Том 12, № 3 (2018)
- Год: 2018
- Статей: 11
- URL: https://journal-vniispk.ru/2074-0530/issue/view/3705
Статьи
Набухание образцов автомобильных резинотехнических изделий в стандартной жидкости, моторном масле и триботехническом компаунде
Аннотация
В работе исследовалось изменение свойств резинотехнических изделий автомобиля под влиянием температур и при работе в агрессивной среде. Испытаниям подвергались образцы протектора радиальной шины (Barum 155/70 R13 75T Brillantis 2) габаритами не более 2×10-2×1.5×-2×5×10-3 [м], пробы уплотнителя (сальник; тип 2108-170342-01) в форме полукруга размером 2.7·10-2×7·10-3×2·10-3 [мм], как исходные, так и состаренные образцы резины. Старение проводилось в потоке воздуха, прокачиваемого принудительно через реактор c помещенной в него резиной. Время тепловой обработки составляло 12-100 часов, температура - 70-150°С. Изменение свойств резины оценивали по параметру изменения массы образцов (исходных и состаренных) после их контакта с жидкостью. Исследовалась стойкость резины к воздействию жидкостей, изучалась кинетика набухания резины. В качестве стандартной жидкости использовался изооктан (2,2,4-триметилпентан). Проводились также опыты с синтетическим моторным маслом (ММ) «GENESIS CLARITECH» 5W-30 и триботехническим составом (триботехническая композиция; ТС) «ACTIVE PLUS» («супротек»). Использование триботехнического состава в качестве испытательной жидкости для резин мотивировалось целью оценить химическую активность «супротека» при его применении в двигателях, работающих в условиях больших нагрузок. Кинематическая вязкость ММ и ТС определялась (в интервале температур от 20°С до 100°С) вискозиметрами ВПЖ-4, плотность (ρ) жидкостей измерялась нефтеденсиметрами. Твердость образцов резины оценивалась посредством измерения сопротивления резины погружению в нее индентора (подпружиненного стержня). В качестве измерителя использовали индикатор часового типа ИЧ-02 (класс точности 0).
Известия МГТУ “МАМИ“. 2018;12(3):2-8
2-8
Разработка несущей системы автомобиля класса родстер с использованием топологической оптимизации
Аннотация
В настоящее время актуальной задачей является снижение массы автомобиля. Это продиктовано повышающимися требованиями к экономичности и динамике автомобиля. С другой стороны, постоянно растущие требования к комфорту и безопасности автомобиля, а также степени автоматизации труда водителя приводят к применению большого количества дополнительных систем, что увеличивает массу автомобиля в целом. Кроме того, применение альтернативных силовых установок приводит к появлению нестандартных компоновочных схем. Также увеличивается количество выпускаемых моделей для удовлетворения всех групп потребителей. Одновременно с этим сокращаются сроки, отводимые на разработку. В данных условиях эффективны методы топологической оптимизации несущей системы на этапе выбора силовой схемы и концепции несущей системы. В статье рассматривается процесс топологической оптимизации несущей системы автомобиля класса родстер. Автомобиль разработан в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Описан процесс разработки компоновки автомобиля, а также проработки посадки при помощи виртуального манекена и посадочного макета. Рассмотрен процесс подготовки пространства проектирования расчетной модели для проведения оптимизации. Приведено описание конечно-элементной модели для проведения оптимизации несущей системы. Рассматриваются две группы расчетных случаев: эксплуатационные и аварийные. Сформулирована оптимизационная задача, задана целевая функция и ограничения. При проведении расчетов используется решатель OptiStruct. Представлены результаты оптимизации несущей системы отдельно для нескольких нагрузочных режимов. Проведен анализ полученной топологии.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2018;12(3):9-14
9-14
Методика определения усилия предварительной затяжки болтов подшипниковых узлов коленчатого вала автомобильных и тракторных двигателей
Аннотация
