Preview

НАУКА и ТЕХНИКА

Расширенный поиск
Том 17, № 5 (2018)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-5

МАШИНОСТРОЕНИЕ 

359-367 425
Аннотация

Предложен системный подход к изготовлению неразъемных соединений, основанный на объединении технических решений в области сварки, пайки, склеивания и других технологий, который включает в себя не только непосредственное выполнение соединения, но и его конструирование, подготовительные операции, а также мероприятия после образования соединения. Подход основан на принципах необходимого разнообразия, обратной связи, иерархичности и декомпозиции, что обеспечивает высокую эффективность разрабатываемых технических решений, возможность постановки и успешного разрешения проблем в области создания неразъемных соединений. Для успешной реализации системного подхода предлагается учитывать ряд аспектов: системно-структурный, заключающийся в выяснении внутренних связей и зависимостей между элементами данной системы, что позволяет получить представление о внутренней организации (строении) исследуемой системы; системно-функциональный, предполагающий выявление функций, для выполнения которых создается система; системно-целевой, означающий необходимость научного определения целей и подцелей системы, их взаимной увязки между собой; системно-ресурсный, который заключается в тщательном выявлении ресурсовтребующихся для функционирования системы и решения системой той или иной проблемы; системно-интеграционный, состоящий в определении совокупности качественных свойств системы, обеспечивающих ее целостность и особенность; системно-коммуникационный, требующий выявления внешних связей данной системы с другими, т. е. ее связей с окружающей средой; системно-исторический, позволяющий выяснить условия возникновения исследуемой системы, пройденные ею этапы, современное состояние, а также возможные перспективы развития. На базе системного подхода разработаны новые конструкции соединений смешанного (гибридного) типа, приведены примеры и классификация таких соединений.

368-377 403
Аннотация

Ионно-плазменное азотирование в тлеющем разряде – широко используемый метод поверхностного упрочнения в промышленно развитых странах мира. Ионно-плазменное азотирование – наиболее современный и технологичный вид поверхностного упрочнения деталей машин, пресс-форм, штампов и режущего инструмента. Однако в литературе отсутствует подробное описание технических характеристик и функционирования газовакуумной части установок ионного азотирования, что не позволяет оценить расход электроэнергии на работу газовакуумной системы при оценке эффективности использования данного оборудования. Рассмотрены вопросы взаимосвязи газодинамических параметров процесса азотирования (давление и расход газов) и энергетических характеристик тлеющего разряда (плотность тока, напряжение разряда) при ионном азотировании на установках промышленного типа и их влияние на процесс. На основании расчетно-практического моделирования вакуумной системы установки ионного азотирования показано, что для обеспечения независимого управления скоростью откачки и расходом газовой смеси целесообразно использовать вакуумные агрегаты – последовательно соединенные форвакуумный и двухроторный насосы. Это позволяет проводить процессы азотирования в широком диапазоне давлений при возможности обеспечивать большие расходы плазмообразующего газа при низком давлении в случае обработки больших площадей. Выявлены взаимосвязи температуры, давления в камере и плотности тока тлеющего разряда, обеспечивающие его существование в виде аномального. Показано, что чем ниже рабочее давление при проведении процесса, тем большую степень аномальности разряда можно обеспечить при одинаковой температуре садки и тем самым – большую температурную однородность, обеспечивающую равномерность азотированного слоя на всех деталях садки.

