ИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО. ТЕХНИКА В ЦЕЛОМ

Пособие предназначено для самостоятельной реализации алгоритма и процедуры определения характеристик эксплуатационных нагрузочных режимов и показателей, используемых при оценке эффективности системы виброизоляции наземных транспортно-технологических комплексов. Решение этой задачи выполняется в частотной области с учетом нелинейных характеристик основного блока виброизоляции при случайном возмущении от микропрофиля дорожной поверхности. В данном случае для получения выходных характеристик динамической системы используются три метода статистической линеаризации. Результаты решения задачи представляются в виде раздельночастотной и интегральной оценок вибрационной безопасности, параметров нагрузочного режима.

Приведены сведения, необходимые для выбора подшипников качения по заданным условиям их эксплуатации. Изложены новые методы расчетов опор с подшипниками качения в соответствии с действующими в настоящее время межгосударственными стандартами. Даны рекомендации по проектированию опор и типовые примеры расчетов. Издание соответствует программе курса «Основы конструирования машин».

Рассмотрены основные типы планетарно-цевочных передач, приведены зависимости для их кинематического расчета и построения профилей зубьев, изложены методы силового расчета зацепления и различных узлов планетарно-цевочных редукторов.

Приведены основные сведения о количественных критериях надежности восстанавливаемых и невосстанавливаемых изделий, законах распределения срока их службы, способах резервирования и надежности конструкций и отдельных типов деталей машин. Для каждой темы рассмотрены типовые задачи и их решения. Представлены задачи для самостоятельного решения, имеющие различный уровень сложности.

Изложены методы проектирования машин и механизмов на основе формирования целевых функций в виде критериев оптимальности, таких как расход энергии, габаритные размеры, время разгона машин. Акцентировано внимание на методах повышения экономичности машин с рекуперацией энергии торможения. В каждом разделе пособия приведены вопросы для самоконтроля.

Рассмотрена методика использования программ расчетов в системе MathCAD при проектировании и анализе планетарных и кулачковых механизмов с помощью ЭВМ по нескольким качественным показателям. Приведены алгоритмы программ, которые целесообразно использовать для проведения расчетов в процессе практических занятий с применением ЭВМ в специализированной аудитории, оснащенной электронной интерактивной доской.

Издание содержит описание восьми лабораторных работ по курсу «Теория механизмов и машин». Приведены краткие теоретические сведения, необходимые для понимания физической сущности тех разделов дисциплины, которые подкрепляются экспериментальными исследованиями, а также описания моделей и лабораторных установок, указаны порядок проведения работ и требования к отчетности по ним.

Рассмотрены некорректные обратные задачи статистической динамики, задачи по структурному анализу траекторий случайных процессов, задачи статистического диагностирования конструкций, а также методы расчета конструкций, находящихся в условиях интенсивной коррозии и интенсивных нерегулярных воздействий. Для решения нелинейных задач рассмотрены методы марковских процессов, методы уравнений Фоккера — Планка — Колмогорова, методы статистической линеаризации. Приведены задачи по оптимизации параметров машин и конструкций и их решения.

Пособие предназначено для выполнения домашнего задания «Колебания систем с одной степенью свободы» по первому модулю дисциплин «Динамика транспортных средств» и «Динамика механических систем». Приведен пример выполнения домашнего задания, представлены контрольные вопросы для подготовки к защите домашнего задания, критерии качества его выполнения, а также варианты домашнего задания.

Предназначено для самостоятельной подготовки к выполнению лабораторной работы «Качество системы стабилизации курса самолета» по дисциплине «Управление техническими системами». Издание будет способствовать углубленному изучению раздела «Качество управления линейными системами автоматического регулирования (САР)» указанной дисциплины, освоению интегрального метода оценки качества САР, приобретению навыков построения системы дифференциальных уравнений, описывающих поведение САР, синтеза и построения структурных схем, соответствующих этим уравнениям, редактирования параметров, получения, визуализации и анализа результатов расчетов, формулировки выводов о характере и качестве переходных процессов САР.

Кратко изложен материал разделов «Синтез эвольвентных зубчатых передач», «Кинематика планетарных зубчатых механизмов» и «Синтез кулачковых механизмов» дисциплины «Теория механизмов и машин», необходимый для прохождения студентами рубежного контроля знаний. Рассмотрены примеры решения типовых задач применительно к зубчатым и кулачковым механизмам, предложены задачи для самостоятельного решения.

Рассмотрены основные показатели прочности, надежности и долговечности валов и осей, которые следует учитывать при выборе материала для их изготовления и метода дополнительного упрочнения. Обоснована необходимость рассмотрения критериев конструкционной прочности материалов для обеспечения надежной и долговечной работы валов.

Представлены лабораторные работы по дисциплине «Техническая диагностика машин» по тарировке тензодатчиков, исследованию собственных изгибных колебаний консольной балки с сосредоточенной и распределенной массой, а также по вибродиагностике изнашивания червячного зацепления. Материалы по каждой лабораторной работе содержат теоретическую и экспериментальную части, а также контрольные вопросы.

Приведены конструкции узлов и деталей машин общепромышленного применения, а также важные справочные данные. Рассмотрены разъемные и неразъемные соединения, передачи зацеплением (зубчатые, червячные, планетарные, волновые, цевочные), валы, подшипники качения и скольжения, муфты, а также вопросы триботехники. Даны рекомендации по выполнению рабочих чертежей типовых деталей машин.

В настоящее время фрезерование является одним из основных рабочих процессов, применяемых при строительстве и ремонте автомобильных дорог. При выполнении технологической операции на рабочем органе возникают резко переменные, случайные нагрузки. Это связано с периодическим характером взаимодействия режущих элементов с обрабатываемым материалом и случайным характером условий и режимов работы агрегата. В статье рассмотрена модель формирования момента сопротивления на фрезе. Представлен случай, когда она состоит из участков, каждый из которых имеет несколько плоскостей резания и различное число ножей, равномерно расположенных в плоскости. В статье предложена аналитическая методика определения взаимных спектральных плотностей моментов сопротивления, формируемых на различных участках, которая позволяет на стадии проектирования рассчитывать спектральную плотность момента на рабочем органе с учетом его конструкции, угловой скорости, случайной изменчивости физико-механических свойств обрабатываемой среды, глубины фрезерования. Вероятностные характеристики нагрузок на фрезе служат исходной информацией для динамического анализа системы привода и конструкции агрегата, его прочностного анализа, выбора оптимальных параметров и режимов работы.

