Важными характеристиками рабочего процесса мини-погрузчика являются параметры вибрации. Повышенные уровни вибрации приводят к стрессовому характеру условий работы водителя-оператора, а в некоторых случаях являются причиной хронических профессиональных заболеваний. Поэтому исследования вибрационных характеристик, несомненно, являются важным аспектом совершенствования мини-погрузчиков, улучшения их эксплуатационных показателей. В работе мини-погрузчиков выделяют три основных режима: работа на холостом ходу двигателя, режим движения погрузчика и подъем груза. Значительная доля вибрации приходится на оператора при движении погрузчика. Поэтому я данной работе рассматривался только режим движения. Так как в реальности погрузчик работает на всех трех режимах, общий уровень вибрационного воздействия на оператора будет менее значительным. Заметим, что результаты измерений вибрационных характеристик погрузчика могут отличаться при замене сидения оператора на другое или, например, при изменении типа применяемых шин. Проведенные экспериментальные исследования могут помочь в проведении сравнительного анализа вибрационного анализа для погрузчиков с различными типами сидений, шин и другими особенностями. Предметом исследований являются вибрационные воздействия на оператора со стороны кресла, так как именно эти воздействия являются определяющими для осуществления комфортных условий работы оператора. В статье используются различные методы статистической обработки информации: описательные статистики, методы корреляционного анализа, множественной регрессии, кластерный анализ, факторный анализ, многомерное шкалирование и другие. Разнообразие примененных методов позволило детально описать вибрационные характеристики, дать практические рекомендации, направленные на выявление вибрационных особенностей условий работы оператора мини-погрузчика, рекомендации по снижению вибрационных воздействий. Полученные результаты планируется применить при совершенствовании конструкций мини-погрузчика для улучшения его технико-эксплуатационных характеристик.
Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
2024. — Выпуск 4
Содержание:
Обоснована целесообразность распределения энергии отработавших газов между элементами системы «газовая турбина - эжектор - охладитель наддувочного воздуха» в дизеле с газотурбинным наддувом при применении эжектора для осуществления циркуляции охлаждающего воздуха через охладитель с целью охлаждения воздуха после компрессора. Отмечается актуальность перераспределения энергии отработавших газов между элементами системы для совершенствования систем охлаждения наддувочного воздуха в направлении снижения затрат мощности на функционирование и упрощения конструкции их элементов. Рассмотрены функциональные и конструктивные особенности элементов системы эжекционного охлаждения наддувочного воздуха. Отмечается неполнота изученности функционирования эжектора на выпуске для интенсивной циркуляции охлаждающего воздуха через матрицу охладителя при размещении эжектора после турбины турбокомпрессора. Определены критерии оценки эффективности системы «турбина - эжектор - охладитель наддувочного воздуха» и условия их использования. Отмечается необходимость решения системы критериальных уравнений при нахождении оптимального значения степени понижения давления в турбине. Рассмотрены возможные способы включения газовой турбины и эжектора в выпускном тракте дизеля, в частности, последовательный и параллельный способ. Установлена необходимость рационального распределения отработавших газов между газовой турбиной и эжектором. Приведены основные факторы, характеризующие связи функциональных и геометрических параметров элементов системы. Отражены особенности комплексной оценки эжекционной системы охлаждения наддувочного воздуха в дизеле с использованием математического моделирования процессов в различных элементах системы для изыскания резервов и компромиссных решений по снижению затрат мощности на ее функционирование. Результаты комплексной оценки эффективности эжекционной системы охлаждения наддувочного воздуха методом численного моделирования представлены графически в виде зависимостей параметров ее элементов от степени понижения давления в турбине турбокомпрессора. Анализ результатов комплексной оценки эффективности показывает, что наиболее эффективен последовательный способ установки эжектора за турбиной турбокомпрессора. Отмечается, что затраты мощности дизеля на функционирование эжектора должны быть меньше, чем снижение ее от уменьшения плотности наддувочного воздуха при падении πк вследствие перераспределения энергии отработавших газов между турбиной и эжектором. Максимальные значения степени охлаждения, плотности наддувочного воздуха и эффективной мощности дизеля достигаются при различных значениях степеней понижения давления в турбине или эжекторе. В этой связи делается вывод о целесообразности значения степеней понижения давления в турбине или эжекторе на компромиссной основе.
