Том 14, № 2 (2020)

В настоящее время для анализа термодинамических процессов, протекающих в тепловом двигателе, и его эффективности используются индикаторные диаграммы, построенные в размерных значениях параметров рабочего тела - объём, энтропия, давление, температура и других параметров. К числу исключений можно отнести, например, опытные исследования и термодинамические расчёты, выполняемые при проектировании сопла Лаваля реактивных двигателей. Эти исследования основаны на Теории подобия. В предлагаемой читателю работе выполнен графоаналитический расчёт эффективности идеализированного цикла теплового двигателя в безразмерных параметрах рабочего тела. Методы научных исследований с использованием безразмерных параметров - критериев подобия являются характерной особенностью Теории подобия. Кроме безразмерной индикаторной диаграммы, разработана и описана энергетическая безразмерная диаграмма кругового замкнутого цикла теплового двигателя. На энергетической диаграмме изображены термодинамические процессы обмена теплотой и механической работой между рабочим телом и окружающей средой в безразмерных координатах теплоты и механической работы. В работе показано, что использование энергетической безразмерной диаграммы наиболее простой и наглядный графоаналитический способ определения эффективности теплового двигателя. Применительно к анализу работы теплового двигателя значимость использования Теории подобия определяется тем, что единственное аналитическое, графическое или опытное исследование теплового конкретного двигателя с наименьшими затруднениями можно распространить на исследование бесконечного множества термодинамически подобных двигателей. Для примера в предлагаемой работе выполнен в безразмерном виде расчёт идеализированного цикла двигателя Отто.

В статье рассмотрена одномассовая система виброзащиты с исполнительным электромеханическим устройством. Представлена актуальность проводимого направления исследований и современное состояние его изученности. Обосновано, что в сравнении с управляемыми элементами вязкого сопротивления управляемые элементы жесткости обеспечивают лучшее качество виброзащиты. Подчеркнута перспективность в применении управляемых электромеханических элементов жесткости. В настоящей работе рассмотрен исполнительный механизм в виде линейного двигателя постоянного тока. Приведены примеры использования активных систем виброзащиты с линейными электрическими машинами. В частности, представлен пример использования в качестве подвески транспортного средства. Указаны преимущества и наиболее существенные недостатки таких подвесок, сдерживающие их массовое внедрение. Представлена расчетная схема одномассовой колебательной системы с параллельной установкой элемента вязкого трения и элемента жесткости. Обосновано, что с учетом принятых допущений представленная схема эквивалентна подвескам транспортных средств. Предложено, в качестве управляемого элемента вязкого сопротивления использовать магнитореологический демпфер колебаний. Приведен анализ состояния вопроса систем активной виброзащиты с магнитореологическими демпферами колебаний. Разработана структура замкнутой по виброускорению защищаемого объекта системы виброзащиты и представлены математические модели ее функционально необходимых элементов: датчика колебаний, системы виброзащиты по каналу возмущения и управления, линейного электродвигателя постоянного тока. Предложена методика синтеза корректирующего устройства, обеспечивающего желаемые резонансные свойства замкнутой системы. Представлены результаты имитационного моделирования системы активной виброзащиты с регулятором, синтезированным по предложенной методике и регулятором, структура которого получена в предыдущих работах автора. На основании полученных результатов сделаны выводы по полученным в статье материалам и сформулированы рекомендации по использованию регуляторов.

В настоящее время при выполнении строительных, погрузо-разгрузочных и монтажных работ широкое применение находят самоходные стреловые краны, оснащенные телескопическим стреловым оборудованием. Аварии самоходных стреловых кранов, вызванные внезапным обрывом грузового каната, а также самопроизвольной расстроповкой груза, можно отнести к основным причинам аварий грузоподъемных кранов. Данную причину можно считать одной из наиболее опасных, так как внезапное снятие нагрузки характеризуется непредсказуемостью, независимостью от квалификации оператора и быстротечностью воздействия. Целью работы является изучение нагружения телескопического стрелового оборудования при внезапном снятии нагрузки и предложение мер предотвращения или снижения последствий аварий, вызванных данным видом нагружения. В качестве объекта исследования выбран железнодорожный кран «Сокол 80.01М». В качестве методов исследования используется метод численного эксперимента, проведенный в модуле комплексного динамического и кинематического анализа механизмов SolidWorks Motion . В результате численного моделирования мгновенного снятия нагрузки установлено балансирование ТС на плитах скольжения и ударные взаимодействия секций стрелы; определены временная зависимость реакций опор скольжения, величины ударных взаимодействий и временная зависимость колебаний оголовка стрелы. Предлагается применять на самоходных стреловых кранах «Способ повышения безопасности и систему безопасности стрелового грузоподъемного крана», которые помимо защиты грузоподъемного крана от перегрузки и от столкновений его стрелы или грузозахватного органа с различными препятствиями (координатная защита), вследствие наличия пиропатронов и подсистемы управления ими, обеспечивают предотвращение аварий в случае внезапного снятия нагрузки со стрелы, а также защиту грузоподъемной машины при воздействии случайных внешних факторов, снижение ущерба при необратимой потери устойчивости крана. Установлены наиболее рациональные параметры устройства аварийно-силового воздействия на стреловое оборудование: время действия пиропатронов; коэффициент действия пиропатронов, начальная сила пиропатронов, сила заряда устройства аварийно-силового воздействия на стреловое оборудование.