Повышение удельной мощности автомобильных и тракторных двигателей приводит к повышению нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма. Для обеспечения заданных показателей надежности необходимо дать точный анализ приложенных к кривошипно-шатунному механизму нагрузок. Это относится к таким деталям поршневых двигателей, как шатунные болты или болты крепления коренных подшипников. Рассмотрена применяемая в настоящее время методика расчета усилия предварительной затяжки шатунных болтов или болтов крепления крышек коренных подшипников для обеспечения плотности стыка разъемных резьбовых соединений. Показано, что сначала при затяжке болта происходит сжатие вкладыша на величину его выступания и только затем обеспечивается закрытие стыка между крышкой и кривошипной головкой шатуна. Тем самым уменьшается усилие на обеспечение заданного коэффициента запаса плотности стыка. Проведен расчет усилия для деформации вкладыша на величину его выступания, что обеспечивает прилегание вкладышей при установке их в расточку подшипника. Из расчета видно, что усилие на деформацию вкладыша составляет не менее 30…40 % от значения усилия затяжки, которое обеспечивает плотность стыка между стягиваемыми деталями. Предложена методика определения усилия предварительной затяжки шатунных болтов или болтов крепления коренных подшипников коленчатого вала поршневых двигателей при условии обеспечения заданного запаса плотности стыка как обычного резьбового соединения. Приведен пример расчета усилия затяжки шатунных болтов для дизеля Д-245 при работе его на режиме максимальной частоты вращения холостого хода.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2018;12(3):15-20
15-20
Методика расчета характеристики перистальтического насоса линейного типа с неполным сжатием рабочего органа
Аннотация
Вводная часть работы содержит краткие сведения о существующих перистальтических насосах и областях их применения. Отдельное внимание уделено применению миниатюрных перистальтических насосов с линейно расположенной трубкой. Для таких насосов существует достаточное количество экспериментальных исследований, но весьма ограниченное число работ посвящено моделированию течения в таких насосах. Целью работы является разработка методики расчета характеристики перистальтического насоса с линейно расположенной трубкой и несколькими выжимными элементами, которые сжимают ее в поперечном направлении не полностью, на основе квазистационарной модели и проверка применимости разработанной модели численным моделированием. Квазистационарная модель получена путем составления уравнения Бернулли для мгновенных значений скоростей и давлений для текущих движений выжимного элемента. Для оценки ограничений применимости квазистационарной модели были выполнены численные эксперименты в программе STAR-CCM+ с учетом возможности возникновения кавитации, для чего была использована модель «Эйлеровой многофазности». Численные эксперименты показали, что кавитация имеет место в интервалы времени, когда выжимной элемент насоса возвращается в начальное положение и давление в области сжатия уменьшается. Из сравнения расчетов с разной продолжительностью циклов работы насоса установлено, что кавитация существенна, только если выжимные элементы двигаются слишком быстро и время цикла насоса достаточно мало. Также было установлено, что колебания скорости жидкости внутри насоса наблюдаются при тех же условиях, что и кавитация. Сравнение результатов численного моделирования и расчетов по квазистационарной модели показало, что расчеты дают погрешность в интервалах времени, когда есть одновременное движение выжимных элементов насоса. В результате проведения анализа полученных результатов сделан вывод, что разработанная квазистационарная модель может применяться для расчетов, если вязкость перекачиваемой жидкости не меньше 40 мПа·с и если частота работы насоса достаточно мала, чтобы в насосе не возникали указанные кавитация и колебания скорости.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2018;12(3):21-31
21-31
Сравнение аналитического решения эффективности регенеративного вращающегося теплообменного аппарата с результатами численных расчетов
Аннотация
Статья посвящена теплогидравлическому расчету вращающегося теплообменника газотурбинного двигателя. Более конкретно - целью данной работы является определение погрешности известного аналитического расчета эффективности регенеративного теплообменного аппарата в сравнении с численным расчетом. Выполнены аналитические и численные расчеты вращающегося теплообменника. Основная проблема создания методики аналитического решения процессов, протекающих во вращающихся теплообменных аппаратах, состоит в том, что необходимо решать задачу нестационарной теплопередачи от горячего теплоносителя к холодному теплоносителю через набивку регенератора. Решение любого нестационарного процесса теплопередачи требует знания начальных условий процесса. В качестве начальных условий необходимо использовать неизвестную зависимость поля температур в набивке регенератора на установившемся режиме его работы. Такая зависимость может быть получена только после завершения расчета. В таком случае решение задачи теплопередачи во вращающемся теплообменнике возможно использованием двух методических подходов. Первая из возможностей - это решение последовательными приближениями. Помимо того, что такая методика весьма трудоемка, она позволяет получить только лишь численное решение задачи, возможности анализа ограничены. Вторая возможность - использование одного или нескольких допущений. Такое аналитическое решение получил Степанов Г.