«БУДУЩЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ НАУКИ Сборник материалов XIII Международной молодежной научно-технической конференции Нижний Новгород, 23 мая 2014 г. Нижний Новгород 2014 УДК 62 ББК 30 Б 903 Будущее технической науки: сборник ...»

Моделирование динамического процесса резания можно описать теоретически или эмпирически. При теоретическом описании выбирается математическая модель, основанная на общих законах, которыми описывается динамика тех или иных явлений, протекающих в процессе функционирования системы. Чаще всего, исходная математическая модель получается в виде системы нелинейных дифференциальных уравнений, поиск общего решения которых не всегда удается.

При построении математических моделей не обязательно описывать все процессы, протекающие в технологической системе. Достаточно иметь сведения об их внешних проявлениях. Технологическая система в этом случае рассматриваются как устройство, у которого исследуется реакция выходных переменных на известные входные воздействия. После того, как выбран (или задан) общий вид функциональной зависимости между переменными, задача сводится к определению численных коэффициентов (параметров модели).

Многочисленные исследования свидетельствуют о сильной зависимости динамики станочных систем от специфических особенностей развития во времени контактных процессов в системе резания. Устойчивость упругой системы станка существенно определяет динамика процесса резания, причиной является высокая степень деформации в приконтактных слоях стружки, создающая вихревой характер движения обрабатываемого материала в зоне резания. Поэтому наиболее перспективным направлением решения проблемы динамической устойчивости упругой системы станка является разработка информационной модели на основе искусственных нейронных сетей, которые, благодаря своим аппроксимирующим свойствам и высокому быстродействию, находят все большее применение.

Применение динамических моделей процессов механической обработки, построенных на основе нейронных сетей для управления металлорежущими станками, позволяет контролировать динамическую устойчивость процесса резания. При этом возрастает качество обработки, размерная точность, а также повышается стойкость инструмента.

1. Математическое моделирование самоорганизующихся процессов в технологических системах обработки резанием / Ю.Г. Кабалдин [и др.]. – Владивосток: Дальнаука, 2000. – 195 с.

УДК 621.8.

ЭЛЕКТРОКАПЛЕСТРУЙНЫЙ 3D ПРИНТЕР

В связи с этим возникает потребность в поиске дальнейших путей увеличения точности и производительности. Одним из таких решений является применение элктрокаплеструйных технологий (информация об этой технологии представлена в статье данного сборника «Электрокаплеструйная технология как способ печати трехмерных изделий»). В указанном направлении были проведены теоретические изыскания. В качестве примера для исследования была принята электрокаплеструйная печать стальной проволокой 09Г2С диаметром 1 мм, в качестве нагревательного излучения был принят лазер с диапазоном мощности 500Вт. А также наложено условие, что рабочая область принтера должна составлять цилиндр диаметром 300 мм.

Так как для печати предлагаемым методом необходима капля, функцию её формирования выполняет лазер, но при этом капля должна обладать контролируемыми размерами, чтобы обеспечивать заданную точность формируемого изделия. Такую функцию выполняет генератор капель, сообщающий колебательное воздействие на проволоку, которая передает вибрацию капле, что приводит к ее отрыву. Расчет показал, что производительность генератора капель может составить от 6 до 36 г/с при правильном подборе частоты и в зависимости от выбранной мощности лазера. При этом размер капли с увеличением частоты уменьшается, что позволяет сделать предположение о том, что можно получать изделия удовлетворительной точности, не снижая при этом производительность. Далее капля попадает в системы зарядки и отклонения капель. В этих системах существуют ограничения по размеру капли и по подаваемому напряжению, которое не должно превышать 10 кВ. В соответствии с расчетами капля, которую возможно отклонить на требуемое расстояние 150 мм от центра оси (для диаметра 300 мм), должна обладать массой не более 0,0114 г, при этом напряжение зарядки и отклоняющее напряжение составляют максимально допустимое значение 10кВ. В связи с этим были наложены ограничения на генератор капель и проведена корректировка области производительности в сторону меньших капель, а, следовательно, больших частот.

Итогом расчетов стали параметры электрокаплеструйного 3D принтера, которые показали, что при мощности лазера в 500 Вт частота каплеобразования составила диапазон от 530 до 4500 Гц, соответственно масса капли составила диапазон 0,0114…0,00113 г, а производительность 6 г/с. Чтобы увеличить производительность электрокаплеструйного принтера необходимо увеличить мощность лазера, скорректировать диапазон частот генератора капель, тогда производительность принтера может достичь значения 36 г/с при сохранении точности как при производительности 6 г/с.

Проведенное исследование показывает, что электрокаплеструные технологии могут стать дальнейшим путем к повышению производительности и точности изделий, получаемых методами трехмерной печати.

УДК 621.8.

ЭЛЕКТРОКАПЛЕСТРУЙНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

КАК СПОСОБ ПЕЧАТИ ТРЕХМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Следует отметить, что данная технология применялась лишь для печати изображений на плоскости. Однако в середине 80-х в СССР В.В. Кругловым, С.М. Сидоровым, В.И. Безруковым, Д.В. Ивановым, был предложен способ эмиссии монодисперсной струи вещества, который может послужить основой для новой технологии трехмерной печати. Этот способ относится к электрокаплеструйной технологии, а именно, к способам генерации монодисперсных струй, и может быть использован в процессах пайки, прецизионной металлизации, нанесения покрытий, прецизионного моногранулирования в порошковой металлургии, исправления дефектов на деталях, получения точных заготовок и рабочих поверхностей деталей. В рамках проведенной ими работы были выполнены эксперименты на двух типах установок, использующих в качестве сырья расплавленный металл и порошок, также были начаты работы над установкой с применением в качестве расходного материала проволоки. Полученные результаты доказали возможность применения электрокаплеструной технологии в качестве метода для формирования объемных изделий.

Теперь более подробно рассмотрим общий принцип работы 3D принтера, основанного на электрокаплеструйной технологии (рис. 1). Здесь эмиттер капель 1 генерирует однородную прямолинейную капельную струю 2. Зарядное устройство 3 осуществляет индукционный или ионный заряд капель. Блок управления 4 отклоняет струю по одной или двум координатам, прерывает и очищает ее от брызг; управляется он от знакогенератора 7. Для обеспечения качественной печати на подложке 5 эмиссия капель, их зарядка и управление должны быть синхронны и синфазны. Эту функцию выполняет синхронизирующее устройство 6.

Механизм привода 8 осуществляет взаимное перемещение печатающего органа и подложки.

Рис. 1. Обобщенная схема электрокаплеструйного 3D принтера с отклонением УДК 681.