С развитием тягового электропривода, а также бортовых накопителей электрической энергии, перспективными оказываются машины, оснащённые электромеханической трансмиссией. Однако на этапе проектирования подобных транспортных средств возникают затруднения, связанные с оценкой энергоэффективности разрабатываемых автомобилей, в частности, с оценкой коэффициента полезного действия тяговых электромашин. В данной работе авторами предлагается метод оценки коэффициента полезного действия тяговых электродвигателей вновь разрабатываемых электромеханических трансмиссий транспортных машин, основанный на построении эмпирической зависимости, аппроксимирующей статистические данные о характеристиках существующих электродвигателей. Для аппроксимации использовались данные по электродвигателям ряда производителей, используемых в составе трансмиссий транспортных средств. В статье рассматривается применение разработанного метода для разработки алгоритма управления трансмиссией колёсной машины, направленного на повышение её энергоэффективности. Работоспособность алгоритма подтверждена при помощи имитационного моделирования динамики рассматриваемого транспортного средства, исходные данные для моделирования были получены в ходе тягово-динамического расчёта. Разработанная имитационная модель совместно с методом оценки коэффициента полезного действия электродвигателя позволила провести сравнительную оценку разработанного алгоритма управления переключением передач и подхода к переключению передач, не учитывающего зависимость величины потерь энергии электромашины от режима работы в случаях движения по городскому и смешанному ездовым циклам. В качестве критериев оценки эффективности применения разработанного закона управления электромеханической трансмиссией использовались величина затрат энергии при движении по заданному циклу и количество переключений передач на маршруте. Полученные результаты подтверждают эффективность использования разработанного алгоритма в условиях движения транспортных средств в городской среде.

Пуск холодного дизеля в условиях Арктики с минимальными температурами ниже -60 °С представляет существенные трудности вследствие низкой температуры воздушного заряда, повышенного сопротивления проворачиванию коленчатого вала и перемещению других, кинематически с ним связанных деталей (поршни, детали механизма газораспределения; и т.д.) из-за увеличенной вязкости масла, ухудшения условий распыливания топлива, усиленной теплоотдачи в стенки цилиндра, потери части воздушного заряда. Настоящая статья посвящена решению актуальной задачи, связанной с разработкой теоретической базы, обеспечивающей комплексное имитационное моделирование предпускового режима работы дизеля в условиях низких температур окружающей среды при использовании средств облегчения пуска. В статье предлагается математическая модель дизеля, базирующаяся на тепломеханике (термодинамике открытых систем), которая отражает основные особенности двигателя внутреннего сгорания (ДВС) как системы, преобразующей энергию во времени. Система уравнений математической модели основывается на законах сохранения энергии, массы, уравнениях движения твердых звеньев и включает дифференциальные уравнения скоростей изменения температуры и плотности рабочего тела в цилиндре и в картере ДВС, идеально-газовое уравнение состояния, а также дифференциальные уравнения изменения угловой скорости и угла поворота вала двигателя. Математическая модель апробирована на примере дизеля 1Ч9,5/8,0. В статье представлены графики изменения угловой скорости, давления и температуры в цилиндре, а также результаты расчетов предпускового режима работы двигателя при различных низких температурах окружающей среды в сравнении с результатами натурных экспериментов, проведенных в холодильной камере.

В контексте всевозрастающего усложнения как самих конструкций строительных машин и механизмов, так и условий их ээксплуатаци актуализируются вопросы достижения надежности и долговечности основных сварных соединений, поскольку качество сварного соединения определяет работоспособность узла и машины в целом. В связи с этим обеспечение удовлетворительной свариваемости и получение более качественного сварного соединения - необходимые условия повышенной прочности для сварных конструкций, на которых монтируют рабочие органы строительных машин, а также механизмы и их сборочные единицы. В статье рассмотрены ключевые вопросы повышения надежности сварных конструкций строительных машин. Отдельное внимание уделено проблемам усиления опасных зон, а также восстановления таких зон в сварных конструкциях строительных машин. В качестве примера в статье рассмотрена рама автопогрузчика, оснащенного манипулятором с гидравлическим приводом. Особый акцент сделан на том, что при расчете расстояний между сварными швами необходимо учитывать его зависимость от режимов сварки и параметров рамных конструкций строительных машин. Оценка напряженно-деформированного состояния рамы выполнялась с помощью моделирования состояния конструкции в различных ситуациях. С использованием программ конечно-элементного анализа установлены возможности снижения локальных напряжений, превышающих предел прочности материала и вызывающих угрозу появления микротрещин, за счет приварки накладок короткими швами в шахматном порядке, а также нахождения оптимальных параметров сварных швов с учетом концентрации напряжений. Также в процессе исследования установлено, что наибольшее влияние на величину коэффициентами концентрации напряжений оказывает радиус перехода от основного металла к металлу сварного шва. Увеличение радиуса перехода от 0,1 мм до 1,0 мм позволяет уменьшить величину коэффициента концентрации напряжений.