Величины действующих внешних нагрузок и воздействий на мобильную машину зависят от текущего режима движения и его параметров. В статье представлены подходы к имитационному моделированию режимов движения мобильной транспортно-технологической машины. Моделирование включает два этапа. На первом этапе с помощью имитационной модели определяются параметры режимов движения (порядок чередования различных режимов движения, скорости машины, продолжительность режимов) На втором этапе с помощью математической модели динамики исследуются рабочие процессы мобильной транспортно-технологической машины. Результаты моделирования представляют собой совокупность значений параметров движения, а также реализации процесса динамической нагруженности.

В статье рассмотрен вопрос создания параметрической детали в Autodesk Invevtor с применением технологии iLogic. Представлен алгоритм и инструменты создания управляемых 3D-моделей с помощью iLogic на примере проектирования 3D-модели зубчатого колеса. В зависимости от исходных данных, которыми являются передаваемый крутящий момент, передаточное число и допускаемое контактное напряжение, в файле детали Autodesk Inventor проводится проектный и проверочный расчет зубчатого колеса, в результате которого, при каждом изменении исходных данных 3D-модель перестраивается и на экран выводятся ее геометрические параметры и масса. Создан удобный интерфейс диалоговых окон ввода исходных данных и вывода результатов расчета детали. Приведены примеры исследований, проведенных с помощью созданного программного продукта в Autodesk Invevtor с применением iLogic, проведен анализ изменения геометрических и физических параметров зубчатого колеса при различных комбинациях исходных данных, приведены данные о быстродействии созданного программного продукта. Параметризация трехмерных моделей с применением технологии iLogic позволит инженеру в короткие сроки решать различные исследовательские и оптимизационные задачи, создавать библиотеки типовых и стандартных изделий в CAD-программе, получать быстрое перестроение геометрии изделия, которое происходит на основе созданных расчетов внутри CAD-программы.

Известный недостаток пневматических шин, заключающийся в потере их работоспособности при сквозных механических повреждениях, определяет необходимость поиска принципиально новых конструктивных решений автомобильных колёс для повышения безопасности автомобилей и живучести специальной колёсной техники, одним из которых является применение безвоздушных шин из эластичных полимерных материалов. На кафедре машиностроения и транспорта Братского государственного университета созданы экспериментальные образцы колёс с безвоздушными шинами из эластичных полиуретанов отечественного производства для легкового автомобиля малого класса. Теоретическая оценка упругих свойств, несущей способности и силовой неоднородности экспериментальных образцов осуществлялась методом конечных элементов с использованием созданных электронных твёрдотельных геометрических моделей безвоздушных шин, атрибуты которых соответствуют номинальным параметрам физических моделей автомобильных колёс. Для нелинейного статического анализа были приняты нелинейные упругие изотропные модели полиуретановых эластомеров. Результатами расчёта являются характеристики нормальной жёсткости безвоздушных шин и графики колебаний нормальной силы при постоянном нормальном прогибе в разных положениях колёс относительно своих центральных поперечных плоскостей. Результаты теоретических исследований могут быть востребованы изготовителями колёсной техники и тракторов, строительных и дорожных машин, спецавтотранспорта и колёсных планетоходов.

В статье рассматривается задача моделирования рабочих гидродинамических процессов, протекающих в гидроприводах с частотно-дроссельным регулированием механизмов движения тяговых и несуще-тяговых канатов, на всех стадиях работы механизма движения – стадии разгона транспортируемого груза, стадии установившегося (стационарного) движения с постоянной скоростью и стадии торможения при подходе к конечной точке останова. В качестве схемы, реализующей дроссельное регулирование, рассматриваются возможные варианты исполнения гидравлической схемы при последовательной установке регулируемых дросселей относительно гидромотора – односторонняя установка одного дросселя и двухсторонняя установка двух дросселей с одинаковой и различной настройкой. Для решения указанной технической задачи были разработаны математическая модель гидропривода и реализующая ее компьютерная программа. Модель обеспечивает компьютерное моделирование во времени процессов изменения во времени таких основных технических характеристик гидропривода, как давления и объемные расходы рабочей жидкости в характерных точках по длине гидросистемы, перепад давления на гидромоторе и мгновенная мощность гидропривода, а также кинематических и силовых параметров движения тяговых и несуще-тяговых канатов (пройденного расстояния, линейной скорости и ускорения, требуемой мощности, преодолеваемых эксплуатационных нагрузок). Применительно к конкретному варианту мобильного канатного комплекса были проведены расчеты указанных гидродинамических, кинематических и силовых параметров, а также выполнен анализ полученных результатов. Показано влияние различных вариантов схемы установки регулируемых дросселей и их настройки на результаты расчетов.

Уменьшение вибраций оператора дорожных и строительных машин, передающихся человеку-оператору через его кресло, является актуальной задачей, поскольку вибрации оператора отрицательно влияют на процессы его жизнедеятельности, работоспособность и утомляемость, точность выполняемых машиной операций и т.д. Преимуществами для применения в виброзащитных системах обладают механические устройства без использования гидравлических и электрических элементов, как более надежные и долговечные. Среди них могут быть выделены виброзащитные системы с использованием механизмов с перескоком. Механизм с перескоком обеспечивает отрицательную жесткость, когда сила, создаваемая подобным механизмом, сонаправлена отклонению от положения равновесия и возрастает с увеличением этого отклонения. Сочетание подобного механизма с обычной пружиной обеспечивает квазинулевую жёсткость. Согласно разработанным кинематическим схемам трех механизмов, рассмотренных в качестве примера (фермы Мезиса, ромбового механизма и трехточечного механизма), методом прямого вывода составлены аналитические уравнения, связывающие значение отклоняющей силы механизма от перемещения рабочей точки, связанной с креслом и оператором. Полученные аналитические зависимости позволили провести сравнительный анализ статических характеристик трех механизмов с перескоком. Габаритные размеры механизмов и жесткость пружин принимались равными. Приведены графики вертикально направленных сил, создаваемых рассматриваемыми механизмами, в зависимости от вертикального перемещения рабочей точки в диапазоне десяти сантиметров. Численно получены зависимости значений кривизны функций вертикальных сил трех механизмов от вертикального перемещения рабочей точки. Сравнительный анализ показал преимущества ромбового и, в особенности, трехточечного механизмов перед фермой Мезиса в плане обеспечения меньшей кривизны функций отклоняющей силы от перемещений рабочей точки, а также меньшего количества пружин. В ромбовом и трехточечном механизмах используются пружины растяжения вместо пружин сжатия в ферме Мезиса. Наибольшую отклоняющую силу при одинаковой жесткости пружин и одинаковых габаритных размерах механизмов создает трехточечный механизм.