РЕГУЛЯТОРЫ ДЛЯ СИСТЕМ С ТРАНСПОРТНЫМ ЗАПАЗДЫВАНИЕМ

Цель предиктора Смита – показать, какой сигнал появится на выходе объекта до того, как он там появится на самом деле. Регулятор Ресвика, представленный на рисунке 4, имеет недостаток – система устойчива только при точном равенстве запаздывания объекта и запаздывания, моделируемого в объекте, а малейшее нарушение равенства ведет к потере устойчивости. Передаточная функция ОУ:

Заменим ее приближенной моделью более низкого порядка с запаздыванием:

Используя среду имитационного моделирования Matlab/Simulink, соберем данную схему с использованием регуляторов Ресвика и Смита (рис. 1, а, б).

Рис. 1. Структурная схема с регулятором Ресвика (а) и Смита (б) Использование регулятор Ресвика дает следующие результаты: перерегулирование 0%, время переходного процесса около 3 с (рис. 2, а). Используя регулятор Смита, получаем следующие значения: перерегулирование 5%, время перерегулирования 74.3 с, время переходного процесса 102 с (рис. 2, б).

Рис. 2. Переходная характеристика с регулятором Ресвика (а) и Смита (б) В системах управления объектами с запаздыванием различные регуляторы. Предлагаемые системы регулирования достаточно просты по структуре. Рассмотрев известные системы регулирования, регуляторы Ресвика и Смита, можно утверждать, что их применение позволяет обеспечить устойчивость и качество замкнутой системы.

УДК 681.

ПРИМЕНЕНИЕ РЕГУЛЯТОРОВ В СИСТЕМАХ

ТРАНСПОРТНОГО ЗАПАЗДЫВАНИЯ

Методы синтеза регуляторов. Известно несколько методов синтеза систем управления объектами с запаздыванием:

метод с использованием регулятора Ресвика;

метод с использованием предиктора Смита;

метод с использованием предиктивный ПИ-регулятор (ППИ-регулятор);

метод Бэсса для синтеза оптимальных по быстродействию систем управления;

квазиоптимальное по быстродействию управление объектами с запаздыванием в промежуточных координатах.

На практике, наиболее часто используются первые два метода. Рассмотрим их подробнее.

Предиктор Смита, представленный на рис. 1, рекомендуется применять при соотношении величины запаздывания к постоянной времени объекта, описываемом следующим соотношением:

где L - время запаздывания, T - постоянная времени объекта. Цель предиктора Смита – показать, какой сигнал появится на выходе объекта до того, как он там появится на самом деле.

Регулятор Ресвика, представленный на рис. 1, имеет недостаток - система устойчива только при точном равенстве запаздывания объекта и запаздывания, моделируемого в объекте, а малейшее нарушение равенства ведет к потере устойчивости.

Метода Бэсса состоит в том, что для компенсации запаздывания при построении функции управления вносится упреждение с тем, чтобы управляющее воздействие системы без запаздывания и системы с запаздыванием совпадали. Математический вид: в фазовом пространстве поверхность управления, упреждающая по времени на поверхность переключения, строится по заданной поверхности переключения той же системы без запаздывания.

Сравним рассмотренные методы, применив их к одной и той же системе с запаздыванием.

Передаточная функция объекта управления имеет следующий вид:

Заменим ее приближенной моделью более низкого порядка с запаздыванием:

Передаточная функция регулятора Ресвика:

Используя среду имитационного моделирования Matlab/Simulink, соберем данную схему с использованием регуляторов Смита и Ресвика, представленную на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема с регулятором Смита и Ресвика По заданной передаточной функции построим график переходного процесса и проведем оценку показателей качества системы.

Использование регулятор Ресвика дает следующие результаты: перерегулирование 0%, время переходного процесса около 3 с (рис. 3).

Используя регулятор Смита, получаем следующие значения: перерегулирование 5%, время перерегулирования 74.3 с, время переходного процесса 102 с (рис. 3).

В системах управления объектами с запаздыванием различные регуляторы. Предлагаемые системы регулирования достаточно просты по структуре. Рассмотрев наиболее известные системы регулирования, регуляторы Ресвика и Смита, можно утверждать, что их применение позволяет обеспечить устойчивость и качество замкнутой системы.

Рис. 3. Переходная характеристика с регулятором Ресвика и Смита УДК620.179.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

НА ВЕЛИЧИНУ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ОБРАЗЦАХ

С АНТИКОРРОЗИОННОЙ АУСТЕНИТНОЙ НАПЛАВКОЙ

При термической обработке металлических конструкций в них могут возникать остаточные напряжения, остающиеся в конструкции после завершения термической обработки и приводящие к деформации, даже к трещинам. В условиях эксплуатации остаточные напряжения и пластические деформации металла могут способствовать хрупкому и усталостному разрушению, уменьшению коррозионной стойкости, изменению жесткости.

Возникновение внутренних напряжений при нагревании и последующем охлаждении в основном зависит от двух причин:

неоднородность температурных полей вызывает неоднородные деформации в смежных объемах материала;

неравномерности по сечению фазовых превращений.

Возникновение внутренних напряжений при охлаждении нагретого тела связано с различными коэффициентами линейного расширения основного металла и наплавки. Эти различия приводят к появлению по его сечению температурного градиента на границе металлов, или, иначе говоря, разности температур между отдельными участками охлаждаемого тела. Появление температурного градиента создает различное объемное состояние металла по сечению тела и вызывает в результате возникновение внутренних напряжений, которые приобретают заметную величину в тот момент, когда температура поверхностного слоя падает настолько, что в нем появляются упругие свойства.

В работе приведены результаты испытаний, полученные на образцах типа Шарпи с аустенитной наплавкой, которые подвергались термической обработке:

закалка при 950°С 25 мин, охлаждение в масло;

закалка при 950°С 25 мин, охлаждение в воду;

отжиг при 950°С 25 мин, охлаждение с печью.

Был проведен рентгеноструктурный анализ на установке ДРОН-2, использовали излучение Fe, напряжение U = 32 кВ, ток I = 8мА, щели 1 х 8 х 1 мм. Также были проведены акустические измерения с целью выявления возможности контроля остаточных напряжений.

УДК 621.

СОЗДАНИЕ ТРЕХМЕРНЫХ ПЛАНИРОВОК УЧАСТКОВ И ЦЕХОВ

С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА

AUTODESK FACTORY DESIGN SUITE

Функционал, которым обладает программный комплекс, позволяет:

осуществлять переход от ставшей привычной двухмерной планировки цеха к трехмерной модели и обратно;

анализировать поток материалов, отображая транспортные расходы, общее время и расстояние перемещений;

использовать имеющиеся обширные библиотеки объектов предприятий (технологическое и подъемно-транспортное оборудование, строительные элементы и т.п.) и самостоятельно пополнять их;

организовывать виртуальные «экскурсии» на основе реалистичного отображения спроектированного цеха.

Решаемый круг задач позволяет осуществить набор функциональных модулей, из которых состоит программный комплекс, например, таких как AutoCAD Architecture, Autodesk Navisworks, Autodesk Showcase и др.

Обладающий такими возможностями программный комплекс достаточно прост в освоении и способен увлечь ввиду своей наглядности как студента, изучающего специальные дисциплины и приобретающего опыт проектирования производственных участков и цехов с применением современных программных средств, так и специалиста, работающего в этой области.

