Preview

НАУКА и ТЕХНИКА

Расширенный поиск
Том 18, № 5 (2019)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.21122/2227-1031-2019-18-5

МАШИНОСТРОЕНИЕ

359-368 317
Аннотация
Приведены результаты исследований структуры и триботехнических свойств хромовых покрытий, сформированных методом электродеформационного плакирования гибким инструментом (ЭДПГИ), выполненных с целью оценки перспектив их применения в качестве альтернативы гальваническому хромированию, широко используемому при изготовлении штоков гидроцилиндров металлорежущих станков. В качестве гибкого инструмента применялись вращающиеся металлические щетки с проволочным ворсом, выполненным из стали 65Г и нержавеющей стали 03Х17Н14М2. Материал-донор при ЭДПГИ – компактированный брусок, полученный путем спекания смеси порошков чистого хрома и наноразмерной алмазно-графитовой шихты УДАГ. По результатам исследований установлено, что при формировании покрытий щеткой из нержавеющей стали в состав покрытия привносятся легирующие элементы проволочного ворса, такие как хром и никель. Так, в случае использования щеток с проволочным ворсом из нержавеющей стали 03Х17Н14М2 количество хрома и никеля в плакированном слое покрытия по процентному содержанию соответственно в 5,3 и 9,6 раза больше, чем в покрытии, сформированном щеткой из стали 65Г, что может способствовать повышению коррозионной стойкости покрытий. При этом рельеф поверхности покрытия имеет развитую шероховатую структуру, состоящую из плотно уложенных и вытянутых в направлении вращения щетки различных по размерам микрочастиц хрома, а также сглаженных микровыступов и микроуглублений, дефекты покрытия в виде несплошностей и отслоений отсутствуют. Триботехнические испытания выполнялись в условиях «граничной смазки» на машине трения вращательного типа, реализующей трение резинового индентора по плоской поверхности вращающегося диска. По данным триботехнических испытаний установлено, что в условиях «граничного трения» спаренных образцов «диск с покрытием – резиновый ролик» наименьшими значениями величин коэффициента трения скольжения (fтр = 0,023) обладают хромовые покрытия, сформированные методом ЭДПГИ, которые в 7,5 раза меньше, чем у хромовых, полученных гальваническим осаждением. В то же время износ резиновых роликов в парах с гальваническими хромовыми покрытиями оказывался меньшим, чем в парах с покрытием, сформированным методом ЭДПГИ.
369-379 242
Аннотация

В настоящее время достаточно широко изучаются вопросы влияния высокоскоростных потоков частиц на изменение структуры и свойств материалов. Эффект, который оказывают частицы, двигающиеся с очень высокой скоростью, может быть как негативный, например, в космических аппаратах, так и положительный – при динамической обработке инструментальных сталей. Поэтому была поставлена задача по изучению воздействия высокоскоростных потоков частиц на изменение структуры инструментальных сталей и повышение их эксплуатационных свойств. В работе использовался взрывной метод создания высокоскоростного потока частиц SiС + Ni и Al2O3. Образцы после динамического легирования подвергались диффузионному азотированию. Микроструктура образцов из сталей Х12М, P18, Р6М5К5 изучалась с помощью оптической и электронной металлографии. Испытывалась и износостойкость образцов на машине трения. В ходе исследований были получены теоретические и экспериментальные результаты по комплексному воздействию высокоскоростных потоков микрочастиц и азотирования на структуру и свойства инструментальных сталей. Установлено, что динамическое легирование частицами приводит к формированию специфической структуры композиционного материала, армированного каналами. Центральная волоконная (канальная) зона с остатками частиц порошка окружена областями с аморфным строением, которая сменяется зоной с нанокристаллической с фрагментированной ячеистой структурой. Затем наблюдается зона с микрокристаллической структурой, которая переходит в зону кристаллического строения, характерного для матричного материала конструкционной стали. Полученные данные могут расширить и дополнить некоторые представления о механизмах динамического нагружения твердых тел и конденсированных сред, пластической деформации, физической механики структурно-неоднородных сред на различных уровнях, ряде эффектов, возникающих при соударении и сверхглубоком проникании микрочастиц в металлы. Установлено, что износостойкость быстрорежущей стали, подвергнутой динамическому легированию в закаленном состоянии, увеличивается в 1,2 раза по сравнению с износостойкостью стали, легированной в состоянии отжига.