В статье рассмотрен процесс проектирования на раннем (предэскизном) этапе электромеханического привода подъемной платформы, представляющего собой совокупность асинхронного частотно-регулируемого электрического двигателя, двухступенчатого эвольвентного косозубого зубчатого редуктора и рычажного механизма ножничного типа. На предварительном этапе проектирования электромеханического привода подъемной платформы определялась его структура, виды входящих в ее состав двигателей и механизмов, а также основные технические характеристики привода. В частности, определялись параметры рычажного механизма (геометрические и массо-инерционные характеристики), зубчатого редуктора (геометрические параметры, модули, числа зубьев, передаточные числа), осуществлен выбор электродвигателя, проведен расчет кинематических и силовых характеристик, динамическое исследование привода. Предварительное проектирование было осуществлено с использованием программы Mechanic. В результате предпроектного исследования было сформировано схемно-конструктивное решение подъемной платформы и электромеханического привода, определены основные их технические характеристики. В результате было доказано, что использование программы Mechanic может быть эффективно применено на начальных этапах проектирования подъемной платформы и различных подъемно-транспортных механизмов и машин.

В статье раскрывается возможность оценки опасности и рисков колесных автомобильных транспортных средств при использовании в различных климатических условиях на примере эксплуатации в Иране. Приведены результаты анализа климатических и дорожных условий эксплуатации автомобильных транспортных средств. Внимание уделено анализу конструктивной безопасности и аварийности автомобилей, производимых в Иране. Общий подход к оценке безотказности и рисков автомобильных транспортных средств описан с учетом определяющих факторов. Порядок оценки рисков показан на примере тормозной системы широко распространённого в стране легкового автомобиля. Предлагаемая в статье методика анализа и оценки рисков позволяет повысить надёжность и безопасность эксплуатации автомобиля благодаря предупреждению отказов и предотвращению возможных аварий. Организация эксплуатации новых моделей автомобильных транспортных средств и обоснование гарантийных обязательств поставщика с применением предложенного двухэтапного подхода позволяет разработать и внедрить в практику работы автотранспортных предприятий и дилерских компаний систему технических мероприятий, обеспечивающих безаварийную эксплуатацию автотранспортных средств и снижающих расходы на ремонт автомобилей в гарантийный период с учетом региональных особенностей эксплуатации.

В статье рассмотрены устройства для защиты гидравлических систем от аварийных выбросов рабочей жидкости при разгерметизации трубопроводов. Представлена информация о влиянии гидравлического масла, используемого в качестве рабочей жидкости, на окружающую среду. Установлено, что гидравлическое масло, разлившееся на поверхности в результате аварийного выброса при разгерметизации нагнетательных трубопроводов, относится к отходам 3 класса опасности. Период восстановления окружающей среды после вредного воздействия разлившегося гидравлического масла составляет не менее десяти лет и является нарушением экологических и санитарно-эпидемиологических требований. Разработана математическая модель, включающая уравнения расходов гидравлического масла и утечек из поврежденной части нагнетательного трубопровода, объема разлившегося гидравлического масла, интенсивности изменения давления в нагнетательной и сливной магистралях. Представлены результаты численного анализа математической модели о влиянии параметров гидравлической системы на динамику изменения давления в нагнетательной и сливной магистралях с целью поиска информационных параметров для создания устройств, исключающих значительные потери рабочей жидкости. Установлено, что информационным параметром для создания системы защиты гидросистемы от аварийных выбросов гидравлического масла является производная давления.

Вибрационные нагрузки оказывают большое влияние на долговечность автомобиля и его комфортабельность. Необходимость в улучшении виброзащитных систем, проведении тестирования автомобиля на шум и вибрации при его движении и разработке новых методов оптимизации колебаний автомобиля в целом является современной и актуальной задачей автомобилестроения. В статье рассмотрены проблемы вибраций и шума, связанные с интеграцией трансмиссии в состав кузова автомобиля, также определены методы повышения виброзащитных свойств автомобиля путем оптимизации жёсткостных характеристик кузова транспортного средства. Практическое значение исследования заключается в определении передаточной функции, связывающей между собой крутильные колебания трансмиссии и продольные колебания кузова автомобиля и формировании рекомендаций по снижению вибрационных нагрузок, передаваемых на водителя, что позволит на ранних этапах разработки кузова транспортного средства принять оптимальные технические решения. При помощи системы инженерного анализа или совмещенных методологий, процесс для оптимизации виброакустических характеристик транспортного средства должен основываться на системном подходе и оценивать соответствующий компромисс между высоким уровнем безопасности, снижением массы, обеспечением топливной экономичности автомобиля и такими требованиями заказчика, как управляемость и виброакустический комфорт. В статье на основании анализа литературных источников выявлены виброакустические явления, связанные с различными компонентами и подсистемами трансмиссии. Установлены частотные диапазоны и характер проявляемых шумов. Установлено, что чувствительность к акустическим колебаниям кузова определяется передаточной функцией вибрационных нагрузок и шума от элементов крепления на кузов и органы управления транспортного средства. Одним из ключевых показателей эффективности конструкции кузова автомобиля является ее статическая и динамическая жёсткость. Для обеспечения хорошей фильтрации вибрационной нагрузки локальная динамическая жёсткость кузова в зонах установки должна быть в несколько раз выше соответствующей жёсткости резиновых опор, при этом собственные частоты крутильных колебаний кузова не должны совпадать с собственными частотами неподрессоренной массы и частотой колебаний двигателя на холостом ходу.