УДК 621.

ПРИМЕНЕНИЕ RP-ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАЛОГАБАРИТНОЙ

ОСНАСТКИ В МЕЛКОСЕРИЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ЛИТЬЯ

При этом в качестве основного материала литейной оснастки для единичного и мелкосерийного производства литья в России по-прежнему используется нетехнологичный материал – древесина, характеризующийся низкими механическими свойствами, склонностью к набуханию и короблению. Производство деревянной модельной оснастки требует серьезных временных и трудовых затрат, привлечения к этой работе квалифицированных конструкторов, технологов и модельщиков.

В то же время современные технологии быстрого прототипирования (RP-технологии) могут выступить в качестве альтернативы существующему положению дел. Их основной замысел состоит в быстром построении точных копий изделия по его компьютерной 3D-модели.

В данной работе ставилась задача проектирования и изготовления стержневого ящика для серийного производства литейных стержней из холоднотвердеющей смеси (ХТС), применяемых в технологии фасонного литья ответственного назначения.

При проектировании 3D-модели стержневого ящика использовалась программная среда NX Unigraphics. Исходя из того, что габариты стержневого ящика превышали область построения принтера, было решено разделить 3D-модель на несколько частей. В результате было получено 10 моделей формата.stl. На основе сведений о технологиях быстрого прототипирования, была разработана классификация технологий быстрого прототипирования в основе которой лежат технологии получения литейной формы и модельной оснастки.

Печать деталей стержневого ящика реализовывалась по FDM-технологии быстрого прототипирования. В качестве основного материала деталей использовался ABS пластик.

Выбор данного материала обусловливался его свойствами: повышенная ударопрочность и эластичность, долговечность, стойкость к щелочам и кислотам, влагостойкость, низкая стоимость. После этого проводилась сборка составных частей. Для лучшей стыковки торцы всех составных частей обрабатывались шлифовальной бумагой. Склейка проводилась на особопрочный клей, обеспечивающий надежность соединения. Стыки на рабочей поверхности ящика были зашпаклеваны шпаклевкой на основе ABS пластика. Для придания конструкции дополнительной жесткости стержневой ящик помещен в древесный коробчатый каркас.

По итогам контроля за 10 месяцев стержневой ящик выдержал 2500 формовок, что в 2,3 раза больше, чем деревянный стержневой ящик Испытания экспериментального стержневого ящика в условиях действующего производства показали превышение его эксплуатационного ресурса над деревянным более 100%. В настоящее время работа получила свое развитие в части применения и переработки отходов ABS пластика, возникающих в процессе печати.

УДК 002.6:62-

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ СТАНКОВ С ЧПУ-

Под стабильностью технологического процесса понимают его свойство обеспечивать постоянство закона распределения вероятностей его параметров в течение определенного времени. Любой показатель качества продукции или услуги (размер, время исполнения, твердость, толщина покрытия и т.п.) не может быть абсолютно стабильным. Под действием различных факторов значения этих характеристик могут изменяться во времени. Процесс считается стабильным, если контролируемые параметры находятся внутри контрольных пределов и не наблюдается тренд к их выходу за эти пределы. При оценке контроля стабильности технологического процесса можно использовать контрольные карты, построенные по количественному или качественному признаку. Контрольные карты по количественному признаку применяют, когда контролируемый параметр можно измерить, на него даны соответствующие допуски. Если контролируемый параметр не поддается измерению, а годность изделия определяется по количеству дефектов, то применяют контрольные карты по качественному признаку.

Объектом исследования по оценке стабильности и точности технологических процессов взяты станки ТПК-125 с различными системами ЧПУ, которые имеют значительный износ, с целью выявления их работоспособности, а также экономической эффективности для дальнейшей их эксплуатации. В качестве методологической базы исследования использовались статистические методы, основанные на применении выборок с определенной группой станков, обрабатывающих поверхности 32,6-0.1, 29,3-0.05 и др. В цехе был налажен сбор информации по определенным параметрам и условиям работы. Все данные сводились в контрольные карты таблицы; на основании этих данных строились графики зависимости.

Даны следующие рекомендации:

ввести предварительный прогрев станка за час-полтора до начала смены, за это время произойдут все температурные изменения в элементах станка.

определить номенклатуру деталей для каждого станка, точность которых соответствует возможностям этого станка.

УДК 621.7.

ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ КАЧЕСТВЕННОГО РЕМОНТА ДИСКОВ КОЛЕСНОГО

ТРАНСПОРТА В НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

Эксплуатация транспортного средства по данным дорогам приводят к поломкам не только подвески автотранспорта, но и к деформации самой неотъемлемой и важной части любого автомобиля – диска колеса.

После повреждении диска автовладельцы, как правило, пытаются его отремонтировать – «править», так как покупка нового диска не всегда предоставляется возможным, исходя из цены данного продукта, либо из-за отсутствия необходимого рисунка профиля. При наличии данных обстоятельств встает вопрос о качестве «правки» дисков колесного автотранспорта.

Проведенное нами исследования показали, что из 30 выбранных автосервисов Нижнего Новгорода только 17 занимаются «правкой» дисков колесного транспорта. Для определения качества ремонта в данных мастерских были выделены основные критерии оказания качественного ремонта: марка используемого оборудования по правке дисков; наличие полного комплекта установочных колец; использование нагрева при ремонте диска; наличие прибора, осуществляющего контроль нагрева диска; использование при ремонте лопнутых дисков аргоно-дуговой сварки;

наличие прибора для проверки дефектов диска; Среднее время, затраченное на ремонт одного диска.

Анализ марки используемого оборудования по правке дисков показал, что во всех автомастерских ремонт типа «правки» осуществляется на специализированных стендах отечественных и зарубежных производителей: Фаворит-Т, Сд-1, Премьер-М, RSM 220, Titan 5400.

Основной маркой станка для правки дисков является стенд, предназначенный для реставрации легкосплавных, кованых и стальных дисков, диаметром от 10 до 24 дюймов, станок для правки Titan 1400S. Его используют 5 из 17 исследуемых автосервисов, так как данный стенд – один из самых бюджетных и позволяет проводить правки дисков до 24 дюймов, кроме того, станок имеет достаточно короткую станину и может работать в небольших помещениях.

Оценка качества ремонта дисков в исследуемых мастерских позволила выделить следующие нарушения:

согласно «Рекомендации по безопасности и сервису для колесных дисков», опубликованных Ассоциацией европейских производителей колесных дисков EUWA, любой ремонт повреждений обода или диска путем нагрева, сварки, добавления или удаления материала абсолютно запрещен, но все автомастерские при ремонте используют нагрев, а 30% производят ремонт лопнувших дисков, применяя аргоно-дуговую сварку;

преимущественно во всех автомастерских отсутствует стенд, укомплектованный полным набором установочных колец (40 шт.); что свидетельствует об отсутствии возможности выполнять правку абсолютно всех типов и размеров колесных дисков;

выявление дефекта диска и проверка отремонтированного диска ведется не цифровым индикатором часового типа, а металлическим щупом, который дает большую погрешность при правке.

