одностороннего действия, один из которых приводит в действие ловители одностороннего действия, размещенные на кабине, а второй – на противовесе лифта. Однако такое решение ведет к дублированию системы безопасности (помимо двух ограничителей скорости и ловителей, дополнительно требуются два натяжных устройства, два каната ограничителя скорости и двойное количество концевых выключателей). Это может быть оправдано только в случаях, когда под приямком лифтовой шахты находятся используемые помещения, например подземная парковка. В данной статье рассмотрены устройства безопасности лифта, соответствующие новым требованиям современных отечественных и зарубежных стандартов (EN 81–20:2014): ловители и ограничители скорости двухстороннего действия, система предотвращения непреднамеренного движения кабины (противовеса). Ловители и ограничитель скорости представляют собой взаимосвязанные устройства, которые предотвращают падение кабины (противовеса) в случае обрыва или при ослаблении несущих канатов, а также останавливают кабину (противовес) при недопустимом превышении скорости. Однако, как показала практика, возможны случаи неконтролируемых движений лифта вверх и во время стоянки лифта с открытыми дверями. Это приводит к авариям и травматизму пассажиров. Предложенные конструкции ограничителя и ловителя позволяют этого избежать. Даны рекомендации по модернизации старых лифтов и, как следствие, повышению их уровня безопасности.
Ключевые слова
Одним из видов финишных операций механической обработки поверхности изделий из металлических материалов является твердое точение, которое осуществляется на повышенных режимах токарной обработки. При обработке сталей, закаленных на высокую твердость, на режимах обработки с проявлением всех особенностей, характеризующих твердое точение, выделяется много теплоты, которая в процессе токарной обработки переходит в стружку. При этом значения силы резания уменьшаются, что связано с разупрочнением активных поверхностных слоев обрабатываемого материала и его последующей пластификацией. Это приводит к уменьшению сил резания в зоне контакта. Существенный интерес как с научной, так и с практической точек зрения вызывает вопрос изменения температуры резания и параметров обработки на режимах твердого точения. В статье представлены экспериментальные результаты исследований и эмпирические зависимости радиальной составляющей силы и температуры резания от скорости резания и подачи на оборот при фиксированной глубине резания на режимах твердого точения закаленной стали. Исследования проводили на специально сконструированной для этих целей экспериментальной установке, состоящей из токарного станка и стенда для регистрации, контроля и анализа динамических процессов (в виде сигнала от резца) при проведении токарной обработки. В качестве испытуемого инструмента использовали резец со сменными режущими пластинами из керамики, а материалом заготовок для проведения исследований была сталь ХВГ, подвергнутая термической обработке на категорию твердости 55 HRC. Произведена компьютерная и математическая обработка методом наименьших квадратов полученных результатов, которая позволила вывести расчетные формулы для определения значений исследуемых факторов. Определены оптимальные значения факторов, соответствующие минимальному значению радиальной составляющей силы и температуре резания.
Ключевые слова
В статье описана методика решения прямых и обратных задач моделирования процесса магнитно-абразивной финишной обработки (МАФО) полупроводниковых пластин. Решение прямой задачи позволяет производить расчет функции съема припуска при заданных параметрах обработки, а решение обратной задачи – расчет значений параметров обработки, требуемых для реализации заданной функции съема припуска. Прямая задача решается на основе уравнения Престона, обычно используемого для описания скорости съема припуска при полировании оптических деталей. Обратная задача рассматривается в матричной формулировке, а ее решение в смысле наименьших квадратов определяется с помощью обобщенной обратной матрицы Мура–Пенроуза. На основе решения прямой задачи с постоянными значениями кинематических и магнитных параметров обработки показано, что МАФО при постоянных значениях параметров не обеспечивает равномерности съема припуска. На основе численных примеров показано, что близкий к равномерному съем припуска может быть обеспечен за счет управления магнитными параметрами обработки, закон изменения которых определяется путем решения обратной задачи. Показано, что гладкость решения исходной плохо обусловленной обратной задачи может быть повышена путем ее регуляризации, по Тихонову, что, в свою очередь, технически упрощает управление параметрами обработки.