В статье обосновывается применение ручных ударных машин с линейным электромагнитным приводом для соединения строительной арматуры в стальных цилиндрических втулках. Произведен выбор наиболее подходящей энергии удара для соединения арматуры диаметром 10...14 мм как наиболее часто использующейся в плитах перекрытия и фундаментах зданий. Сравнив усилие на разрыв обжимного и сварного соединения, установлено, что качество таких соединений сопоставимо. С помощью модели системы «оператор – машина – обрабатываемое изделие» выявлены наиболее виброопасные фазы рабочего цикла ударной машины, а с помощью модели машины как колебательной системы установлены частоты, в которых необходимо производить замеры виброускорения. Экспериментально установлено, что уровень вибронагрузки при опрессовке арматуры находится в пределах допустимых значений, однако существует необходимость снижения вибронагрузки на корпус устройства. Результаты исследования показывают, что с помощью ручных ударных машин с энергией удара 50 Дж возможно соединять строительную арматуру диаметром 10...14 мм. При этом необходимо усовершенствование конструкции известных машин для обеспечения вибробезопасности.

В статье рассматривается разработка на стадии проектирования мобильных канатных комплексов методики формирования эффективной технико-экономической стратегии восстановления критически опасных структурных элементов канатной системы во время плановых ремонтов. Методика базируется на прогнозировании кинетики вероятности безотказной работы канатной системы в целом в течение всего срока ее эксплуатации, исходя из прогнозирования безотказной работы тех структурных элементов системы, отказ которых приводит к аварийному нарушению работы мобильного канатного комплекса. Моделирование включает интегрирование системы дифференциальных уравнений Колмогорова-Чепмена, модифицированной в связи с необходимостью дискретного изменения вероятности безотказной работы элементов, подлежащих замене в моменты времени проведения плановых ремонтов. В качестве технико-экономического критерия эффективности стратегии восстановления канатной системы принято условие получения минимально возможной суммарной стоимости ремонтов канатной системы в течение всего срока ее эксплуатации при обеспечении среднего значения вероятности безотказной работы в течение всего срока эксплуатации, нормируемого в техническом задании на проектирование мобильного канатного комплекса. Формирование указанной стратегии включает планирования графиков проведения, числа, моментов времени, объемов и стоимости плановых ремонтно-восстановительных мероприятий канатной системы. Дано описание компьютерной программы, которая реализует разработанную методику восстановления работоспособности канатной системы. Представлены результаты тестового примера расчета применительно к конкретному проектируемому мобильному канатному комплексу.

В статье представлен метод компьютерного моделирования протекания во времени процесса изменения показателей надежности ключевого структурного элемента мобильного канатного комплекса – канатной системы в целом. Метод базируется на разработанной вероятностной математической модели. На стадии проектирования мобильного канатного комплекса она позволяет прогнозировать кинетику показателей надежности при эксплуатации канатной системы как в целом, так и ее отдельных подсистем и конструктивных элементов с учетом сроков и объемов проведения ремонтно-восстановительных работ, а также проводить моделирование эксплуатационной стадии жизненного цикла. Расчет вероятности нахождения канатной системы в возможных сочетаниях ее состояний в произвольный момент времени основан на решении системы линейных дифференциальных уравнений Колмогорова-Чепмена, которая периодически перестраивается в моменты времени проведения плановых ремонтов мобильного канатного комплекса. Представлены результаты тестового примера расчета применительно к конкретному проектируемому мобильному канатному комплексу.

Одной из актуальных проблем транспортной энергетики является удовлетворение требованиям, предъявляемым как к экологическим, так и к технико-экономическим показателям автомобильных двигателей. Поэтому для удовлетворения этим требованиям был предложен новый рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания и разработана новая конструкция электронно-управляемой форсунки двигателя. Одним из существенных требований, предъявляемых к разработанной конструкции электронно-управляемой форсунки, является высокое быстродействие. Поэтому целью настоящей работы является проведение исследований по повышению быстродействия форсунки. С помощью математического моделирования исследовано влияние различных конструктивных параметров на работоспособность и быстродействие форсунки. Приведены и проанализированы результаты численных исследований. В результате определены рациональные значения конструктивных параметров разработанной электронно-управляемой форсунки.

В настоящее время на железных дорогах России наибольшее распространение получили щебнеочистительные машины с баровым рабочим органом для вырезания балласта из-под рельсо-шпальной решетки. Такое положение дел обусловлено тем, что только машины такого типа имеют возможность осуществлять глубокую вырезку балласта (до 1 м глубины и более) в отличие от ранее применявшихся машин. Баровый рабочий орган является основным потребителем мощности при работе машины на перегоне. Основная мощность привода баровой цепи расходуется на вырезание балласта и, в свою очередь, определяется преимущественно расходом мощности на преодоление сил, возникающих в процессе взаимодействия рабочего органа с щебеночным балластом (силы резания). При определении силы резания обычно пользуются формулой Н.Г. Домбровского, что, однако, дает не полностью корректный результат (как показали исследования, проводившиеся в Российском университете транспорта). Из теории резания грунтов известно также, что для режущих периметров с зубьями более корректный результат дает формула А.Н. Зеленина при определении сил резания. Это можно объясняется тем, что формула А.Н. Зеленина учитывает конструктивные особенности режущего органа, в частности, влияние зубьев. Выполненные расчеты показали, что использование формул А.Н. Зеленина взамен формулы Н.Г. Домбровского при оценке силы резания щебеночного балласта является более приемлемым при выполнении проектных расчетов мощности вырезающего устройства.