Таким образом, выявленные нарушения не позволяют производить «правку» дисков на высоком уровне, что приводит к быстрому его износу и, как следствие, дополнительным затратам автовладельца.

УДК 621.

ПОСЛОЙНЫЙ СИНТЕЗ НАНОМАТЕРИАЛОВ

Способ изготовления деталей лазерным послойным синтезом осуществляют следующим образом:

1. Выбирают ряд вариантов спекания, включающих комбинацию технологических параметров: траекторий луча диаметрами D1, D2 исходя из имеющегося оборудования; мощностей излучения: N1, N2 и Ni; скоростей перемещения луча: V1, V2 и Vi.

2. Спекают пробные треки слоя порошка всеми вариантами спекания.

3. Выполняют цифровую фотосъемку всех спеченных треков и последующую обработку фотографий с выбором оптимального варианта спекания путем выбора треков для двух диаметров луча - D1, D2.

4. По выбранному оптимальному варианту спекания определяют пакет технологических параметров спекания – ширину H, перекрытие B, шаг треков S(t), шаг ячейки S(i), зазор Z начальной и конечной точками замыкаемой траектории, а также мощностей N1, N2 лазерного излучения, скоростей V1, V2 перемещения луча.

5. Определяют положение в пространстве изготавливаемой детали при спекании, тип технологических опорных элементов (ТОЭ), их шагов на поверхности детали с последующим редактированием и построением математической модели ТОЭ детали.

6. Спекают ТОЭ с выбранным пакетом технологических параметров при минимальном диаметре D1 лазерного луча.

7. Спекают контурные линии начального сечения детали, взаимно перпендикулярные линии сетки, с выбранным пакетом технологических параметров при минимальном значении диаметра D1 лазерного луча.

8. Спекают площади ячеек сетки начального сечения детали в заданной последовательности с выбранным пакетом технологических параметров при расфокусированном луче с диаметром D2 лазерного луча.

9. Спекают остальные сечения детали аналогично п.7, 8 с контролем температуры слоя порошка и соответствующим изменением мощности лазера и скорости перемещения луча.

10. Охлаждают спеченную деталь, производят съем ее из оборудования, очистку.

11. Удаляют ТОЭ механическим способом, выполняют зачистку детали.

Послойный синтез может применяться в машиностроении для производства деталей сложной формы с целью увеличения качества продукции и производительности производства.

УДК 621.

КАМЕРЫ ПЕЧИ ДЛЯ НАГРЕВА СТАЛЬНЫХ ТРУБ

Назначение печей состоит в передаче тепла технологическим материалам. Нагревательные печи подразделяют на печи для термообработки отливок и печи для сушки форм, стержней, песка и глины. В камерных печах нагреваемый материал неподвижен, поэтому конструкция их должна обеспечивать одинаковые условия передачи тепла во всех точках пространства.

На внешний теплообмен в основном влияет конструкция печи, поскольку ею полностью или частично определяются: источник и способ передачи тепла; интенсивность тепловыделения и распределение тепла; соответствующие изменения во времени и пространстве температуры печной среды и обрабатываемых материалов; характер движения печной среды, включая распределение давления. Отапливаются печи, как правило, природным газом. Состав газа и его калорийность существенно влияют на работу агрегатов печи и качество поверхности нагреваемых в ней изделий.

Нагрев металла в печах – важнейшая операция. Металл желательно нагревать быстро, так как в этом случае уменьшается его угар, увеличивается производительность печи и уменьшается удельный расход топлива на нагрев. Продолжительность нагрева металла до заданной температуры является важным параметром, определяющим производительность печи и ее габаритные размеры.

На сегодняшний день печи имеют ряд недостатков:

неравномерный нагрев по всей длине заготовки;

эффективность использования нагрева;

время нагрева трубы;

нагрев внутренней поверхности трубы;

температурная точность нагрева.

Предложенная модель камер печи для нагрева стальных труб имеет ряд преимуществ перед существующими печами для нагрева длинномерных изделий. Они заключаются: в равномерном нагреве по всей площади стальной трубы; уменьшении времени нагрева стальных труб; точном нагреве стальных труб; производится нагрев внутренней поверхности стальной трубы, что значительно уменьшает время нагрева. Такая модель позволяет при сравнительно небольших затратах энергии, используя самый дешёвый вид газа - попутный и изменение конструкции воздуховодов, направляющих нагретые потоки воздуха тангенциально относительно поверхности стальной трубы, для обеспечения необходимым количеством теплоты камеры печи, значительно выиграть в качестве и дешевизне обработки стальных труб.

1. Полезная модель печи для нагрева труб №2014103388 от 31.01.2014.

УДК 621.

МЕТОД АВТОМАТИЗАЦИИ СЕЛЕКТИВНОЙ СБОРКИ ЛОПАТОЧНЫХ РЕШЕТОК

АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Одним из ключевых контролируемых параметров при производстве лопаточных решеток является площадь проходного сечения межлопаточных каналов. Фактические значения отклонений этой площади от номинального значения для каждой пары соседних лопаток в собранной решетке являются исходными данными для поиска ее оптимальной конфигурации. Измерение фактической площади проходного сечения отдельных межлопаточных каналов собранной решетки взамен традиционных методов, основанных на измерениях с помощью оснастки сложной конструкции, выполняется с помощью оцифрованной модели полной поверхности объекта (рис. 1).

Рис. 1. Методы измерения проходного сечения лопаточной решетки:

а - с применением специального приспособления; б - на основе оцифрованной модели После того, как сформирована модель полной поверхности объекта, она пересекается с заранее определенной плоскостью проходного сечения. Для определения отклонений, необходимых для выбора оптимальной последовательности, фактический контур проходного сечения, образованный кривой пересечения, сопоставляется с номинальным контуром. Оптимальная конфигурация лопаточной решетки характеризуется следующими показателями:

минимальное отклонение суммарной площади проходного сечения всех межлопаточных каналов от номинального значения и равномерное распределение отклонений площади проходного сечения отдельных межлопаточных каналов с разными знаками в окружном направлении. Таким образом, выбор оптимальной конфигурации лопаточной решетки легко алгоритмизировать и реализовать в виде программного продукта.

В результате применения описанной методики достигается эффект сокращения времени как непосредственно измерений, так и принятия решения об оптимальной последовательности. Так, автоматизация всех этапов селективной сборки лопаточной решетки позволит обеспечить высокую эффективность и надежность с минимальными требованиями по количеству персонала на данном этапе производственного цикла.

УДК 621.

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БАРАБАНОВ

ОТРАБОТАВШИХ СБОРОК ДЛЯ ПЕРЕГРУЗОЧНОГО КОМПЛЕКСА

4-ГО ЭНЕРГОБЛОКА БЕЛОЯРСКОЙ АЭС

Наиболее интересным с точки зрения конструкции и технологии изготовления является оборудование для перегрузки свежих и отработавших ТВС. Особенно сложными в изготовлении из оборудования перегрузки ТВС являются барабаны перегрузочные, включающие в себя барабан свежих сборок (БСС) и барабан отработавших сборок (БОС).