378-389 376
Аннотация

В статье приведены результаты исследования структуры и свойств оптимизированных по составу многослойных композиционных покрытий из материалов на основе диоксида циркония, используемого для напыления плазменных покрытий на модели элементов экранов противометеорной защиты. Рассмотрено влияние параметров плазменной струи (тока, дистанции напыления, расхода плазмообразующего газа азота) и фракционного состава исходного порошка на характеристики двухслойных композиционных покрытий на основе никель-хрома-алюминия-иттрия и диоксида циркония на элементах защитных экранов. Проведена оптимизация на основании получения максимального коэффициента использования порошка. В результате исследований установлены особенности элементного и фазового составов, морфологии поверхности, микроструктуры многослойных композиционных покрытий на основе твердого слоя оксидов металлов и вязкого переходного подслоя, подвергнутых воздействию компрессионных плазменных потоков. Исследования проводились с помощью растровой электронной микроскопии, энергодисперсионного рентгеноспектрального микроанализа, рентгеноструктурного анализа. На основании полученных результатов показано, что воздействие компрессионных плазменных потоков на многослойные композиционные покрытия приводит к модифицированию приповерхностного слоя толщиной до 15 мкм, заключающемуся в его плавлении и последующей скоростной кристаллизации, которые в совокупности обеспечивают повышение его плотности, снижение пористости при сохранении исходного фазового состояния. Жидкофазные процессы в расплавленной фазе приповерхностного слоя позволяют модифицировать морфологические свойства поверхности, связанные с ее сглаживанием и снижением шероховатости.

390-400 320
Аннотация

Приведена методика нахождения рациональных режимов абразивной обработки высокоточных линз по методу свободного притирания на финишных операциях. Получены аналитические выражения для определения координат опорных точек на сферической поверхности, необходимые для математического моделирования процесса ее обработки на рычажных станках. Изложены результаты теоретической оценки качества формообразования высокоточных исполнительных поверхностей линз в случае различных комбинаций наладочных параметров технологического оборудования. При этом выявлены как наиболее рациональные, так и неблагоприятные режимы обработки. В частности, к последнему случаю относится формообразование посредством изменения частот вращений входного звена исполнительного механизма станка w2 и линзы wл. Характерным здесь является то, что при максимальном значении wл получается низкое качество обработки на всем интервале изменения w2, и особенно в случае, когда эти частоты равны. Установлено, что наивысшая точность обработки достигается при максимальных амплитуде колебательного движения инструмента, его диаметре и частоте вращения детали и минимальной частоте вращения входного звена исполнительного механизма станка. А поскольку такие наладочные параметры приводят к усиленному съему припуска в краевой зоне заготовки, при обработке выпуклой поверхности линзы ее радиус кривизны на каждой предшествующей операции должен быть больше по сравнению с радиусом кривизны, который необходимо получить на последующих операциях. Для вогнутой поверхности должна соблюдаться обратная закономерность значений радиуса кривизны. Предложены наиболее выгодные наладочные параметры станка различных комбинаций для устранения погрешностей (в виде общих как «бугра», так и «ямы») с учетом производительности и точности обработки. Определено влияние величины биения шпинделя станка на точность обработки линз широкого диапазона диаметров.

401-412 507
Аннотация

В статье рассмотрены алгоритмы поиска максимального объема движения дорожных транспортных средств в светофорном цикле при распределенном импульсе интенсивности и оптимизации сдвигов при координированном регулировании движения транспортных потоков. Выполнено моделирование транспортных потоков с использованием разработанной авторами компьютерной программы, что позволило повысить эффективность управления дорожным движением за счет учета распределенного импульса интенсивности транспорта. Предложена модель для минимизации суммарных потерь в дорожном движении при интеграции подсистемы контроля инцидентов и маршрутного ориентирования и автоматизированной системы управления дорожным движением в составе интеллектуальной транспортной системы г. Минска, которая исследована в качестве инструмента для моделирования системы автоматизированного проектирования «Магистральное управление». Модель, минимизирующая задержки автомобилей, использует алгоритм реализации по параметрам интенсивностей транспортных потоков в зависимости от времени суток, дней недели. В результате моделирования выявлено, что наиболее эффективным параметром является показатель задержек автомобилей, который не всегда удовлетворяет водителей, стремящихся выбирать маршруты своего движения исходя из минимальной скорости сообщения. Однако, с точки зрения управления интеллектуальной транспортной системой, необходимо выбирать параметры с учетом требований минимизации задержек на улично-дорожной сети крупнейшего города нашей страны. Предложенные алгоритмы и модели применяются в автоматизированной системе управления дорожным движением города Минска и будут использованы при создании целостной интеллектуальной транспортной системы города.