Ключевые слова
В статье приводится подход к конструированию системы управления демонстратора, служащего для отработки двигателей, алгоритмов управления и навигации летательного аппарата на этапе посадки. Использование подобных демонстраторов позволяет провести испытания отдельных узлов техники, оценить возможности применяемых технологий, разработать и проверить методики проектирования и определения требуемых параметров составных частей для получения в итоге нужных свойств изделия в целом. Механическая конструкция демонстратора представляет собой сложную систему из движущихся друг относительно друга частей. Основным подходом к синтезу систем управления подобными системами является цифровое моделирование. С этой целью в статье приводится вывод динамических уравнений движения частей демонстратора, основанных на использовании уравнений Лагранжа 2- го рода. При составлении модели также учитывались характеристики используемых ракетных двигателей, регуляторов расхода горючего, датчиков, синтезированных регуляторов и особенности цифровой реализации системы управления. Приведены результаты моделирования движения демонстратора на этапе подъема и посадки. Моделирование производилось с использованием программной системы Simulink. На этапе моделирования были определены параметры регулятора, обеспечивающего движение платформы ракетного двигателя по вертикали без перерегулирования с минимальной установившейся ошибкой отработки в верхнем положении. Результаты моделирования позволяют сделать вывод о качестве движения демонстратора для реализации движения платформы демонстратора на этапах имитации взлета и посадки летательного аппарата. Весь материал статьи иллюстрирован необходимым графическим материалом, приведены ссылки на литературные источники, подтверждающие возможность и качество использования тех или иных научных подходов и технологий.
Ключевые слова
Производительность механической обработки при изготовлении деталей машиностроительных изделий определяется временем, затрачиваемым на формообразование поверхностей в соответствии с чертежом и количеством стадий обработки, необходимых для достижения заданной точности детали из заготовок той или иной точности. В связи с известным свойством технологической системы, связанным с технологической наследственностью погрешностей детали от погрешностей заготовки, уточнение размеров заготовки проводится в несколько стадий. Необходимое количество стадий обработки (уточнения) заготовки зависит как от свойств самой технологической системы, так и от степени разброса входных параметров заготовки и режимов ее обработки. Кроме того, в связи с тем, что процесс уменьшения погрешности заготовки зависит от поля рассеивания ее размеров, требуемое количество стадий обработки для достижения заданной точности в основном определяется изменением размера динамической настройки на каждой из них. При этом сама величина размера обычно корректируется изменением статической настройки. Размер динамической настройки возникает в результате упругих перемещений элементов технологической системы под действием сил резания. Чем больше размер динамической настройки отличается от настроечного размера (размера статической настройки), тем больше погрешность выполняемого размера. Погрешности, вызываемые колебаниями размеров динамической настройки, трудно компенсируются, так как они зависят от многих параметров: от прочностных свойств обрабатываемого материала, режимов резания, параметров режущего инструмента и его износа, жесткости технологической системы и др. В статье изложен подход нахождения таких сочетаний параметров технологического процесса, которые обеспечивают наименьшее время изготовления деталей и заданную точность. Для параметрической оптимизации рассмотрены выявленные закономерности влияния основных параметров технологического процесса на коэффициент уточнения размеров заготовки на каждой стадии обработки.
Ключевые слова
Актуальной задачей современной науки является поиск и формализация закономерностей и взаимосвязей между конструктивными параметрами деталей и технологией их изготовления. В статье рассмотрены основные проблемы, препятствующие созданию систем автоматического проектирования технологических процессов. Целью данной работы является рассмотрение основных задач проектирования технологии, формулирование ключевых проблем формализации процесса проектирования и изложение нетривиального подхода для их решения. При проектировании технологии изготовления деталей решаются две краеугольные задачи:1) обеспечение заданных свойств материала детали; 2) обеспечение геометрической конфигурации детали. На основании анализа проблем формализации проектирования технологических процессов авторы утверждают следующее: аксиоматика и инструментарий формальной геометрии трехмерного (3D) линейного векторного пространства не имеют принципиальной возможности описывать схемы порождения геометрических конфигураций объектов, а также оперировать с неидеальными геометрическими формами и размерами. Для решения рассмотренных проблем предлагается использовать геометрию неидеальных объектов в шестимерном пространстве с тремя линейными и тремя угловыми координатами. Для определения угловых положений объектов введено понятие углового вектора. Геометрический объект представляется в виде нечеткого замкнутого подпространства с ненулевым объемом, ограниченного конечным набором пересекающихся (сопряженных) поверхностей. Поверхность рассматривается как граница разделения двух различных сред. Процесс порождения геометрической конфигурации объекта (G) заключается в формировании границ замкнутого подпространства путем относительного расположения поверхностей, входящих в его состав (S) в соответствии со структурой (D), определяемой заданными линейными и угловыми размерными связями. Порождение формы поверхностей моделируется кинематическим способом, использующим взаимодействие двух производящих линий. Установлена однозначная взаимосвязь между структурой геометрической конфигурации детали и набором технологических схем обеспечения взаимного расположения поверхностей. Изложенные материалы позволяют утверждать о существовании строгих соответствий между конструкцией детали и технологией её обработки при условии корректного и непротиворечивого представления её геометрической конфигурации.