Ю. Понятно, что использование в аналитическом анализе или в аналитических расчетах допущений требует оценки точности методики. Оценка точности аналитического решения эффективности вращающегося теплообменного аппарата приведена в предлагаемой работе. Показано, что погрешность аналитического решения эффективности регенератора в зоне высоких значений степени регенерации в сравнении с численными расчетами незначительна. Аналитические решения, предложенные Степановым Г.Ю., доступны и эффективны в процессе создания регенераторов. Особую значимость аналитические расчеты эффективности регенераторов приобретают при записи решений в виде, требуемом теорией подобия. Запись решений в критериальной форме также приведена в работе. Отмечено увеличение погрешности аналитического расчета эффективности регенератора при уменьшении отношения водяных эквивалентов теплопередающей набивки вращающегося теплообменника и теплоносителей (газа и воздуха).
Известия МГТУ “МАМИ“. 2018;12(3):32-39
32-39
Век аэродинамики легковых автомобилей
Аннотация
В статье анализируется изменение во времени значений коэффициента Сх и аэродинамического фактора для легковых автомобилей ведущих фирм. Приводятся расчетные уравнения аэродинамических показателей как для всего массива легковых автомобилей, так и при разбивке их на классы по европейской классификации. В анализе использованы данные аэродинамических показателей основных типов кузовов легковых автомобилей, полученных как при проведении дорожных испытаний, так и при эксперименте в аэродинамических трубах с полномасштабными объектами. Приводится примеры несоответствия аэродинамических показателей и результаты корреляционных исследований легковых автомобилей полученных в разных условиях, в разных аэродинамических трубах и сравнение с дорожными испытаниями. Указываются причины этих несоответствий. Приводятся примеры изменения аэродинамических показателей от времени выпуска поколений некоторых марок автомобилей. Указываются лучшие и худшие автомобили по аэродинамическим показателям для всех шести классов европейской классификации. Новизной является определение закономерности изменения аэродинамических показателей, в частности аэродинамического фактора, для всего периода развития автомобилизации, что требует использования большого массива данных. Также представлены результаты анализа. Результатом анализа является вывод о снижении величины аэродинамического фактора легковых автомобилей для всего времени автомобилизации с изменением внешней формы кузова.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2018;12(3):40-50
40-50
Исследование токсичности дизелей, работающих на биотопливах на основе метилового спирта
Аннотация
В работе обоснована необходимость использования биотоплив на основе метилового спирта в дизельных двигателях. При этом исследованы такие экологичные источники энергии как метанол и метиловый эфир рапсового масла. Представлены физико-химические свойства указанных видов биотоплива. В целях разработки, определения и оптимизации состава экологичных видов биотоплива для дизельных двигателей проведены их испытания при работе на метаноле с метиловым эфиром рапсового масла и метаноло-топливной эмульсии. Экспериментальным путем установлено, что применение экологичного биотоплива в дизелях возможно в виде спирто-топливных эмульсий (метиловый спирт - 25%, моюще-диспергирующая присадка сукцинимид С-5А - 0,5%, вода - 7%, дизельное топливо - 67,5%) и в виде раздельной подачи метилового спирта (88%) и метилового эфира рапсового масла (12%). При использовании метанола как биотоплива для дизелей, можно значительно снизить выбросы сажевых частиц и оксидов азота вследствие того, что при горении спирта в камере сгорания дизеля образуется меньше промежуточных продуктов (по отношению к дизельному топливу), способствующих зарождению ацетиленовых и ароматических углеводородов, которые и приводят к образованию сажи. Метиловый спирт со своей более простой структурой и незначительными размерами молекул является одним из определяющих факторов более «чистого сгорания» топлива. Проведены экспериментальные исследования дизельных двигателей на экологичных видах биотоплива вышеуказанных составов и обосновано перспективное решение улучшения их экологических показателей. При работе дизеля на метаноло-топливной эмульсии происходит снижение содержания в отработавших газах оксидов азота на 41,3%, сажи на 85,5%, диоксида углерода на 6,7%, оксида углерода на 45,0%; при работе на метаноле и метиловом эфире рапсового масла оксидов азота на 47,4%, сажи на 90,4%, оксида углерода на 44,8%.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2018;12(3):51-57