413-420 505
Аннотация

Переходные режимы движения мостовых кранов определяют их энергетические, динамические и электрические показатели, а также производительность и долговечность работы. На основе анализа показателей эффективности работы мостового крана решена задача оптимального управления его передвижением. В качестве критериев оптимизации выбраны терминальные и интегральный критерии, отображающие нежелательные динамические свойства крана. С помощью метода Лежандра установлена возможность достижения минимума интегрального критерия. Анализ уравнения Эйлера – Пуассона, которое является необходимым условием минимума интегрального критерия, показал, что аналитическое нахождение решения оптимизационной задачи невозможно. Для нахождения приближенного решения оптимизационной задачи использован метод дифференциальной эволюции. Приближенное (субоптимальное) решение было найдено в комплексной области, которая является конъюнкцией ограниченных областей динамических параметров и фазовых координат системы. Ограничение области фазовых координат системы (в статье использована полиномиальная базисная функция) дало возможность достичь абсолютных минимумов терминальных критериев задачи. Для установления эффективности реализации субоптимального управления проведено моделирование движения мостового крана с учетом динамической механической характеристики его электропривода. В процессе моделирования изменению подвергались частота и амплитуда питающего напряжения электропривода механизма передвижения крана (использован частотный скалярный метод изменения скорости асинхронного электропривода). Сравнительный анализ динамических, кинематических, электрических и энергетических показателей работы мостового крана при субоптимальном и S-образном (стандартном) законах изменения частоты и напряжения питания электропривода крана дал возможность установить улучшение эффективности его работы при субоптимальном управлении.

421-431 506
Аннотация
Представлено описание мехатронной системы управления механической трансмиссией 20-тонного грузового автомобиля, а также ее адаптивного алгоритма трогания с места, характер протекания переходного процесса которого существенно влияет на долговечность элементов автоматизированного силового агрегата, плавность движения и комфортность водителя при вождении. Ввиду того что мехатронная система управления силовым агрегатом, включающая дизельный двигатель, сухое фрикционное двухдисковое сцепление, основную механическую ступенчатую и дополнительную коробки передач, имеет помимо механических и пневматических также электрические компоненты, ее мультидисциплинарная модель разработана в программном пакете Imagine Lab AMESim. Данная модель позволяет отрабатывать комплексные алгоритмы управления и анализировать поведение интеллектуальных систем на ранних стадиях проектирования. Исследование выполнено на базе испытательного комплекса кафедры «Автомобили» автотракторного факультета Белорусского национального технического университета. Результаты исследования подтверждают адекватность разработанной мультидисциплинарной модели. С целью прецизионного управления фрикционным сцеплением введена обратная связь по приращению разности угловых скоростей ведущей и ведомой частей фрикционного сцепления. На основании разработанной компьютерной модели определены пороговые значения параметра обратной связи, использующиеся для программирования микропроцессорного блока при реализации адаптивного алгоритма трогания грузового автомобиля с места.
432-439 897
Аннотация