Основным направлением совершенствования процессов ремонта и текущего содержания пути, снижения затрат времени и труда является максимальная механизация всех путевых работ. На отечественных магистралях используется большой парк путевых машин и механизмов. Однако существующие машины еще не обеспечивают полной механизации всех путевых работ. Значительное место среди таких работ занимают очистка железнодорожных путей от засорителей (уровень механизации составляет 60...65%) и уборка излишков балласта из середины пути. Рабочим органом машин для выполнения этих работ является щеточный подборщик с гибкими лопастями, обеспечивающий уборку засорителей и балласта ниже уровня головки рельса, не повреждая элементов конструкции железнодорожного пути и стрелочных переводов. Благодаря достаточной эластичности лопастей щеточные подборщики не захватывают посторонние предметы оказавшиеся в зоне работы, чем предохраняют от разрушения транспортирующие элементы машин. Как правило, на отечественных машинах гибкие лопасти представляют собой отрезки стального каната диаметром 16...21 мм. Основным недостатком щеточных подборщиков является низкая эффективность из-за усталостного выламывания гибких лопастей в месте выхода из заделки. Известные зарубежные фирмы для изготовления гибких лопастей используют синтетические материалы с внутренним или наружным армированием. Отечественной промышленностью выпускается значительный ассортимент синтетических материалов и изделий на их основе, что делает перспективным направление повышения эффективности щеточных рабочих органов путем изготовления гибких элементов из синтетических материалов и оптимизации параметров подборщика. В настоящей статье рассматриваются результаты натурных испытаний щеточного подборщика машины КПУ-1.

Приведены результаты вероятностного математического моделирования совместной работы приводов многоприводного ленточного конвейера при его полной загрузке, а также при движении без груза. В результате моделирования показана необходимость дополнительного резервирования мощности приводов при проектировании многоприводных ленточных конвейеров. На основе проведенного моделирования установлены закономерности совместной работы приводов ленточного конвейера при наличии случайных отклонений скольжения их электродвигателей, отражающие как специфические условия распределения электро-двигателей между приводами, так и особенности влияния их параметров на картину распределения натяжений грузонесущей и тяговых лент.

В статье рассмотрено влияние параметров привода на характеристики гидравлических устройств ударного действия, отмеченные при анализе результатов математического моделирования. С использованием математического моделирования проведены вычислительные эксперименты и получены диаграммы характеристик гидравлической ударной системы, определяющие динамику её работы с различными типами приводных двигателей (электродвигателем, двигателем внутреннего сгорания, «идеальным» двигателем). Параметры гидравлического устройства ударного действия и настройка предохранительного клапана оставались неизменными. В результате проведенных вычислительных экспериментов получены графики перемещения и скорости бойка, перемещения золотника, давления в камерах рабочего и обратного хода, положения поршня гидроаккумулятора, подача насоса гидравлической станции во времени. Приводится сравнение получивших в настоящее время наибольшее распространение в строительно-дорожных машинах типов привода гидравлических устройств ударного действия (эквивалентных по мощности электродвигателя и дизельного двигателя внутреннего сгорания). Особое внимание уделено взаимосвязи параметров гидравлического устройства ударного действия и его привода. Выводы сделаны на основании зависимостей, полученных в результате вычислительных экспериментов. Проведенные исследования показывают наличие существенного влияния параметров привода на характеристики гидравлических ударных устройств (гидромолотов), и, соответственно, необходимость учета параметров привода при их проектировании и эксплуатации.

Спектр вероятных аварийных сценариев работы эскалаторов может быть проанализирован с помощью вычислительного эксперимента на основе имитационной модели, которая описывает реальные свойства (поведение) объекта в ряде ключевых (опорных) состояний. Опорные точки состояний исследуемого объекта должны однозначно определяться совокупностью граничных условий, например, с помощью измерительных средств. Адекватно настроенная модель позволяет интерполировать промежуточные и, экстраполировать вероятные состояния исследуемого объекта. Подобный подход позволяет отказаться от проведения полномасштабных натурных испытаний с нагружением конструкции до предельного состояния, и тем самым сохранить ресурс по несущей способности конструкции в целом. Цель проведенных исследований состояла в оценке рисков при эксплуатации тоннельных эскалаторов типа ЭТ-2М, оборудованных аварийным тормозом с постоянным моментом, без нагружения элементов конструкции до предельного состояния. Были использованы следующие методы исследований: вибропортретирование с помощью виброизмерительного комплекса; моделирование динамических процессов с использованием специализированных модулей SolidWorks Motion (комплексный кинематический и динамический анализ механизмов) и SolidWorks Simulation программного комплекса SolidWorks. Практическая значимость исследований связана с повышением надежности эксплуатации тоннельных эскалаторов, оборудованных аварийными тормозами с постоянным моментом, путем экстраполяции технического состояния на основе численного эксперимента средствами автоматизированного проектирования.

В данной работе проведено исследование методик расчёта балок с катанием по нижнему поясу как двутаврового, так и коробчатого сечения. По зависимостям, представленным в существующих методиках, выполнен расчет напряжённо-деформированного состояния однобалочных мостовых кранов в точках касания колёс тельфера и пояса балки, имеющих коробчатое сечение с катанием по низу. ран-балки с коробчатым сечением имеют боль ую жёсткость и устойчивость по сравнению с двутавровым сечением, вдобавок позволяют увеличить пролёт, не жертвуя грузоподъёмностью крана. Также в программе SolidWorks Simulation выполнен конечно-элементный анализ напряженно-деформированного состояния балок коробчатого сечения с катанием по нижнему поясу. Главным преимуществом метода конечных элементов является возможность разбиения на конечные элементы области любой формы и, таким образом, возможность расчета полей напряжений и деформаций в реальных деталях с учётом всех их конструктивных особенностей, что обеспечивает высокую точность расчёта. На основании полученных результатов изучены зависимости напряжений от толщины нижнего пояса балки, положения колёс тельфера, построена аппроксимирующая функция, и предложена более простая методика инженерных расчётов, позволяющая сократить количество вычислений.