Значительные габариты БОС (высота более 5,7 м, диаметр более 4 м) и масса (в сборе с ротором – более 67 т), а также высокая точность сопрягаемых поверхностей конструкции позволяют говорить об уникальности технологии его изготовления.

Сварка корпусов БОС выполнялась с применением сварочных автоматов. Технологическая оснастка, применяемая в процессе сварки, позволила обеспечить минимальные поводки сборочных единиц, не смотря на то, что на каждом из корпусов барабанов выполнено более 150 м сварных швов.

Обработка основных деталей и подсборок БОС выполнена на токарно-карусельном станке с диаметром планшайбы 6 м, для обработки отверстий применялись новые высокопроизводительные расточные станки.

При сборке корпуса внутреннего, входящего в состав корпуса БОС, необходима подгонка дистанционирующих платиков в районе днища корпуса, установленных на глубине более 5 м при горизонтальном расположении барабана. Точность измерения и подгонки платиков ±0,1 мм была обеспечена использованием геодезического оборудования.

Одна из самых сложных операций сборки корпуса барабана – установка внутреннего корпуса в наружный с обеспечением соосности отверстий под патрубки во внутреннем и наружном корпусах в заданных пределах с высокой точностью.

Наиболее ответственные и трудоемкие операции по сборке БОС произведены с применением кранового оборудования грузоподъемностью 100 т на специальном стенде, позволяющем в условиях предприятия не только выполнить сборочные операции, но и обеспечить испытания и имитацию всего процесса перегрузки топлива.

В процессе изготовления оборудования для реакторной установки БН-800 специалистами ОАО «ОКБМ Африкантов» накоплен бесценный опыт по изготовлению крупногабаритного оборудования высокой точности.

УДК 621.791.

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ КОНТУРА СВАРНОЙ АВИАЦИОННОЙ

КОНСТРУКЦИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВИДОВ СВАРКИ

Одной из важных задач в совершенствовании изготовления сварных конструкций является улучшение их технологичности, повышение надежности и долговечности. Решение этих вопросов связанно с совершенствованием расчетов и проектированием конструкций, улучшением технологии их изготовления.

Поскольку речь идет об авиационной технике, следовательно, о конструкции, разрушения которой влечет за собой человеческие жертвы, задача повышения качества, надежности, работоспособности и долговечности приобретают особо важное значение для предприятия-изготовителя.

Вследствие сварочных деформаций возможны искажения геометрических сечений элементов и конструкции в целом. Это может привести к появлению неучтенных напряжений при эксплуатации конструкции и выходу её из строя. Искажение формы изделия может существенно изменить эксплуатационные характеристики сварного изделия, кроме того, остаточные деформации ухудшают внешний вид изделия.

Рассмотрим возникающие сварочные деформации на примере сварной авиационной конструкции, свариваемой аргоно-дуговой сваркой.

Изделие имеет протяженные швы сложной криволинейной конфигурации. Размеры поперечного сечения швов также различны, что связано с широким диапазоном свариваемых толщин.

В качестве экспериментальной части были сделаны замеры размеров контуров готовых обшивок сварной авиационной конструкции, собранных и сваренных ранее различными видами сварки, а именно, ручная аргоно-дуговая сварка, автоматическая аргоно-дуговая сварка без присадочной проволоки, автоматическая аргоно-дуговая сварка с присадочной проволокой.

Причины возникновения сварочных усадочных деформаций в сварной авиационной конструкции:

литейная усадка шва при кристаллизации;

структурные превращения, происходящие в металле в результате нагрева и охлаждения.

Кроме того, на величину сварочных деформаций влияют следующие факторы:

вид сварки;

размеры швов;

условие закрепления конструкции.

УДК 621. 7.

ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ СТЕНДА ДЛЯ ПРАВКИ ДИСКОВ

АВТОМОБИЛЬНЫХ КОЛЕС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА SOLIDWORKS

В программном комплексе SolidWorks разработаны твердотельные модели и исследованы напряженно-деформированные состояния основных узлов стенда. Проведен прочностной расчет конструкции стенда, получены данные, не удовлетворяющие некоторым критериям прочности и эксплуатационным требованиям. Было рассмотрено и проработано несколько вариантов исполнения несущих частей.

Среди перспективных направлений можно отметить следующие. Разработка и изготовление новых конструкций несущих частей стендов, особенностью которой является применение силовой рамы, позволяющей уменьшить число сборочных деталей и узлов, повысив прочностные характеристики в целом. При расчете напряженно-деформированного состояния нескольких различных конструктивных вариантов конструкций силовой рамы определена зависимость коэффициента запаса прочности от ее размера, благодаря чему была предложена наименее металлоемкая конструкция, причем, при сохранении максимально возможного предела прочности. Снижение массы конструкции силовой рамы на 7 кг было достигнуто в результате простого решения – сверление отверстия в корпусе рамы. Там же выбран оптимальный вариант шпинделя.

Перспективным развитием ремонтного оборудования в данной области может служить разработанная конструкция портативного стенда, который (по предварительным расчетам) заявил высокие показатели по всем предъявленным требованиям к конструкции стенда.

Проведены работы по разработке конструкторской документации на все сборочные узлы и технологической документации на процесс сборки стенда. Результаты исследований рекомендованы к использованию при изготовлении стендов для правки дисков.

УДК 621.

МЕТОДИКА ПРИБЛИЖЕННОГО РАСЧЕТА МАГНИТНОЙ ПРОВОДИМОСТИ

ВОЗДУШНЫХ ЗАЗОРОВ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ

новке решения с учетом размеров воздушных промежутков меж- (вид сверху) ду полюсами и особенностей конструкции магнитопровода.

Исследование проводилось в несколько этапов:

1. На первом этапе выполнялся теоретический расчет магнитной проводимости методом вероятных путей потока без учета поля выпучивания и при различных размерах воздушных промежутков между полюсами:

где m – число полюсов; – угол между полюсами в градусах; r – радиус якоря; – воздушный зазор, l – длина якоря.

2. На втором этапе определялся поправочный коэффициент kр путем нахождения отношения магнитных проводимостей при различных значениях угла относительно магнитной проводимости при 0.

3. На третьем этапе проводился численный эксперимент на базе конечно-элементного моделирования в программе FEMM в плоскопараллельной постановке при различных размерах воздушных проме- k,о.е.

жутков между полюсами. При этом индукция в стали находилась в пределах 0,74-0,85 Тл, а в воздушном 0. I 0,35 A и намагничивающей силе катушек ( x) 0. 4. Далее определялся поправочный коэффици- 0. ент kэ аналогично п. 2.

5. Проводился аналогичный п. 3 эксперимент в осесимметричной постановке решения задачи при 0.