Мировая промышленность находится на пороге нового витка развития, характеризующегося появлением таких прорывных технологий, как: блокчейн, беспилотные устройства, трехмерная печать, виртуальная реальность, Интернет вещей, дополненная реальность и т. д. В результате этого коренные изменения произойдут в большинстве отраслей экономики. Автомобилестроение не исключение. Данная отрасль играет одну из ключевых ролей в экономике множества государств, и изменения, происходящие в ней, приводят не только к созданию новых продуктов, технических процессов, но и к совершенствованию уже имеющегося производственного плацдарма. В частности, для Республики Беларусь автомобильная промышленность – одна из ключевых отраслей экономики, и ее эффективность имеет высокую степень зависимости от скорости возникновения и реализации инноваций – стратегически важного аспекта повышения конкурентоспособности как на текущих, так и на потенциальных рынках сбыта. В статье уделено внимание двум основным трендам, возникающим в процессе формирования новой индустриализации: повышению экологичности топливных систем и цифровой трансформации. Проблемы мировой экологии оказали значительное влияние на разработки в сфере альтернативных источников энергии. Скорость развития и популяризации электромобилей значительно превосходит «прорывные» инновационные разработки прошлого. Однако на будущее электромобилей могут значительно повлиять множество факторов, два из которых подробно рассмотрены в статье: стоимость энергии (батарей) и цена нефти (при цене около 20 дол. за баррель темп развития значительно снизится). Помимо вопроса экологичности, уделено внимание сервисам цифровой трансформации. В мире уже существуют примеры использования удаленного управления карьерными самосвалами, телематики и т. д. Все это позволяет организациям значительно оптимизировать расходную часть бизнеса, тем самым увеличив эффективность использования имеющихся ресурсов. Приводится обзор инноваций в автомобилестроительной отрасли Беларуси (электромобили «БелДжи», электробусы «Белкоммунмаш», разработки представителей крупной промышленной техники).

440-446 500
Аннотация

Проведено исследование рабочего процесса пропорционального модулятора давления с линейным электродвигателем электромагнитного типа (ЛЭДЭТ). Для определения рабочих характеристик ЛЭДЭТ составлена принципиальная схема, состоящая из системы питания и управления. Система питания представляет собой автономный полумостовой инвертор. На вход преобразователя подается постоянное напряжение 12 В. Фаза двигателя питается от инвертора, в состав которого входят транзисторные ключи и диоды. Система управления автономным инвертором состоит из двух каналов – канала ограничения тока и канала линейного перемещения. Исследование основано на результатах численного и имитационного моделирования рабочих процессов ЛЭДЭТ. Численное моделирование выполнено и исследовано методом конечных элементов в среде FEMM. Геометрия модели ЛЭДЭТ заключена в область воздуха с электромагнитной проницаемостью, равной 1. Начальный радиус генерации сетки для области рабочего зазора составляет 0,5 мм, а для других областей установлен адаптивный метод генерации. Для определения непрерывной степенной функции в любой точке интервала варьирования тока и перемещения функции потокосцепления и электромагнитной силы аппроксимированы полиномами при помощи приложения Curve Fitting. Имитационная модель ЛЭДЭТ пропорционального модулятора построена в среде MatLab Simulink. Для решения математической модели в системе MatLab Simulink выбран неявный метод Рунге – Кутта, использующий формулы обратного дифференцирования 2-го порядка с переменным шагом. Уравнение электрической цепи фазы индукторного двигателя составлено согласно второму закону Кирхгофа. Тяговые характеристики ЛЭДЭТ получены путем перемещения запорно-регулирующего элемента (ЗРЭ) от 0 до 6 мм с шагом 1 мм при изменении магнито-движущей силы (МДС) в обмотке от 0 до 2 А с шагом 0,1 А. Установлено, что для перемещения ЗРЭ на 6 мм при скорости 40 мм/с с дискретностью 0,15 мм максимальное значение силы тока в обмотке ЛЭДЭТ равно 2,5 А. При этом значение электромагнитной силы равно 120 Н. Это позволяет повысить точность регулирования давления в тормозном приводе на 12,3 %. Предложены решения, повышающие быстродействие ЛЭДЭТ. Описаны характеристики двигателя и определены численные параметры ЛЭДЭТ. Разработанная имитационная модель позволяет исследовать функциональные свойства и динамические характеристики пропорционального модулятора с относительной погрешностью 4,07 %.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2227-1031 (Print)
ISSN 2414-0392 (Online)