Перекладка или биение поршня возникает вследствие действия боковой силы в кривошипно-шатунном механизме и приводит к увеличению сил трения и ударных нагрузок в сопряжении с гильзой. В конечном итоге это влияет на работу двигателя, его шумность, вибрацию и вызывает интенсивное изнашивание юбки поршня. Поэтому исследование вопросов, связанных с повышением надежности двигателя транспортно-технологических машин, является актуальной задачей технической эксплуатации.Целью работы является повышение надежности двигателя транспортно-технологических машин путем снижения вибрации при его работе. В статье рассмотрен способ, позволяющий уменьшить ударные нагрузки в сопряжении поршень-цилиндр на малой частоте вращения коленчатого вала при максимальном вращающем моменте, что характерно для основных режимов двигателей транспортно-технологических и дорожно-строительных машина. Предлагается на режимах максимальных нагрузок при минимальной частоте вращения обеспечить величину суммарной силы при прохождении через верхнюю мертвую точку в конце такта сжатия равной нулю. Для того, чтобы сила давления газов в верхней мертвой точке была равной силе инерции поступательно движущихся масс, рекомендуется выполнить тюнинг двигателя по изменению фаз газораспределения на такте сжатия, т.е. увеличить угол запаздывания закрытия впускного клапана. Проведен расчет по определению угла запаздывания закрытия впускного клапана на примере двигателя ЯМЗ-65202.10. Для выполнения равенства силы давления газов и силы инерции в верхней мертвой точке найдена величина реальной степени сжатия двигателя, которая составила 12,5. Далее определѐн угол запаздывания закрытия впускного клапана для данного режима, который по расчету равен 540 поворота коленчатого вала после нижней мертвой точки. Расчетные данные могут являться исходными параметрами для калибровки программы, заложенной в электронный блок управления транспортно-технологической машины.

В настоящее время рынок производства дорожных катков активно развивается. Каждый завод-изготовитель имеет свой опыт производства и использует выработанный подход к проектированию новых моделей техники. Различие в технологиях проектирования приводит к появлению на рынке значительного количества новых моделей дорожных катков. Практические исследования процесса взаимодействия вальца катка с горячей асфальтобетонной смесью показывают, что многие модели с различными конструктивными параметрами оказывают схожее воздействие на уплотняемый материал. Следовательно, необходима разработка универсального подхода к выбору конструктивных параметров катков при их производстве. В работе сделана попытка разработать общую методику установления конструктивных параметров катков. Для этого был осуществлен статистический анализ конструктивных параметров более 260 моделей дорожных катков ведущих фирм-производителей. Результаты анализа представлены в работе в виде номограммы выбора параметров дорожного катка. С учетом полученной номограммы можно провести сравнительный анализ различных по конструктивным параметрам катков по предложенному в работе показателю эффективности. Предложенный алгоритм позволяет рекомендовать конструктивные параметры при проектировании заводами-изготовителями новых моделей дорожных катков. Как следствие, возможно сокращение количества схожих по воздействию моделей катков.

В статье рассматривается структура комплексной математической модели для исследования рабочих процессов и динамической нагруженности мобильных транспортно-перегрузочных канатных комплексов. Она включает в себя отдельные математические подмодели, предназначенные для учета влияния элементов подсистемы на работу системы в целом. В рамках предложенной комплексной модели используются подмодели деформируемого опорного основания, базового шасси, канатной системы, грузовой кабины с подвеской. Учитывается отличия в работе приводных и неприводных базовых станций. Подмодели связаны между собой совместными параметрами, что позволяет учитывать при моделировании наличие обратных связей между подсистемами.

При работе стреловых самоходных кранов на слабонесущих грунтах из-за просадки аутригеров возможен перекос рамы с расположенной на ней поворотной платформой с грузоподъѐмным оборудованием. Это нарушает работу крана, ведет к потере устойчивости и нарушению его безопасной эксплуатации. Обычно используются для обеспечения горизонтирования подкладные щиты под ходовую часть крана, выносные опоры (аутригеры). Возможно также использование автоматизированных систем обеспечения устойчивости кранового оборудования, но они не всегда обеспечивают должный уровень безопасности. Предлагается конструкция устройства обеспечения устойчивости, работающая за счѐт увеличения площади опорной поверхности крана. Рассматривая самоходный кран (транспортное средство) как связанную систему с инерциальной системой отсчета, расположенной в ее центре тяжести в произвольный момент времени, была выявлена физическая природа неравномерности распределения давления под опорами ходового оборудования при начальной установке крана. На основании полученных теоретических зависимостей предложен вариант модернизации самоходного стрелового крана. Практическая реализация модернизированной конструкции позволяет повысить устойчивость крана при работе на слабонесущих грунтах и обеспечить высокий уровень безопасности вследствие снижения удельного давления на грунт.

Конвейерный транспорт широко используется в различных отраслях хозяйства. Весьма распространённым являются конвейеры, предназначенные для перемещения сыпучих грузов при значительных углах транспортирования, так называемые крутонаклонные конвейеры. В то же время, теоретические аспекты их работы изучены относительно мало, что не позволяет опереться на ранее накопленные знания при проектировании новых конструкций крутонаклонных транспортирующих машин. Это приводит к тому, что характеристики конвейера при его проектировании подбираются весьма приблизительно, без тщательного теоретического обсчёта. Это приводит к нерациональному использованию ресурсов, как при возведении новых конвейеров, так и при эксплуатации существующих. В данной статье приведён теоретический расчёт узла загрузки конвейера и поведения груза при загрузке конвейера. Получены формулы для расчёта скорости падения груза на полотно конвейера, а также скорости его скольжения по загрузочному устройству на различных участках в зависимости от его геометрических параметров. Проанализировано влияние геометрических параметров питателя на поведение груза. Приведена математическая модель поведения сыпучей среды.