380-385 226
Аннотация

Представлены экспериментальные исследования композиционных порошковых материалов для плазменного напыления, полученных способом диффузионного легирования порошковых материалов на основе аустенитных сталей. Выявлено, что главными факторами, формирующими диффузионный слой на порошковом материале, являются состав необходимой насыщающей среды, температура обработки и длительность химико-термического воздействия. Создание однофазных слоев диффузии возможно только в случае минимального уровня температурно-временных характеристик при термической обработке. Этому также способствуют применение сред с небольшой концентрацией бора и введение в насыщающую смесь из порошка добавок, тормозящих процесс насыщения (таких как углерод, алюминий, кремний). С учетом проведенных с помощью микрорентгеноспектрального анализа исследований расположения элементов, способствующих легированию порошка, а также микродюрометрических характеристик подробно рассмотрены строение и состав порошков. С повышением степени легированности порошкового материала составляющая высокобористой фазы возрастает. Значительные изменения фазового состава, так же как и химического, заметны при диффузионной обработке следующих легированных порошковых материалов: ПР-Х18Н9, ПР-Х18Н10, ПР-Х18Н15. Вытесняемый боридами в переходную зону свободный углерод создает с хромом дисперсные комплексные карбидные соединения. Это подтверждается характером распределения карбидообразующих составляющих в порошковой частице. Все карбидообразующие элементы в отличие от некарбидообразующего кремния имеют характерные концентрационные пики-всплески. Кремний практически не присутствует в рассмотренной фазе FeB и обнаруживается лишь в очень незначительном количестве в исследуемой фазе Fe2B; он оттесняется высокобористыми фазами к подслою. Изменение же микротвердости исследуемых фаз FeB и Fe2B связано с растворением соответствующих легирующих элементов в них и искажением кристаллической решетки в боридах. Подобное явление характерно также для насыщения с применением бора или при проведении химико-термической обработки легированных сталей; оно отмечено в ряде исследований. Увеличение микротвердости ядра частицы при ее борировании вызвано оттеснением углерода и легирующих элементов растущим фронтом боридных фаз. При повышении температурного режима и увеличении времени проведения борирования и до реализации эффекта при встречной диффузии происходит перемещение зоны ядра с повышенной микротвердостью к сердцевине частицы.

386-394 487
Аннотация

Развитию ультразвуковых технологий лечения сосудов в последнее время уделяют большое внимание во всем мире. Авторами статьи совместно с кардиологами из БелМАПО и РНПЦ «Кардиология» разработаны новый эффективный метод лечения и ультразвуковое оборудование, позволяющие выполнять разрушение внутрисосудистых образований с одновременным повышением эластичности сосудистой стенки. Преимуществами метода являются отсутствие оперативного вмешательства, низкая вероятность осложнений, небольшая стоимость лечения. Основной компонент разработанного ультразвукового оборудования – ступенчатый концентратор-волновод трубчатого типа, имеющий на дистальном конце сферический наконечник с одним осевым отверстием диаметром 0,5 мм и тремя радиальными отверстиями диаметрами 0,3 мм, расположенными под углом 120° друг относительно друга. Основной эффект применения концентратора-волновода достигается за счет ультразвукового вибромеханического воздействия сферическим наконечником на внутрисосудистое образование с последующим удалением продуктов разрушения путем их аспирации из сосудистого русла. Дополнительный эффект обеспечивается за счет кавитационного воздействия на сосудистое образование и стенки сосуда через отверстия в сферическом наконечнике потоками жидкости, подаваемой по внутренней полости ступенчатого концентратора-волновода, что способствует значительному улучшению эластических свойств сосудистой стенки при атеросклерозе и сахарном диабете. Для достижения максимальной эффективности воздействия кавитирующей струей на внутрисосудистые образования и на сосудистую стенку необходимо обеспечить высокие точность и качество поверхностей формируемых микроотверстий. По результатам анализа особенностей существующих методов формообразования отверстий малого диаметра предложен метод электрохимической прошивки, позволяющий получать точные микроотверстия диаметром 0,3 мм с высоким качеством поверхности на деталях малого сечения и жесткости. В статье представлены результаты исследования влияния параметров процесса электрохимической прошивки (напряжения, концентрации и расхода электролита) на размеры и форму получаемых микроотверстий. Разработаны основные режимы процесса электрохимической прошивки, позволяющие сформировать микроотверстия в сферическом наконечнике трубчатого концентратора-волновода требуемых точности, размеров и формы.