Ключевые слова
В ремонтном производстве для изготовления модульных колес применяется зубофрезерование дисковыми фрезами на универсальных горизонтально-фрезерных станках. В случае производства прямозубых колес в зависимости от числа их зубьев используются фрезы заданного в ОСТ2 И 41-14-87 номера из выбранного стандартного набора фрез. В случае фрезерования косозубых колес требуются фрезы со специальным профилем, расчет которого выполняется в два этапа. На первом этапе реализуется решение прямой задачи расчета данного профиля аналитическим методом или с применением современных CAD-программ. На втором этапе выполняется решение проверочной задачи, связанной с нахождением профиля зубчатого колеса, который будет сформирован спроектированной фрезой. Поскольку профиль фрезы относится к классу выпукло-вогнутых профилей, решение такой задачи с использованием современных CAD-программ все еще является проблематичным. Одним из способов решения этой задачи остается традиционный аналитический подход, при этом его реализация на практике легко осуществима для фрез с профилем, аппроксимированным отрезками прямых линий. Именно такой подход был реализован в настоящем исследовании, которое показало, что при решении прямой задачи в программе Solidworks получаемый профиль колеса практически полностью совпадает с его исходным профилем. Вторым этапом данного исследования было изучение возможности применения стандартных модульных фрез с отличающимися от требуемых по указанному стандарту номерами. Практическая целесообразность такого подхода заключается в использовании дешевых стандартных фрез, предназначенных для описанных в указанном стандарте случаев обработки прямозубых колес применительно к случаям фрезерования косозубых колес. Выполненный пример расчета для случая колеса с 34 зубьями, модулем 4,5 мм, углом наклона зубьев 29 градусов показал, что применение фрезы с номером 8 дает на вершине зуба максимальное отклонение вышеуказанных профилей в пределах 117 мкм. Подточка в ремонтном производстве стандартной фрезы на указанную величину обычно не вызывает трудностей, что позволит получить колесо требуемой точности с практически отвечающим чертежу профилем зуба или заготовку под последующую чистовую операцию.
Ключевые слова
Традиционно контроль изготавливаемых резьбовых поверхностей принято выполнять с использованием предельных калибров. Однако в единичном или мелкосерийном типах производства деталей с нестандартными резьбами изготовление дорогостоящих специальных калибров становится нерентабельным. Тенденция последних десятилетий, связанная со снижением серийности производства, обуславливает все более широкое применение универсальных средств измерений и прежде всего координатно-измерительных машин (КИМ). Для контроля метрических или упорных цилиндрических резьб, точность которых согласно стандарту определяется приведенным средним диаметром, разрабатываются методики его расчета по полученным от КИМ облакам точек. В случае конических резьб их точность необходимо определять положением их основных плоскостей. Такое положение, а именно расстояние от данной радиальной плоскости до торцовой плоскости резьбовой части детали, должно находиться в заданных допуском пределах. Для расчета этого расстояния в данной работе предложено использовать прилегающие к полученному на КИМ облаку точек две смежные идеальные винтовые поверхности, которые вместе как калибр-кольцо с заданным собственным средним диаметром определяют искомую плоскость. Выполненные по предлагаемой методике расчеты облака точек для случая дюймовой конической резьбы показали соответствие найденного расстояния осевого положения основной плоскости указанным в стандарте значениям. При этом исследованиями было установлено, что точность расчетов существенно зависит от точности определения координат точек резьбы. Приемлемый по точности расчет (0,2 %) был получен при определении координат точек резьбы с точностью 5 мкм, что достижимо при использовании ряда оптических КИМ. Предложенный подход может применяться и для случая свинчивания наружной трубной конической резьбы с внутренней цилиндрической резьбой. Таким образом, приведенные в статье результаты исследований имеют перспективы и требуют дальнейшего совершенствования, например, для определения осей идеальных винтовых поверхностей, прилегающих к облаку точек реальной резьбы.