1. Расхождение между поправочными коэффициентами, полученными экспериментально kэ и расчетным путем kр, находится в пределах 5% (рис. 2).

2. Разница в данных магнитной проводимости, полученных в п. 3 и п. 5, при 0 составила 3%.

3. При расчете магнитной проводимости на базе конечно-элементного моделирования цилиндрических ЭМД с наличием между их полюсами воздушных промежутков целесообразно использовать поправочный коэффициент kр, который позволяет с некоторой погрешностью выполнить численные расчеты, при этом ограничиваясь двухмерной постановкой решения задачи расчета магнитного поля.

УДК 533.599.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВАКУУМНОЙ

ТЕХНИКИ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И ТОЧНОСТЬ ЕЕ ПОКАЗАНИЙ

К обязательным требованиям, предъявляемым к процессу течеискания, относятся предварительная очистка поверхностей вакуумной системы и проверяемых деталей, соблюдение атмосферных условий в помещении и наличие спецодежды у персонала. При соблюдении метеорологических условий и проверке изделий, прошедших очистку, погрешность показаний может быть вызвана недостаточной степенью очистки поверхностей элементов системы течеискания.

Современные течеискатели позволяют фиксировать даже незначительную течь с большой точностью, но в то же время вакуумная техника стала более чувствительной к разного рода загрязнениям, попадающим в анализатор. Этот факт заставляет задуматься об обеспечении наибольшей эффективности очистки поверхностей системы, которая позволит сохранить работоспособность течеискателя на долгое время.

Для определения степени влияния загрязнений на показания был проведен анализ и выявлена зависимость минимальной пороговой чувствительности прибора от среднего фонового сигнала. Испытания проводились на течеискателе ТИ 1-22 «Гелмасс» производства завода «Измеритель» г. Санкт-Петербург с использованием в качестве вакуумной камеры цилиндрического стального колпака из коррозионно-стойкой стали 12Х18H10Т, расположенного на резиновом основании откачного поста, соединенного с течеискателем, в течение дней при одинаковых метеорологических условиях. По результатам исследования выявлено непостоянство показаний течеискателя и достаточно большая величина фонового сигнала (50.30 - 50.60 мВ), которая непосредственно влияет на точность показаний прибора.

На производстве корпуса проверяемых изделий подвергаются промывке в нефрасе в специальных ваннах, а для очистки вакуумных камер и других элементов системы течеискания (сильфонов, быстроразъемных соединений) применяется электрохимическое полирование. Тем не менее, электрохимическое полирование при всех своих плюсах не позволяет удалить электрически нейтральные и труднодоступные загрязняющие вещества с поверхности образца. Поэтому предлагается использовать в качестве очистки комбинацию методов химического обезжиривания, электрохимического полирования и термического обезгаживания. Исследуемая технология в конечном итоге должна позволить снизить непостоянство в показаниях, добиться большей точности и уменьшить износ чувствительных элементов течеискателя. Задача сводится к тому, чтобы определить содержание методов очистки, последовательность, а также такие параметры, как температура, концентрация, давление и т.д.

УДК 621.

ОТРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК

СВАРНЫХ ШВОВ ВЫПОЛНЕННЫХ РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДАМИ,

ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ТОНКОСТЕННЫХ

ТРУБЧАТЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ И ЖАРОСТОЙКИХ СПЛАВОВ

Аргоно-дуговая сварка. Во время сварки с использованием никелевого кольца при неоптимальных режимах сварки никелевое кольцо не полностью расплавляется в корне сварного шва, а без никелевого кольца происходит оплавление кромок трубки на шарнире. Была отработана технология сварки, исключившая перечисленные дефекты. Микроструктура сварного шва получилась плотной и герметичной без дефектов, а при испытаниях на разрыв образец рвался по трубке в обоих вариантах сварки.

Электронно-лучевая сварка. Сварные швы образцов сваренных методом электронно-лучевой сваркой являются герметичными и прочными. Испытания на прочность методом растяжения показали, что как и при аргоно-дуговой сварке образец рвётся по трубке, а не сварному шву.

Лазерная сварка. Простота управления лазерным лучом, возможность плавного изменения в широких пределах энергии (а следовательно, и температуры), кратковременность термического воздействия – вот основные преимущества лазерного метода сварки. Сварной шов при лазерной сварке имеет чешуйчатую поверхность.

При использовании никелевого кольца в качестве присадочного материала отмечено уменьшение количества трещин. При механических испытаниях на разрыв образец рвался как у околошовной зоны сварного шва, так и по трубке, причём усилие разрыва было меньше, чем в случае аргоно-дуговой или электронно-лучевой сварки. Отработка технологии сваривания трубки с шарниром продолжается.

Сравнив методы сварки, можно сделать следующий вывод: при сварке подобных конструкций в единичном производстве можно использовать любой метод сварки, но при массовом производстве подобных конструкций более целесообразно использовать аргонодуговую сварку, так как этот вид сварки не уступает электронно-лучевой, превосходя лазерную по качеству сварного шва, и более экономически выгоден.

УДК 681.

АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ

ПРОИЗВОДСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ САПР

НА ПРИМЕРЕ ДЕТАЛИ «ОСНОВАНИЕ»

Базовые возможности CAD системы «Компас 3D» включают в себя развитый инструментарий трёхмерного твердотельного, поверхностного и параметрического моделирования, позволяющий спроектировать изделие любой степени сложности в 3D и оформить на это изделие комплект документации.

Внедренная в программу «Компас 3D» CAE система APM FEM предназначена для выполнения расчетов различных деталей в системе «Компас 3D» с последующей демонстрацией результатов этих расчетов. Проверка детали «Основание» на прочность в APM FEM позволила: провести статические расчеты; расчеты на устойчивость детали, воздействия температур, тепловых процессов, проходящих в детали.

Интеграция c «Компас 3D» САPP системы «Вертикаль V5» обеспечивает: автоматический перенос данных из чертежа (и 3D модели) в текст ТП; визуально настраиваемые связи графических данных со структурными элементами ТП; просмотр и редактирование планов обработки поверхностей КТЭ в привязке к элементам 3D модели; навигацию в тексте ТП по 3D модели и (или) по чертежу.

Во время проектирования ТП в САПР ТП «Вертикаль»: 1) выявлены множества конструкторско-технологических элементов, входящих в состав детали «Основание», и сформировано дерево КТЭ, отображающее состав элементарных поверхностей КТЭ и групп КТЭ детали; 2) сформировано дерево ТП, отображающее состав и иерархию операций, переходов, оснастки и других объектов, составляющих технологический процесс изготовления детали;

3) при проектировании технологического процесса заполнено дерево КТЭ, установлены планы обработки; 4) настроены связи между деревом КТЭ, деревом ТП и 3D моделью, что позволило легко ориентироваться в техпроцессе.