395-400 213
Аннотация

С течением времени к двигателям внутреннего сгорания предъявляется все больше требований, вызванных необходимостью экономии топлива, снижения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, повышения надежности работы, уменьшения габаритов и затрачиваемых материалов, массы, уровня шума, упрощения изготовления и эксплуатации. В городах, где количество двигателей очень велико, использование газа в качестве топлива позволяет значительно снизить загрязнение окружающей среды. В некоторых странах есть отдельные экологические программы, стимулирующие перевод двигателей с бензина на газ. Однако в настоящее время применение газовых двигателей на автомобильном транспорте ограничено, что связано с рядом проблем технического и эксплуатационного характера. С целью решения данной задачи и предотвращения возможных проблем на уже готовом двигателе прибегают к математическим расчетам и моделированию. В рамках исследования по установлению влияния величины запальной порции дизельного топлива газодизельного двигателя на параметры его рабочего процесса необходимо разработать соответствующую методику расчета. В связи с этим проведен анализ методик и программ расчета рабочего процесса двигателя, разработана методика расчета рабочего процесса газодизельного двигателя. Проведено расчетное исследование по разработанной методике. Установлено влияние величины запальной порции дизельного топлива на эффективные и экологические показатели работы двигателя. Расчет проводился для номинального режима работы двигателя, газовое топливо – пропан-бутан. В качестве исходных данных для расчета приняты конструктивные параметры двигателя ГД-243. Установлены следующие зависимости: по мере увеличения запальной порции дизельного топлива (доли замещения газового топлива дизельным) наблюдается некоторое снижение мощности двигателя, а также при принятых условиях – рост CO2 при снижении CO и NO.

401-408 342
Аннотация

В статье рассмотрен метод расчета и оценки автоматизированной системы регулирования тормозного усилия, а также выполнена оценка эффективности использования силы сцепления автоматизированной системой в процессе торможения колесного транспортного средства (на примере автобуса МАЗ 256200). Графически представлен и обоснован способ оценки эффективности торможения транспортного средства, оборудованного автоматизированной системой регулирования тормозного усилия. Проведен сравнительный анализ эффективности торможения транспортного средства в трех разных условиях движения его колес при торможении. Описаны процессы торможения при идеализированном торможении, торможении при работе автоматизированной системы, а также при торможении транспортного средства с заблокированными колесами. Предложены математические зависимости, позволяющие рассчитать коэффициент использования силы сцепления автоматизированной системой регулирования тормозного усилия на основе временных параметров процесса торможения транспортного средства. Предложенные математические зависимости учитывают особенности конструкции автоматизированной системы, т. е. схему расположения модуляторов на осях колесного транспортного средства. Выполненный анализ точности расчетов коэффициента использования силы сцепления автоматизированной системой с учетом и без учета сил сопротивления качения колес транспортного средства показал возможность использования предложенных методов расчета в практике автотехнических экспертиз при расследовании дорожно-транспортных происшествий с участием транспортных средств, оборудованных такими системами, как ABS. Предложена зависимость определения тормозного пути колесного транспортного средства на основе коэффициента использования силы сцепления автоматизированной системой регулирования тормозного усилия. Выполненные экспериментальные исследования опытного и серийного образцов автоматизированной системы позволили подтвердить теоретические рассуждения в отношении использования сил сцепления в процессе работы автоматизированной системы регулирования тормозного усилия колесного транспортного средства. Результаты исследований показали высокую эффективность работы экспериментальной автоматизированной системы, разработанной на кафедре автомобилей имени А. Б. Гредескула Харьковского национального автомобильнодорожного университета, в условиях торможения транспортного средства на сухом асфальтовом и укатанном снежном покрытиях.