51-57
Investigation of the main factors of the process of ignition of a homogeneous mixture from compression in an ICE
Аннотация
Представлен обзор преимуществ двигателя с воспламенением обедненной гомогенной смеси от сжатия (HCCI), среди которых прежде всего экономические и экологические показатели. Рассмотрены недостатки данного двигателя, препятствующие выходу в серийное производство, основным из которых является сложность обеспечения в камере сгорания условий для самовоспламенения рабочей гомогенной смеси вблизи ВМТ во всем диапазоне режимов работы двигателя. Представлены пути решения проблем управления моментом воспламенения рабочей смеси в камере сгорания, снижения уровня шума и борьба с возникновением ударных нагрузок при увеличении нагрузки, запуска холодного двигателя и совершенствования двигателя с HCCI процессом. К основным можно отнести сочетание распределенного и непосредственного впрыска с использованием изменяемых фаз газораспределения и рециркуляции отработавших газов, совместного использования регулируемого турбонаддува и рециркуляции отработавших газов, изменение подогрева рабочей смеси на впуске в двигатель, внешняя и внутренняя рециркуляция отработавших газов (ОГ) с использованием механизма изменения фаз газораспределения, регулирование химического состава топлива и изменение интенсивности теплообмена и динамики роста температуры в цилиндре в первую очередь за счет изменения температуры днища поршня. Приводятся результаты расчетных исследований влияния различных параметров на процесс воспламенения гомогенной смеси от сжатия. Установлено, что наибольший эффект на процесс гомогенизации топливовоздушной смеси оказывает увеличение температуры поверхности днища поршня. Уменьшение диаметра капель топлива с 0,1 мм до 0,03 мм приводит к росту относительной массы испарившегося топлива в 2 раза. Увеличение температуры топлива на впуске также эффективно увеличивает относительную массу испарившегося топлива.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2018;12(3):58-64
58-64
Цифровой ПИД-регулятор для пневмо- и гидросистем
Аннотация
При разработке технологических систем с пневмо- или гидроприводом требуется применение автоматизированных средств для их управления. В настоящее время широкое распространение получают автоматизированные средства управления, построенные при помощи логических контроллеров, поскольку логический контроллер позволяет решить самые разнообразные задачи с минимальными издержками как по стоимости, так и по затратам времени на разработку системы. Так логический контроллер обеспечивает быстродействие систем с пневмо- или гидроприводом до 1 мс и менее. С применением цифровых автоматизированных средств управления появляются вопросы, связанные с синтезом ПИД-регуляторов и устойчивости систем с пневмо/гидроприводом во временной области. Целью данной работы стало создание и практическая реализация цифрового ПИД-регулятора для управления пневмо/гидросистемой для предоставления практических рекомендаций при его использовании в технике. В статье приведена блок-схема аналоговой и цифровой систем управления с пропорциональным пневмораспределителем. Представлена реализация аналогового и цифрового ПИД-регулятора и оптимизация его параметров по интегральному критерию. Выполнено сравнение аналоговой и цифровой систем с введенным в их состав ПИД-регулятором. Качество данных систем предложено оценивать во временной области по времени переходного процесса и максимальной динамической ошибки. Даны практические рекомендации по определению времени дискретизации цифровых систем с ПИД-регулятором. Показан пример разработанной цифровой автоматической системы управления следящим пневмоприводом, ее структурная схема, общий вид шкафа управления с логическим контроллером и графических интерфейс оператора, позволяющий легко проводить настройку автоматизированного средства управления и контролировать его состояние. Научной новизной представленных в статье результатов стало то, что решена задача исследования динамики пневмо/гидрораспределителя с электроуправлением во временной области при помощи математической модели, в состав которой был включен цифровой ПИД-регулятор, а также, сделано сопоставление результатов моделирования цифровой системы с аналоговой, и даны практические рекомендации по определению времени дискретизации.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2018;12(3):65-75