Статья посвящена исследованию нагружения телескопической стрелы стрелового грузоподъемного крана. В качестве методов исследования используется метод численного эксперимента, проведенного в модуле комплексного динамического и кинематического анализа механизмов SolidWorks Motion, и метод конечных элементов, применяемый в модуле Solid Edge Simulation, основанном на технологии анализа FEA Femap и решателе NX Nastran. Были рассмотрены следующие режимы нагружения телескопического стрелового оборудования: подъем груза, нормированный поворот, внезапная просадка выносной опоры. В результате исследований разработана математическая модель стрелового крана, оснащенного телескопической стрелой, которая идентична по своим характеристикам реальному прототипу; установлены зависимости амплитуд кинематических параметров движения рамы и груза крана от величины просадки аутригера в процессе поворота крана; получен характер нагруженности элементов телескопической стрелы для каждого режима нагружения. Определено напряженно-деформированное состояние телескопической стрелы с учетом взаимодействия секций с боковыми упорами; установлена зависимость наибольших напряжений конструкции от величины просадки выносной опоры; определена значимость влияния вертикальных и горизонтальных внешних и местных нагрузок на нагруженность телескопического стрелового оборудования.

В ходе ремонтных воздействий довольно распространенным методом обработки является точение (растачивание). При этом в ремонтном производстве используется преимущественно устаревшее оборудование и квалификация рабочих-станочников зачастую ниже, чем при изготовлении новых изделий. Существенной проблемой, которая затрудняет обеспечение требуемых параметров качества поверхности, является износ режущего инструмента. Путем повышения эффективности обработки является внедрение активного контроля. Целью работы является разработка технических решений, которые дают возможность оценивать ресурс режущего инструмента в ходе обработки. Экспериментальные исследования выполнялась на токарно-винторезном станке марки 1И611ПФ2. В качестве диагностического признака для оценки износа режущего инструмента использовался акустический сигнал в диапазоне от 6 до 12 кГц, так как в ходе предварительных исследований было установлено, что данный диапазон наиболее чувствителен к изменению режимов обработки. Исследования производились при различных значениях износа режущего инструмента (оценивался шириной фаски износа). Разработана нейро-нечеткая модель оценки ресурса работы режущего инструмента. Использование моделей данного класса дает возможность подстройки под конкретные условия (станок, инструмент и т.д.) и корректно оценивать ресурс работы инструмента. Погрешность модели по тестовой выборке не превышает 10%.

В статье исследована возможность оптимизации геометрии и массы балки исходя из условий обеспечения местной устойчивости. Предмет исследования – коробчатая балка с криволинейными стенками. Данный тип балки не является распространенным, так как он не изучен должным образом, что говорит об его новизне. Однако проведенные исследования и испытания доказывают, что данный тип балки превосходит текущие типы балок по показателям местной устойчивости. Это говорит об актуальности дальнейших исследований и использовании балок с криволинейными стенками в конструкциях, в которых основным аспектом выбора геометрических размеров балки является местная устойчивость. Для оптимизации данного типа балок был проведен численный эксперимент с помощью метода конечных элементов в среде ANSYS. Эксперимент подтвердил возможность геометрической оптимизации с сохранением аналогичных показателей местной устойчивости. Результатами данного исследования являются полученные расчетные формулы. Первая формула необходима для нахождения напряжений потери местной устойчивости коробчатых балок с оптимизированными криволинейными стенками. Данная формула была выведена с помощью аппроксимации результатов численного эксперимента с помощью метода наименьших квадратов в среде MathCAD. Вторая полученная формула необходима для определения выигрыша по массе при использовании оптимизированной геометрии.

Мобильные канатные дороги, оборудование которых размещено на базовых шасси колесных или гусеничных машин высокой грузоподъемности, являются перспективным видом транспортно-перегрузочного оборудования. Специфические конструктивные особенности, режимы и условия их эксплуатации по сравнению с традиционными грузовыми и пассажирскими подвесными канатными дорогами стационарного исполнения требуют разработки специальных методов проектирования и проектных расчетов указанного типа машин. В статье рассматривается задача моделирования рабочих гидродинамических процессов, протекающих в гидроприводах с частотно-дроссельным регулированием механизмов движения тяговых и несуще-тяговых канатов, на всех стадиях работы механизма движения – стадии разгона транспортируемого груза, стадии установившегося (стационарного) движения с постоянной скоростью и стадии торможения при подходе к конечной точке останова. Для решения указанной технической задачи были разработаны математическая модель гидропривода и реализующая ее компьютерная программа. Модель обеспечивает компьютерное моделирование процессов изменения во времени таких основных технических характеристик гидропривода, как давления и объемные расходы рабочей жидкости в характерных точках по длине гидросистемы, перепад давления на гидромоторе и мгновенная мощность гидропривода, а также кинематических и силовых параметров движения тяговых и несуще-тяговых канатов (пройденного расстояния, линейной скорости и ускорения, требуемой мощности, преодолеваемых эксплуатационных нагрузок). Применительно к конкретному варианту мобильного канатного комплекса были проведены расчеты указанных гидродинамических, кинематических и силовых параметров, а также выполнен анализ полученных результатов. Показано влияние настройки регулируемого дросселя на результаты расчетов.

В статье рассмотрена конструкция и особенности работы оригинальной энергоэффективной манипуляционной системы для проведения погрузочно-разгрузочных работ мобильной транспортно-технологической машиной. Ее конструктивной особенностью является замена гидравлического механизма возвратно-поворотного движения наиболее нагруженного звена на механизм возвратно-поступательного движения. Это позволило решить две важные задачи: существенно уменьшить величину эксплуатационной нагрузки, которую необходимо преодолевать силовому гидроцилиндру в процессе перемещения звена манипуляционной системы, а также обеспечить постоянство величины эксплуатационной нагрузки в течение всего времени вертикального перемещения транспортируемого груза. Применительно к конструкции и техническим характеристикам манипуляционной системы реальной мобильной машины был проведен сравнительный анализ энергоэффективности эксплуатации крана-манипулятора рассматриваемой и традиционной конструкции. Результаты анализа показали, что эксплуатация манипуляционной системы предложенной конструкции оказывается заметно более экономичной. Это объясняется снижением мощности гидропривода мобильной машины вследствие использования силового гидроцилиндра меньшего типоразмера, для работы которого требуется меньший объемный расход рабочей жидкости. В частности, для рассмотренной мобильной машины возможное уменьшение мощности насосной установки может составлять более 30%.