Интеграция «Компас 3D» с CAM системой «ГеММа-3D» позволяет создавать программы обработки наиболее сложных деталей. В ходе написания управляющей программы: 1) импортирована 3-D модель детали «Основание» из «Компас 3D» в систему «Гемма 3D»; 2) созданы ограничивающие поверхности; 3) задана геометрия инструмента; 4) определены режимы резания; 5) выбраны обрабатываемые поверхности; 6) определены размеры заготовки; 7) указаны ограничивающие контуры; 8) рассчитаны проходы; 9) визуализирована обработка.

Использование сквозной 3D-технологии АСКОН в конструкторско-технологической подготовке производства позволяет: 1) сократить сроки КТПП; 2) существенно повысить качество конструкторской и технологической документации; 3)снизить издержки или совсем исключить опытное производство изделий; 4) максимально быстро вводить в производство модификации изделий; 5) эффективно эксплуатировать парк станочного и оптимизировать расход инструмента.

УДК 621.313.282.

ИССЛЕДОВАНИЕ НАГРЕВА ЦИКЛИЧНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО

ДВИГАТЕЛЯ В ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ

В проводимых исследованиях рассмотрен случай, когда подводимая мощность за время работы не меняется, однако может существенно превышать предельно-допустимую, а температура элементов электропривода не сразу достигает установившихся значений, и при включении двигателя равна или превышает температуру окружающей среды. В качестве допущений принято, что электромагнитный двигатель является однородным телом с равномерно распределенным по сечению источником тепла, а коэффициент теплоотдачи в процессе нагрева не зависит от превышения температуры теплоотдающей поверхности над окружающей средой. В соответствии с принятыми допущениями колебания температуры в переходном процессе нагрева и охлаждения при нулевых начальных условиях и цикличном процессе работы могут быть выражены через параметры, характеризующие режим работы электропривода.

В исследованиях установлено влияние определяющих факторов на условия работы электропривода при цикличном процессе выделения мощности для четырех случаев. Для решения задачи определялось количество последовательных рабочих циклов, совершаемых электромагнитным двигателем до его выхода на предельно-допустимую по нагреву температуру. Условием, ограничивающим продолжительную работу, принимался допустимый перегрев, при достижении которого электропривод необходимо отключить и охладить до температуры окружающей среды.

В первом случае работы электропривода цикличный процесс нагрева осуществляется при нулевых начальных условиях, во втором – при ненулевых начальных условиях, в третьем в продолжительном квазиустановившемся режиме; в четвертом – в повторно-кратковременном режиме, который характеризуется продолжительностью включения ПВ%.

По результатам выполненных исследований получены приближенные расчетные соотношения для переходных и квазиустановившихся тепловых процессов электромагнитного двигателя от параметров, характеризующих режим работы электропривода, которые могут быть использованы в инженерной практике, как для расчета цикличных ударных устройств, так и управления их тепловой нагрузкой.

Также установлены зависимости допустимого по условиям нагрева количества последовательных рабочих циклов, энергии и частоты ударов в переходных и квазиустановившихся режимах работы электропривода от его перегрузочной способности, а также теплофизических и геометрических параметров, позволяющих оптимизировать работу электропривода при заданных динамических параметрах, обусловленных рабочим процессом.

УДК 621.313.282.

ОЦЕНКА КОНСТРУКТИВНОГО СОВЕРШЕНСТВА СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ МАШИН УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

Среди синхронных электромагнитных ударных машин с естественным воздушным охлаждением выделено три основные группы конструктивных признаков систем охлаждения. К первой группе признаков отнесены системы охлаждения, определяющие отдачу тепла с замкнутой цилиндрической поверхности магнитопровода, в которых непосредственный контакт поверхности охлаждения катушки с внешней средой отсутствует. Ко второй группе признаков отнесены системы охлаждения с оребрением поверхностей, увеличивающих общую поверхность охлаждения. Непосредственный контакт поверхности катушки с внешней средой здесь также исключен. К третьей группе отнесены системы охлаждения, в которых основная теплоотдача в окружающую среду осуществляется непосредственно с поверхности катушки за счет особой конструкции исполнения магнитопровода. На примере созданных синхронных электромагнитных машин ударного действия показано, что для систем с естественным охлаждением среднее значение теплового потока, отнесенного к поверхности охлаждения катушки, находится в диапазоне значений 5,2–13,3 кВт/м2, средняя удельная тепловая нагрузка активного объёма, занятого катушкой, составляет 344–14,22 кВт/м3.

Установлено, что в соответствии с требованиями, предъявляемыми к ударной нагрузке, ни одна из электромагнитных синхронных машин с естественным способом охлаждением не удовлетворяет условиям работы с ПВ=100%. Для поддержания режима работы электромагнитной ударной машины с ПВ=100% мощность вентиляционной установки должна составлять до 25% от мощности, потребляемой ударным узлом.

Интенсивность теплоотдачи и длительный режим работы электромагнитных ударных узлов может быть обеспечен принудительным воздушным охлаждением катушки. Наибольшее распространение среди электромагнитных машин ударного действия получило принудительное воздушное охлаждение, в последовательности совершенствования которого выделены четыре основные группы конструктивных признаков систем охлаждения: 1) с наружной вентиляцией ударного узла, в которых теплоотдача происходит с внешней цилиндрической поверхности магнитопровода; 2) системы охлаждения, в которых выполнение специальных вентиляционных отверстий в конструкции магнитопровода позволило создать воздушные тракты, образованные цилиндрическими и торцевыми плоскостями обмоток и магнитопровода с автономным вводом и выводом воздуха через отверстия в полюсах; 3) системы вентиляции с коаксиальными каналами в катушках, обеспечивающими расход воздуха пропорционально выделяемой в них мощности; 4) системы вентиляции с радиальным расположением каналов, позволяющим увеличить общую площадь охлаждения катушек, снизить сопротивление воздушному потоку и обеспечить более равномерный нагрев катушек. Установлено, что для систем с принудительным воздушным охлаждением среднее значение теплового потока, отнесенного к поверхности охлаждения катушки, находится в диапазоне 9,7–22,2 кВт/м2, средняя удельная тепловая нагрузка активного объёма, занятого катушкой, составляет 1728–5172 кВт/м3.

УДК 621.7.

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ

СТАНОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

В процессе оптимизации конструкций технологического оснащения следует обратить внимание на факторы, которые могут привести к достижению поставленной задачи. Применительно к технологической оснастке такой задачей могут являться минимальные габариты приспособления, что приведет к поиску такой конструкции рычажного механизма, которая может быть использована в требуемой схеме закрепления и при которой уравновешивающая сила будет минимальной. Все это требует больших пересчетов параметров, характеризующих рычаг как звено цепи тех элементов, из которых состоит приспособление (длина плеч, тип конструкции) и тех параметров, которые относятся к обеспечению функционирования данного механизма (площадь поперечного сечения, способная выдержать требуемую нагрузку, минимальный диаметр оси и штока, с помощью которого передается усилие и т.д.) Исходными данными для проектирования зажимного механизма являются схема зажима и требуемая сила закрепления детали.