409-415 453
Аннотация

В статье показано, что создание материалов с антимикробным и антигрибковым действием предполагает введение в них специальных добавок. Одним из направлений борьбы с плесневыми грибами является включение добавок биоцидов растительного происхождения в структуру полимерных материалов, используемых для изготовления упаковки. Основная задача антимикробных добавок – снижение количества микробов в массе изделия и на его поверхности. Активность антимикробных соединений зависит от таких параметров, как концентрация активного компонента, pH, температура, тип полимера, метод ввода (с пластификатором или в расплаве) и время их контакта с полимером. Кроме того, следует учитывать такой немаловажный фактор, как чувствительность микроорганизмов. Современные пленочные полимерные материалы обеспечивают лишь определенный уровень защиты продукции. Они не могут направленно воздействовать на биохимические и микробиологические изменения в упакованном продукте. Необходимо производить новые упаковочные материалы с избирательной проницаемостью, создающие барьер на пути излишне интенсивного газои влагообмена, поступления микрофлоры извне, препятствующие развитию нежелательных микроорганизмов на упаковываемых изделиях. В качестве основы для бактерицидного упаковочного материала были выбраны полимеры. Исследованиями установлено, что достаточно хорошо ингибировала (тормозила) рост плесневых грибов композиция ПЭВД 98 % + ДЖК + ДЭТА (ПЭВД – полиэтилен высокого давления; ДЖК – диспропорционированная живичная канифоль; ДЭТА – диэтилентриамин), а также, что композиция ПЭВД с добавками таллового пека и полиэтиленполиамина показали резкое ухудшение прочностных характеристик, а с увеличением добавки предполагаемой смеси сосновой живичной канифоли (СЖК) с ДЭТА (более 2 %) и ДЖК резко ухудшаются прочностные характеристики материала.

416-421 223
Аннотация

Обоснована целесообразность крепления линз с тонким центром (двояковогнутых, плосковогнутых и отрицательных менисков) за нерабочую цилиндрическую поверхность. Это исключает их температурную деформацию на стадии блокировки, являющуюся причиной появления неустранимых микро- и макропогрешностей на исполнительных поверхностях детали после ее разблокировки, и вызывает астигматизм в изображении, формируемом оптико-электронным прибором. Рассмотрен эластичный метод крепления линзы за ее боковую поверхность и описана конструкция устройства для механического крепления деталей рассматриваемого типа при их одновременной двусторонней абразивной обработке в условиях свободного притирания. Изложена методика определения напряженного состояния линз, в основу которой положена математическая модель однородного упругого изотропного деформирования твердого тела, учитывающая метод конечных элементов, заключающийся в аппроксимации исследуемого тела моделью, представляющей собой совокупность взаимосвязанных между собой в узловых точках элементов с конечным числом степеней свободы. Выполнены исследования характера распределения деформаций в линзе, позволившие установить прямо пропорциональную зависимость перемещений в центре детали от величины усилий зажима. Выявлено несущественное влияние величины силы зажима и упругих характеристик линзы на оптимальное положение плоскости приложения усилий ее зажима. Предложен бесконтактный метод контроля погрешностей на полированной поверхности линзы посредством интерферометра с эталонной фронтальной поверхностью.

422-426 241
Аннотация

Гидравлические системы, применяемые в механизмах и машинах, предназначены для осуществления механических перемещений: подъема грузов, прессования материалов, перемещения рабочих органов и пр. В качестве рабочих жидкостей в них используются минеральные масла, обладающие малой вязкостью. К таким жидкостям следует отнести пищевые продукты (мед, патоку, смолу, фарш, тесто, пасту, кремы, крахмалы), строительные материалы (глину, цемент, герметик), нефтепродукты и т. д., которые встречаются в химической и текстильной, винной и хлебопекарной, косметической и кондитерской, молочной и лакокрасочной, строительной промышленности, а также в других сферах деятельности. Вместе с тем в различных отраслях народного хозяйства используются гидравлические системы, предназначенные для перекачивания или транспортирования рабочей жидкости, обладающей высокой вязкостью. Однако описанию подобных гидравлических систем, их классификации, особенностей устройств, из которых они состоят, уделено недостаточное внимание. В связи с этим в статье приведена классификация гидравлических систем для перекачивания и транспортирования высоковязких жидкостей, дано описание их состава, приведены основные разновидности насосов и устройств для управления и выполнения технологических задач, широко используемых в различных отраслях промышленности. Показано, что все насосы, применяемые для этих целей, можно разделить на две группы: динамические и объемные. Представлены схемы устройств, краткое описание и принцип действия насосов, используемых для этих целей. Проведенный анализ показал, что эксплуатация гидравлических систем для перекачки высоковязких жидкостей вызывает необходимость дальнейшего исследования их характеристик, а также разработки методики расчетов и проектирования.