Ключевые слова
При проектировании самоходной дорожно-строительной техники важное значение имеет обеспечение выполнения санитарных норм на рабочем месте водителя-оператора. При этом для обоснованного выбора характеристик виброизоляции рабочего места широко применяется математическое моделирование динамики машины. Проблема снижения вибрационной нагруженности особенно актуальна для бульдозеров на базе гусеничных тракторов с полужесткой подвеской. В статье представлена математическая модель, описывающая динамику системы «гусеничная тележка - корпус - кабина - виброзащитное сиденье с водителем» гусеничного трактора с полужесткой подвеской. Модель описывает низкочастотные вибрации, вызванные движением опорных катков по звенчатой гусенице. Предложенная модель отличается подробным описанием гусеничного движителя, что позволяет исследовать влияние на вибрации машины свойств грунта, расстановки опорных катков, формы опорной поверхности траков и др. При моделировании динамики виброзащитного сиденья с оператором использована многомассовая модель, что позволяет исследовать вибрационную нагруженность различных частей тела водителя-оператора. Приведены дифференциальные уравнения движения системы. Для получения функций спектральной плотности вертикальных виброускорений на месте водителя использован спектральный метод. Рассмотрена методика получения функций спектральной плотности вертикальных и угловых перемещений гусеничной тележки. Также представлены методики получения частотных передаточных функций, связывающих обобщенные координаты математической модели с входным воздействием, и расчета средних квадратических значений виброускорений в стандартных частотных полосах. Приведенные в статье результаты подтверждают необходимость использования многомассовой модели виброзащитного сиденья с водителем-оператором для получения адекватной оценки вибронагруженности рабочего места. Разработанная модель и методика расчета в дальнейшем будут использованы для решения ряда практических задач.
Ключевые слова
На сегодняшний день тенденции автотракторостроения направлены на создание надежных систем, обеспечивающих гарантированные показатели при их эксплуатации. На первый план выходит вопрос форсирования двигателя при сохранении его габаритных размеров. Значительную прибавку мощности обеспечивает газотурбинный наддув. Вместе с тем турбонаддув создает множество проблем, связанных с наличием высокопрецизионных систем, требующих обеспечения качественной и непрерывной смазки. Помимо этого, в двигателе с турбонаддувом повышаются удельные и абсолютные нагрузки. Из-за чрезмерных нагрузок весомо уменьшаются сроки проведения технического обслуживания. Преодолеть перечисленные недостатки позволяет установка автономной смазочной системы с независимым электроприводом электронасоса системы смазки. Данная система позволит контролировать температурные режимы при любых возможных условиях эксплуатации. Исходя из обоснованного выше, целью исследования выступает теоретический и экспериментальный анализ расхода масла через подшипник турбокомпрессора (ТКР) при варьировании величины входного давления и оборотов вала ротора турбокомпрессора при постоянной температуре входного масла 50 °С. Основой теоретических исследований является обоснование математического аппарата для определения расхода масла через подшипники турбокомпрессора. В методической части статьи представлена автономная система смазки и экспериментальный стенд. Также показан турбокомпрессор с установленными на него датчиками и измерительными устройствами. Для обработки экспериментальных данных выбрана программа SigmaPlot и составлена матрица многофакторного эксперимента. В результате экспериментальных исследований получены точечные данныеконтроля расхода масла через подшипник турбокомпрессора в пределах варьирования 25000…75000 мин-1. В практике эксплуатации можно использовать высокое компенсаторное свойство механизма увеличения давления для повышения границ эффективности смазывания подшипника турбокомпрессора.