Для определения усилия, обеспечивающего требуемую силу закрепления, можно воспользоваться тремя методами:

геометрический (продление линий действий сил до точки их пересечения с параллельным переносом для построения треугольника сил);

математический (составление уравнений прямых для нахождения координаты точки пересечения линий действия сил, для определения углов, характеризующих соотношение между силами, действующими на рычажный механизм);

физический (составление уравнений моментов относительно неподвижной оси рычага).

Первые два метода основаны на том, что все силы, действующие на механизм, находящийся в состоянии покоя, сходятся в одну точку – мгновенный центр сил, действующих на деталь, образуя замкнутый многоугольник сил, который можно свести к треугольнику сил.

Однако данные методы нельзя использовать при многократном пересчете, так как они завязаны с определенной схемой механизма и определенными размерными параметрами. В случае изменения размеров, что часто случается в процессе проектирования, перерасчет приходится проводить заново.

Отличительной особенностью расчета рычажного механизма физическим способом является более точное описание воздействий и, как следствие, всех реакций, действующих на рычажный механизм (что при традиционных расчетах не делается), возможность производить перерасчет искомых величин, изменяя параметры и конструкцию рычажного механизма.

Вопрос автоматизации расчета зажимного механизма является лишь частью решения задачи по автоматизации выбора оптимальных параметров приспособлений в машиностроении.

УДК 002.6:62-

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СТАНКОВ

С ЧПУ В РЕАЛЬНЫХ УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Микроклимат, температура, влажность, запыленность цехов, где располагается механообрабатывающее производство с использованием станков с ЧПУ, значительно влияют на их эксплуатационную надежность. Основные причины, определяющие надежность изделия, связаны со случайными явлениями, для описания которых применяется математический аппарат теории вероятности.

Объектом исследования по оценке надежности и точности взяты станки ТПК-125 с различными системами ЧПУ, установленные в механическом цехе. В течение времени собрана информация, по данным которой выявлены такие параметры, как безотказность работы, интенсивность отказов, наработка на отказ и др. В результате исследования установлены показатели надежности станка, наиболее часто отказываемые элементы, которыми являются ремонт привода, замена корректоров, сбой по электронике. Рассчитано количество необходимых запасных частей и даны рекомендации по периодичному планированию предварительных ремонтов.

С целью повышения эффективности работы станков предлагается следующее:

1) продолжить эксплуатацию станков с ЧПУ ТПК-125, так как их техническое состояние обеспечивает выпуск качественной продукции;

2) для поддержания станков в рабочем состоянии, сокращения времени простоя и ремонта станков необходимо в цехе увеличить объем запасных частей (подшипников, электродвигателей привода вспомогательных движений, пальцев ролика подачи, стартстопных муфт и т.д.);

3) усилить количественно и качественно ремонтную группу механика по обслуживанию станков ТПК-125.

СЕКЦИЯ

НАЗЕМНЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ

СРЕДСТВА И ТРАНСПОРТНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАСШТАБНОЙ МОДЕЛИ

СПОРТИВНОГО АВТОМОБИЛЯ КЛАССА FORMULA STUDENT

по поверхности автомобиля с стандартной по поверхности автомобиля с измененной В данной работе проводится исследование влияния различных элементов кузова спортивного автомобиля AMIgo 1, такие как огнеупорная стенка за пилотом и боковые воздухозаборники для охлаждения двигателя. При моделировании в пакете Star CCM+ было получено, что при изменении огнеупорной стенки (рис. 2) коэффициент лобового сопротивления уменьшился на 13%, что для спортивного автомобиля является весомым показателем.

УДК 629.

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ЗАКОНА ИЗМЕНЕНИЯ ПЕРЕДАТОЧНОГО ОТНОШЕНИЯ РУЛЕВОГО МЕХАНИЗМА

Повышение удобства управления автомобилем можно обеспечить, применив рулевой механизм с переменным передаточным отношением. Рулевой механизм рассматривается как редуктор с определенными параметрами, принятыми для характеристики:

передаточное отношение;

суммарное трение;

зазоры в передаче.

Выбор передаточного отношения рулевого механизма производится исключительно в зависимости от условий эксплуатации автомобиля. Рассмотрев основные условия эксплуатации, можем сделать следующие выводы по выбору оптимального передаточного отношения:

1) при движении автомобиля по прямой дороге на высоких скоростях (т.е. при прямом положении управляемых колес) передаточное отношение должно быть наибольшим.

2) при повороте колес на большие углы, что имеет место при крутых поворотах или маневрировании автомобиля, и при выезде из колеи со скользкой поверхностью или на виражах передаточное отношение рулевого механизма должно быть наименьшим, если считать, что усилие при этом не превышает допустимое.

Эти два противоположных условия могут быть выполнены в рулевом механизме с переменным передаточным отношением. Оно должно иметь максимальное значение в среднем положении рулевого колеса и минимальное – при повороте в обе стороны.

В основу экспериментальной конструкции положены следующие положения:

1) передаточное отношение должно быть резко переменным и изменятся так, как указывалось выше;

2) предусмотрена возможность установки экспериментального образца на автомобиль вместо стандартного.

При сравнительном анализе конструкций рулевых механизмов с постоянным и переменным передаточными отношениями следует ожидать повышения удобства управления и маневренности при резко переменном передаточном отношении.

Основными параметрами, подлежащими сопоставлению при данном анализе, являются:

угол поворота рулевого колеса и усилие, прилагаемое к его ободу при повороте автомобиля.

УДК 629.

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РУЛЕВОГО МЕХАНИЗМА

С ПЕРЕМЕННЫМ ПЕРЕДАТОЧНЫМ ЧИСЛОМ

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ УПРАВЛЯЕМОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ

СПОРТИВНОГО АВТОМОБИЛЯ КЛАССА FORMULA STUDENT

Оценка достоверности модели проводилась с помощью сравнения результатов натурных и компьютерных испытаний. В качестве испытания было выбрано движение по траектории с постоянной кривизной, в котором требуется получить максимальное боковое ускорение, развиваемое гоночным болидом. В качестве измерительного оборудования использовался комплекс Racelogic VBOX с одной антенной GPS. Было проведено три одинаковых испытания (рис. 1), при которых автомобиль двигался со скоростью 29 км/ч, и водитель совершал криволинейное движение по круговой траектории с радиусом 9,117 м.

Рис. 1. Испытание болида на криволинейном Моделирование испытания проводилось в программном комплексе MSC.ADAMS/CAR, в котором была создана модель спортивного автомобиля с учетом кинематики направляющего механизма подвески, а также параметров упругих и демпфирующих элементов подвески.

Использовалась модель шины PAC2002, эта модель была создана по теории профессора Hans Bastiaan Pacejka. Разработанная модель болида не учитывает возможные упругие деформации рамы и рычагов подвески от нагрузки. Модель болида совершала движение по траектории постоянной кривизны, при этом условия движения виртуальных испытаний соответствовали условиям ранее проведенных натурных испытаний. Методом последовательных приближений была получена максимальная скорость движения модели, при которой начинается снос передней оси, но движение остается контролируемым.