427-435 337
Аннотация

Выполнены испытания на усталость конструкционных сталей и титанового сплава при различных частотах циклического нагружения, в результате которых выявлены закономерности изменения показателей сопротивления усталости и стабильности поведения испытанных материалов. Изменение частоты циклического нагружения влияет на продолжительность разового (в течение одного цикла) пребывания материала в нагруженном состоянии, что сказывается на его долговечности. Помимо этого, с ростом частоты циклов нагрузки скорость деформирования возрастает, а время нарастания напряжения уменьшается, одновременно увеличиваются искажения кристаллической решетки за счет сокращения времени развития процесса разупрочнения. Данный процесс сопровождается ростом интенсивности дробления зерен на фрагменты и блоки и их разориентировкой. Испытания на циклическую прочность образцов исследуемых материалов проводили при различных частотах и комнатной температуре по следующим схемам нагружения: консольный циклический поперечный изгиб плоского образца; консольный изгиб с вращением цилиндрического образца; осевое растяжение по пульсирующему циклу. Для анализа и оценки работоспособности и стабильности испытанных материалов применяли количественные оценки показателя сопротивления усталости в виде тангенса наклона левой ветви кривой усталости к оси циклов. Для обработки полученных результатов воспользовались методами математической статистики. Графические зависимости кривых усталости строили в логарифмических координатах, что позволило получить спрямление аппроксимирующих линий экспериментальных данных. В ходе исследований установлено: частота нагружения имеет неоднозначное влияние на сопротивление усталости из-за различий материалов в своей реакции на изменение спектра нагрузок в разных зонах усталостного процесса, но при этом обнаружено, что повышение усталостной прочности приводит к уменьшению наклона кривой усталости независимо от снижения или увеличения частоты нагрузки. Предложен новый подход к оценке циклической прочности и долговечности материалов, который включает в себя систему параметров из относительного коэффициента ограниченной выносливости, коэффициента корреляции и тангенса наклона кривой усталости. Обозначена динамика поведения реальных деталей машин и конструкций, изготовленных из этих сплавов, в условиях эксплуатации.

436-442 716
Аннотация

Рассмотрен процесс очистки нефтесодержащих стоков с применением электрокоагуляции, электрофлотации и электромагнитного гидроциклона, реализованный на лабораторной установке (патент Республики Беларусь на изобретение № 21229). Исследования проводились с целью оптимизации удельных энергозатрат процесса очистки стоков от топливно-смазочных веществ. Методами исследования являлись обзор литературы, сравнительный анализ, эксперимент, математическое моделирование. Содержание нефтепродуктов в сточных водах до и после очистки оценивалось в аналитической лаборатории Белорусского государственного аграрного технического университета по стандартным методикам. Выполнена очистка нефтесодержащих стоков на лабораторной установке с помощью метода электрофлотокоагуляции с удалением всплывшего шлама в электромагнитном гидроциклоне. Данный способ очистки позволяет повысить степень обеззараживания воды, обеспечивает замкнутое водоснабжение, рациональное использование водных ресурсов, снижение вредного воздействия загрязняющих веществ на окружающую среду. Проведено планирование эксперимента. Реализован трехуровневый план Бокса – Бенкена. Решена задача оптимизации процесса очистки по энергетическим затратам, не ухудшая требуемых показателей концентрации нефтепродуктов в воде после очистки. Получены математические модели и определены оптимальные режимы очистки при наименьших удельных энергетических затратах и достаточно высокой степени очистки. Значимость коэффициентов регрессии оценивалась по критерию Стьюдента. Установлено, что на предложенной установке степень очистки стоков постов мойки автотракторной техники можно достичь при ее производительности = 0,7 л/с, плотности тока = 150 А/м2. Степень очистки, определяемая отношением концентраций загрязнителя до и после очистки, составляет 99,9 %. Результаты могут быть использованы при реализации микропроцессорного управления режимом очистки, приняв в качестве управляющего воздействия такие факторы, как исходная концентрация загрязнений, производительность установки, плотность тока электрофлотокоагулятора.



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


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