Ключевые слова
Изучено влияние электрических характеристик импульсного источника питания сверхвысокой частоты (СВЧ) магнетрона на условия формирования СВЧ разряда, определяемые режимом работы СВЧ генераторной системы в целом. Формирование плазменного разряда осуществлялось в вакуумируемом реакционно-разрядном объеме, расположенном внутри прямоугольной резонаторной камеры. В зависимости от режимов работы источника электропитания СВЧ магнетрона проведены исследования для трех режимов генерации плазмы СВЧ разряда (импульсный режим со скважностью S ≈ 2; импульсный режим со скважностью S ≈ 1,15; непрерывный режим). Выполнены зондовые измерения величины мощности СВЧ в объеме плазмы СВЧ разряда и ее локальной проводимости. В работе представлены зависимость мощности СВЧ энергии в центральной области реакционно-разрядной кварцевой камеры СВЧ плазмотрона от величины потребляемой СВЧ магнетроном мощности, а также распределение электрической составляющей плазмы СВЧ разряда по длине и плоскости сечения рабочего объема. Установлено, что для всех исследуемых режимов работы источника питания с повышением потребляемой мощности СВЧ генераторной системой характерно увеличение СВЧ мощности, регистрируемой в центральной области плазменного разряда. Для непрерывного режима генерации свойственно снижение неравномерности распределения электромагнитной энергии по оси разрядной камеры. Показано, что переход от импульсного к непрерывному режиму формирования плазменного СВЧ разряда при одинаковом уровне энергопотребления генераторной системой характеризуется снижением величины регистрируемой СВЧ мощности в объеме плазмы СВЧ разряда и ростом ее локальной проводимости в отдельных зонах реакционно-разрядного объема.
Ключевые слова
Рассмотрена задача расчета кольцевой плиты на сваях на упругом основании при условии нахождения части плиты в одной плоскости. Подобная задача возникает в практике при расчете свайно-плитного фундамента дымовых труб ТЭЦ. Расчет выполняется способом Б. Н. Жемочкина – смешанным методом строительной механики, где за неизвестные принимаются усилия в разрезанных связях Б. Н. Жемочкина на контакте плиты и упругого основания, линейное и угловые перемещения введенного защемления на плите, пружинах, которыми моделируются сваи, и неизвестные усилия, вызывающие перемещения части кольцевой плиты в одной плоскости. Известными считаются внешние вертикальная сила, момент. Сформирована в общем виде система линейных алгебраических уравнений для решения поставленной задачи. Получены результаты для кольцевого свайно-плитного фундамента дымовой трубы. Приводятся графики распределения контактных напряжений, перемещений для нескольких сечений фундаментной плиты, усилий в сваях и внешней нагрузки, вызывающей перемещения части плиты в одной плоскости. Полученные результаты могут быть заложены в нормативные документы Республики Беларусь и Российской Федерации.
Ключевые слова
Искусственные крытые ледовые площадки – сложные и дорогостоящие инженерные сооружения, которые широко используются для проведения различных спортивно-массовых и спортивных мероприятий, таких как ледовое шоу, хоккей, фигурное катание, конькобежный спорт и др. Присутствие на всех перечисленных мероприятиях большого количества зрителей способствует широкому распространению информации с помощью рекламы различных форм представления. Как показал опыт, прежде всего, это различные баннеры и логотипы команд, размещаемые в массиве ледовой пластины. Последнее, очевидно, влияет на температурный режим ледового покрытия, поскольку баннеры изменяют сопротивление теплопередаче слоя льда. Вместе с тем применительно к конкретному виду мероприятий устанавливаются (международными федерациями хоккея на льду, фигурного катания, конькобежного спорта, в том числе и международными правилами) жесткие требования к параметрам температурного поля поверхности ледовой пластины. Для изучения влияния рекламных баннеров на температурный режим поверхности льда проведены натурные эксперименты на ледовой площадке стандартного размера многофункциональной спортивной арены на 15000 зрителей и численное решение дифференциального уравнения теплопроводности для льда с рекламными баннерами. Проведенное исследование подтверждает, что рекламные баннеры на ледовых площадках оказывают существенное влияние на температурный режим льда, что влияет на качество льда и условия проведения спортивных соревнований. Соблюдение рекомендаций по выбору материалов и цветов баннеров, а также эффективное управление системой охлаждения помогут минимизировать негативные последствия баннеров на качество льда.