Ключевые слова
Актуальность. Одним из возможных режимов эксплуатации, при котором автоколебания валов и передач тягового электропривода проявляются наиболее ярко, является режим фиксации транспортного средства на уклоне при начале его скатывания за счёт создания крутящего момента на валах электродвигателей, препятствующих вращению колёс в сторону скатывания транспортного средства. При этом штатная тормозная система задействована и ведущие колеса находятся в тормозном режиме, поскольку активирована функция помощи на подъёме. В данном случае возможна несогласованность процессов снижения тормозного момента и нарастания тягового момента при старте, что может привести к накоплению в системе энергии, возбуждающей автоколебания при отрицательном трении и отсутствии или малости демпфирования. Данный рабочий режим в эксплуатации является высоковероятным, поскольку движение транспортного средства сопряжено всегда с остановками и последующим началом движения, в особенности в условиях населённых пунктов, что нередко бывает на уклонах дороги. Цель исследования. Необходимо проверить работоспособность и эффективность метода подавления автоколебаний в электромеханической системе привода колеса при начале движения и работе системы помощи на подъёме. Материалы и методы. Исследование работоспособности и эффективности алгоритма выполнено с применением методов экспериментальных исследований. Результаты исследования. С помощью метода натурных экспериментов установлена работоспособность и эффективность алгоритма подавления автоколебаний при интенсивном начале движения на уклоне и активированной системе удержания на подъёме. По результатам исследований можно заключить, что при активации алгоритма подавления автоколебаний амплитуды колебаний угловой скорости роторов ТЭД снижены до 8 раз. Для крутящих моментов автоколебания подавлены полностью, что свидетельствует об эффективности алгоритма подавления. При этом работа алгоритма подавления автоколебаний привела к повышению эффективности работы алгоритма фиксации транспортного средства на уклоне, так как откат при фиксации уменьшился на 8…15 %. Заключение. Алгоритм подавления автоколебаний при испытаниях показал свою работоспособность и эффективность и можно рекомендовать для практической разработки систем управления замедлением транспортных средств.
Ключевые слова
Статья посвящена выбору параметров моделирования при проведении численного исследования течения жидкости в проточной части вихревого гидравлического диода. Течение жидкости в вихревом диоде является сложным, включающим в себя плоские и объемные вихри. Поэтому корректный выбор параметров моделирования при проведении численного эксперимента затруднителен. Обзор научно-технической литературы показал, что в настоящее время отсутствует единый подход при численном моделировании потоков в вихревом диоде. В данной работе проведено численное моделирование течения жидкости в прямом и обратном направлениях вихревого гидравлического диода с применением параметров, выявленных в ходе выполненного обзора литературы, как наиболее часто используемых в исследованиях вихревых диодов. Так, в качестве моделей турбулентностей применены k-ε, SST, RSM и ламинарная модель. Представлены результаты моделирования и их анализ. Кроме того, в ходе работы проведен физический эксперимент, целью которого явилось получение действительных характеристик исследуемого вихревого диода. Для проверки адекватности результатов численного моделирования с применением различных моделей турбулентности и ламинарной модели проведено сравнение результатов физического эксперимента и результатов численного моделирования. При этом сравнение производилось по сосредоточенным параметрам. Установлено, что в исследуемом диапазоне чисел Рейнольдса наиболее предпочтительной с точки зрения точности получаемых результатов моделирования течения в вихревом диоде является модель турбулентности RSM для моделирования потока в прямом и обратном направлениях. При этом модель SST ввиду меньших требований к ресурсу в сравнении с RSM и относительно высокой точности моделирования потоков в вихревых диодах при больших числах Рейнольдса может быть использована в моделировании для предварительных расчетов гидродиода.
Ключевые слова
Статья посвящена разработке геометрии проточной части квадратичного дросселя с игольчатым запорно-регулирующим элементом с применением средств вычислительной гидродинамики. В работе приведены результаты расчета основных геометрических параметров проточной части дросселя при заданных номинальном массовом расходе и рабочем диапазоне хода иглы. Показано, что результаты расчета пропускной характеристики квадратичного дросселя существенно зависят от рекомендаций по выбору величин коэффициентов гидравлического сопротивления его проточной части. Поэтому для выбора геометрических параметров проточной части дросселя целесообразно проведение численного моделирования течения жидкости в нем. В статье представлены параметры и результаты моделирования течения жидкости в проточной части игольчатого дросселя в двух исполнениях при различных положениях запорно-регулирующего элемента. По результатам моделирования определены пропускные характеристики обоих исполнений дросселя и обоснован выбор оптимального с точки зрения линей ности пропускной характеристики и ширины диапазона регулирования по расходу исполнения дросселя. Кроме того, по результатам численного моделирования определена величина силы, действующей на запорно-регулирующий элемент, со стороны жидкости в каждом исследуемом положении иглы. Также получены поля распределения скоростей и статического давления в продольном сечении проточной части дросселя, которые позволяют оценить гидродинамическую картину течения жидкости и наличие дополнительных нежелательных сопротивлений в проточной части, а также возможность квитанционных эффектов в рабочем диапазоне массовых расходов. Исследуемый дроссель был изготовлен и подвергнут экспериментальному исследованию для определения действительной пропускной характеристики аппарата. Результаты эксперимента показали, что расхождение действительной пропускной характеристики и характеристики, полученной в результате численного моделирования, не превышает 5 % во всем рабочем диапазоне хода запорно-регулирующего элемента.