Неоднородные мерзлые и прочные грунты значительно сокращают жизненный цикл режущего инструмента траншеекопателей вследствие повышенной динамичности процесса резания и роста контактного давления на площадке износа. В работе представлен подход в определении сопротивлений на площадке износа резцов, позволяющий с необходимой точностью учесть влияние гравийно-галечниковых включений на стойкость резцов. Рассмотрены различные виды взаимодействия резца с гравийно-галечниковыми включениями. Показано, как частота взаимодействия резца с включениями связана с размером этих включений. Приведены результаты экспериментальных исследований по определению давления на площадке износа и коэффициента сопротивления перемещению площадки износа резцов в зависимости от наличия гравийно-галечниковых включений в грунте. Дана оценка сходимости полученных зависимостей с экспериментальными данными.

Экспертиза промышленной безопасности является инструментом управления промышленной безопасностью предприятий, что требует высокого качества исполнения экспертных работ и соответствия экспертных организаций действующим требованиям. В статье проанализированы неблагоприятные факторы и тенденции на рынке экспертных услуг и предложены пути повышения их качества посредством создания рейтинговой системы экспертных организаций, позволяющей в информационной форме охарактеризовать экспертную организацию по основным критериям. Предложенная система позволит структурировать их по степени профессионализма и добросовестности, а также послужит созданию «здоровой» конкуренции и информационной открытости для заказчиков, что в результате отразится на снижении показателей аварийности и несчастных случаев при эксплуатации опасных производственных объектов.

В статье представлены результаты экспериментального исследования зоны контакта тяговой и грузонесущей лент промежуточного ленточного привода ленточного конвейера в поперечной ориентации с использованием тепловизионной съемки. Описаны конструкция экспериментального стенда, условия и последовательность проведения исследования. Установлены закономерности взаимодействия лент, в частности неравномерность их сцепления в зоне контакта по ширине, что выражается в проявлении ряда преимущественных продольно ориентированных зон, расположение которых в поперечной ориентации соответствует точкам контакта сечений лент с ребрами роликов поддерживающих роликоопор. На основе результатов проведенных экспериментальных исследований разработана методика расчета приведенного коэффициента сцепления лент, дополнительно учитывающая кусковатость перемещаемых грузов, в частности возможное опирание прилегающего к ленте слоя частиц груза непосредственно через их кромки. Отражены ограничения в рамках предложенной методики, определяемые типами транспортируемых материалов. Показан пример расчета коэффициента сцепления.

В процессе выполнения технологической операции на рабочем органе дорожной фрезы возникают резко переменные случайные нагрузки. Это связано с периодическим характером взаимодействия режущих элементов с обрабатываемым материалом и случайным характером условий и режимов работы фрезерующего агрегата. В статье предложена модель формирования момента сопротивления на фрезе. Представлен случай, когда она состоит из участков, каждый из которых имеет несколько плоскостей резания с различным числом ножей в плоскости. Предложено рассматривать нагрузку в виде последовательности импульсов, имеющих сложную структуру и случайные параметры. Получены выражения, позволяющие на стадии проектирования рассчитывать математическое ожидание и спектральную плотность момента на рабочем органе с учетом его конструкции, угловой скорости, случайной изменчивости физико-механических свойств обрабатываемой среды, глубины фрезерования. Вероятностные характеристики нагрузок на фрезе служат исходной информацией для динамического анализа системы привода и конструкции агрегата, его прочностного анализа, выбора оптимальных параметров и режимов работы, расчета показателей надежности и технико-экономических показателей с учетом динамических свойств двигателя.

Грузозахватные приспособления применяются при любой грузоподъемной операции и служат для крепления груза к строительной машине, в большинстве случаев, к крюку подъемного крана. От правильного выбора приспособления, его технических характеристик, параметров надёжности, а также грамотной эксплуатации и применения зависит важнейшее качество изделия - безопасность. В статье приведён анализ методов и подходов к оценке риска использования грузозахватных приспособлений при выполнении грузоподъемных операций. Описана задача по конструированию захвата зажимного действия для подъема груза с возможностью поворота из горизонтального положения в вертикальное. Определены опасные ситуации и вероятность ошибки оператора при строповке груза. Рассмотрен практический пример снижения риска эксплуатации грузозахватного приспособления с целью повышения безопасности при его использовании. Объясняется необходимость применения термина «культура безопасности» для всех этапов жизненного цикла грузозахватных приспособлений и указывается на необходимость предварительной подготовки конструкторской и эксплуатационной документации во взаимосвязи с технологическими особенностями или возможностями конкретного производства. Достигнут результат по внедрению в эксплуатацию конструкции захвата зажимного действия для подъема колеса во взаимосвязи с безопасными методами работы, отраженными в паспорте на изделие и в руководстве по эксплуатации. В выводах акцентировано внимание на необходимость расширения полученного опыта на другие виды и типы захватов, необходимости систематизации и обобщения полученного опыта, а также накопления статистических данных.

В статье рассмотрен вопрос влияния твердости материалов зубчатой пары цилиндрической передачи на габаритные, присоединительные размеры и межосевое расстояние одноступенчатого цилиндрического редуктора, выполненного по горизонтальной схеме, с помощью созданного автоматизированного программного комплекса, позволяющего связывать проектные и проверочные расчеты деталей редуктора с его параметрической 3D-моделью. Программный комплекс позволяет проводить целый ряд оптимизационных и исследовательских задач в короткие сроки, исключив ошибки расчетов и переноса данных на 3D-модель при перестроении ее геометрии для множества типоразмеров редукторов, а также прогнозировать и визуализировать размеры изделия в целом и всех его деталей в отдельности практически сразу после получения технического задания. Исследования проведены в диапазоне крутящих моментов на выходном валу от 250 до 500 Нм; передаточных чисел от 4 до 8; частоте вращения входного вала 1500 мин-1, ресурсе работы редуктора 12500 часов. Твердость материла зубчатой пары варьировалась в диапазоне от 160 до 300 НВ. Анализ полученных результатов проведен с исследованием изменения размеров деталей, входящих в состав редуктора. Сделаны выводы о величине изменения межосевых расстояний и габаритных размеров при изменении твердости зубчатой пары на 140 НВ.