Ключевые слова
В рамках обеспечения энергетической безопасности страны и проведения политики декарбонизации экономики в Республике Беларусь предполагается максимальное использование собственных топливно-энергетических ресурсов (ТЭР). Однако открытым остается вопрос выбора вида теплоисточника в системах централизованного теплоснабжения при использовании местных видов топлива (МВТ). Ввод в эксплуатацию Белорусской АЭС и относительно высокая удельная стоимость электрогенерирующих мощностей на МВТ склоняют чашу весов к применению в качестве теплоисточников котельных. Исходя из мирового опыта развития и применения теплофикации как наиболее энергоэффективного решения в области теплоснабжения, исследована данная проблема в условиях Республики Беларусь. Показано, что электрическая мощность мини-ТЭЦ на традиционных МВТ, подключенных к объединенной системе страны, составляет менее 100 МВт, а основными технологиями, реализованными на мини-ТЭЦ на МВТ в Республике Беларусь, являются традиционные ПСУ с водяным паром в качестве рабочего тела (11 электростанций) и ПСУ с органическим циклом Ренкина (ОРЦ) (3 электростанции). Географически мини-ТЭЦ, работающие на МВТ, расположены равномерно по всей территории Республики Беларусь. Определено число часов использования установленной мощности возобновляемых источников энергии Республики Беларусь. Явное преимущество имеют энергоисточники на органических отходах и биомассе (свыше 4000 ч/год) и на гидроресурсах (около 3500 ч/год), для которых показатель числа часов использования установленной мощности значительно выше, чем для установок солнечной и ветровой энергетики. Кроме того, генерирующие мощности на биомассе имеют наименьший коэффициент поставки электроэнергии в Объединенную энергетическую систему Беларуси. На основе анализа современных тенденций развития энергетики сформулированы технико-экономические «факторы привлекательности» строительства теплофикационных систем теплоснабжения на МВТ в условиях Беларуси, к которым, помимо традиционных факторов (замещение импортируемого топлива – природного газа и нефти), относятся повышение качества и надежности энергообеспечения потребителей в удаленных точках, развитие полигенерации, снижение потерь электрической энергии на ее транспорт, участие в покрытии электрического графика нагрузок объединенной энергосистемы, а также указана возможность создания на базе мини-ТЭЦ энергетического хаба, структурированного под интеграцию энергетических подотраслей, источников распределенной генерации и опцию генерации «зеленых» энергоносителей.
Ключевые слова
Наиболее распространенные технические системы в мире – стальные трубопроводные коммуникации в подземном исполнении (теплопроводы, магистральные и распределительные нефте- и газопроводы и пр.). Соответственно оценка надежности таких технических систем и их составных частей представляет большой теоретический и практический интерес. На современном уровне развития расчет надежности стал обязательным этапом при проектировании и диагностировании (в процессе эксплуатации) ответственных технических систем и в частности трубопроводных. В основе надежностного расчета, в явном или неявном виде, всегда лежит модель рассчитываемого объекта. Именно от адекватности модели реальным физическим связям и процессам внутри технического объекта зависят точность и практическая ценность расчетных методик. Предлагается рассматривать единичный линейный участок стального подземного трубопровода как сложную техническую систему из неравноценных с точки зрения надежности элементов – основного элемента (стальной трубы) и вспомогательных защитных элементов, объединенных в подсистемы (блоки). Алгоритм расчета надежности объекта построен на основе метода структурных схем (блок-схем) с учетом влияния эффекта последействия отказа вспомогательного элемента (элементов) на параметры надежности основного элемента, что более адекватно отражает специфические особенности устройства и функционирования стальных трубопроводов по сравнению с применяемыми статическими моделями. Рассмотрены варианты конструктивного исполнения стального подземного трубопровода с защитным изоляционным покрытием и с комплексной защитой от коррозии (изоляция и электрохимическая защита), для которых получены уточненные формулы для расчета основных показателей надежности (безотказности).