65-75
О подготовке специалистов в сфере энергетического машиностроения
Аннотация
Задачами данной работы являются: анализ тенденций развития двигателестроения, которое относится к важному направлению энергетического машиностроения, и оценка качества подготовки инженерно-технических кадров в отечественных вузах по условию соответствия их профессиональных знаний современным требованиям. Подчеркивается, что процесс подготовки инженерно-технических кадров в области энергетического машиностроения по специализации «Двигатели внутреннего сгорания» должен постоянно совершенствоваться с учетом бурного развития современного двигателестроения. В этих условиях фактор качественного уровня подготовки специалистов, обладающих необходимыми знаниями в области технологии и разработки высокоэффективных двигателей, приобретает важное государственное значение. Рассмотрены тенденции развития двигателей энергетических установок для транспортных и транспортно-технологических средств. Отмечается, что зарубежные фирмы в процессе проектирования пошли на внедрение инновационных технических решений, связанных со значительным усложнением конструкции двигателей, систем, а также технологии их изготовления. Успешная практическая реализация этих решений стала возможной, в том числе, и благодаря высокому уровню подготовки зарубежных специалистов, обладающих необходимыми знаниями в области технологии и разработки высокоэффективных двигателей. Отмечается, что на фоне достижений в развитии мирового двигателестроения продолжается дальнейшее сокращение производства двигателей отечественного производства. Рассматриваются причины, обуславливающие это сокращение. Анализируется проблема наметившегося снижения уровня вузовской подготовки инженерных кадров в сфере российского энергетического машиностроения. Более того, за последние десятилетия Россия стала испытывать ощутимую потребность в квалифицированных инженерах и технологах, которые были и остаются опорой отечественного производства. Подчеркивается, что все это может привести к утере перспективных технологий в производстве конкурентоспособных отечественных двигателей, и иметь катастрофические последствия для экономики страны и ее обороноспособности.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2018;12(3):76-82
76-82
Метод определения рациональных параметров кинематики систем подрессоривания быстроходных гусеничных машин
Аннотация
Требования, предъявляемые к системам подрессоривания современных быстроходных гусеничных машин, накладывают множество ограничений, вынуждая конструктора зачастую прибегать к нетрадиционным конструктивно-компоновочным решениям. Тенденция повышения энерговооруженности современных и перспективных гусеничных машин, в свою очередь, приводит к росту тепловой нагруженности демпферов, следствием чего становится необходимость использования принудительной системы охлаждения, что вкупе с требованиями к компактности узлов ходовой части еще в большей степени сокращает доступное пространство для размещения компонентов системы подрессоривания. Это обуславливает необходимость нахождения таких конструктивных параметров кинематики системы подрессоривания, которые позволили бы обеспечить исполнение всех предъявляемых требований с учетом имеющихся габаритных ограничений. Метод выбора таких конструктивных параметров представлен в настоящей статье. Данный метод позволяет, используя геометрические размеры, определяющие взаимное положение на машине узлов ходовой части, найти рациональное расположение в пространстве корпуса быстроходной гусеничной машины элементов системы подрессоривания. Это дает возможность параметризировать кинематику узла подвески для типовых конструктивных схем закрепления пневмогидравлических рессор (ПГР) на корпусе машины, то есть дает возможность аналитического определения рационального расположения ПГР для обеспечения наиболее благоприятного силового и кинематического передаточного отношения на этапе проектирования. Приведенные в статье зависимости позволяют оценить возможность реализации той или иной кинематики, а также дают представление о условиях, определяющих наиболее рациональное кинематическое и силовое передаточное отношение для обеспечения минимальных размеров ПГР и благоприятного вида характеристики упругого элемента.
Известия МГТУ “МАМИ“. 2018;12(3):83-91
83-91