Preview

Научный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"

Расширенный поиск
Том 17, № 1 (2020)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.26518/2071-7296-2020-1

ТРАНСПОРТНОЕ, ГОРНОЕ И СТРОИТЕЛЬНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ

12-21 65
Аннотация

Введение. Возрастной состав магистральных трубопроводов России значительно превышает срок их нормативной эксплуатации, что обусловливает необходимость обеспечения их надежной, безаварийной работы порой в сложных природных условиях. От качества и скорости проведения ремонтных работ зависит своевременная поставка требуемого количества углеводородного сырья в различные районы нашей страны и зарубежья. Скорость проведения капитального ремонта трубопровода, который заключается в замене старых труб на новые, зависит от эффективности всей ремонтной колонны в целом. Основной машиной для проведения земляных работ является одноковшовый гидравлический экскаватор. С его помощью происходит удаление грунта с обеих сторон от трубопровода, но существует проблема выемки грунта под трубопроводом. Существующие решения проблемы обладают высокой сложностью, что только затрудняет процесс ремонта. В связи с этим было разработано рабочее оборудование экскаватора, которое устанавливается после откапывания приямков траншеи.

Материалы и методы. Выполнен обзор и анализ существующих конструкций оборудования для разработки грунта под трубопроводом. Обозначены их ключевые недостатки. Разработана новая конструкция сменного рабочего оборудования одноковшового экскаватора. Проведен расчет основных силовых параметров.

Результаты. Приведено подробное описание конструкции рабочего оборудования одноковшового экскаватора и принципа его работы. На основе силового и гидравлического расчета был выбран гидромотор для привода фрезерной головки.

Обсуждение и заключение. Предложенное техническое решение позволит исключить выемку грунта из-под магистрального трубопровода при помощи шанцевого инструмента или сложных технических устройств. Это значительно повысит эффективность земляных работ и темп проведения ремонта трубопровода работ в целом.

Прозрачность финансовой деятельности: авторы не имеют финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует.

22-31 45
Аннотация

Введение. Проблема повышения эффективности силовых машин ставит первостепенной задачей разработку новой конструкции основных элементов или привода с возможностью широкого применения гибридных приводов. Для сохранения мощностных характеристик привода и его технико-эксплуатационных показателей как альтернатива рассмотрен гибрид с имеющимися электрическими и гидравлическими приводными частями, которые формируют сложный синергетический механизм. Предложенная комбинированная следящая система с указанными параметрами позволяет обеспечить эффективное функционирование привода многих машин.

Методика исследования. В статье представлены результаты аналитического исследования, перспективы развития мехатронных систем в технике и технологических комплексах. Определена отраслевая область с высоким потенциалом развития мехатронных и гибридных приводов. Сформулирована проблема проектирования и развития гибридных приводов, связанная с тем, что отсутствует единый метод обоснования показателей энергоэффективности силового гибридного привода, который обеспечивал бы взаимодействие двух разнородных систем (электропривода и гидропривода с принципиально разными параметрами).

Результаты. Проведен анализ конструкционных, технологических и эксплуатационных параметров систем гибридного привода. Предложена комбинированная следящая система привода.

Заключение. Доказаны и обоснованы обширные возможности применения гибридных приводов как альтернатива пневмо- и гидроприводов. Анализ результатов проведенных исследований позволит конкретизировать направления и перспективы применения гибридных синергетических приводов и систем для функционирования рабочего оборудования, машин и комплексов.

Прозрачность финансовой деятельности: никто из авторов не имеет финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует.

32-43 41
Аннотация

Введение. Чтобы автомобильная дорога была долговечной при минимально необходимых затратах на ее строительство, следует тщательно удалить верхний слой грунта, не затрагивая грунт, расположенный под верхним слоем. Проблема удешевления строительства автодорог без снижения их качества может быть решена путём создания агрегата непрерывного действия для формирования подстилающего слоя. Он удаляет верхний слой грунта с половины подстилающего слоя автомобильной дороги и одного будущего кювета. При движении агрегата ковши отрезают пласт грунта снизу и сбоку. Для этого на каждом ковше установлено нижнее лезвие, правое лезвие и консольное лезвие, частично подрезающее верхний слой грунта снизу для прохода следующего ковша. Лезвие нижнего ножа направлено под углом 10° к планке крепления ковша, лезвие правого ножа и лезвие консольного ножа – под углом 45° к направлению перемещения ковша.

Методика исследования. Для определения скорости цепей и размеров пласта грунта, отрезаемого ковшом, проведён анализ кинематики ковша и выполнены математические преобразования. Для проверки полученных параметров рассмотрен поворот ковша на 90° на ведущей звёздочке нижнего привода. Выявлена схема сил, действующих на грунт, расположенный в ковше, при его повороте на ведущей звёздочке нижнего привода. На основе преобразований системы двух уравнений и неравенства установлено условие недопустимости высыпания грунта из ковша при его повороте на ведущей звёздочке нижнего привода.

Результаты. Используя разработанную методику определения параметров, на основе принятых исходных данных вычислена скорость цепей, к которым присоединены ковши, и ширина пласта грунта, отрезаемого ковшом. Для проверки полученных параметров рассмотрен поворот ковша на 90° на ведущей звёздочке нижнего привода. После подстановки полученных значений параметров в неравенство установлено, что при таких параметрах ковша и ведущей звёздочки нижнего привода грунт не высыплется из ковша при его повороте.

Заключение. Из конструктивной компоновки агрегата для удаления верхнего слоя грунта с подстилающего слоя автодороги получены геометрические параметры ковша. На основе анализа кинематики взаимодействия ковша с грунтом выявлена скорость цепей, к которым присоединены ковши, и ширина пласта грунта, отрезаемого ковшом. Анализ сил, действующих на грунт, расположенный в ковше, в момент поворота ковша на ведущей звёздочке нижнего привода показал рациональность принятых и вычисленных параметров. На основе выявленных параметров можно определить затраты энергии на резание грунта ковшами агрегата для удаления верхнего слоя грунта с подстилающего слоя автодороги.

Прозрачность финансовой деятельности: автор не имеет финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует.

44-56 43
Аннотация

Введение. Контактное взаимодействие сопряженных элементов гидроцилиндра (поршня с гильзой, направляющей втулки с гильзой и штоком) определяют надежность работы гидродвигателя возвратно-поступательного движения. Оценка влияния зазоров сочлененных элементов гидроцилиндра является актуальной задачей ввиду того, что процесс формирования зазоров носит неотвратимый характер, так как трению всегда сопутствуют процессы трибологического изнашивания.

Цель. Настоящая работа посвящена определению и оценке влияния зазоров сопряженных элементов гидроцилиндра на напряженно-деформированное состояние контактирующих тел на примере гидроцилиндра вывешивания грузоподъемного железнодорожного крана Сокол 80.01.

Материалы и методы. В качестве метода исследования используется конечно-элементный метод, реализуемый в модуле Simulation SolidWorks. В качестве критерия пластичности материала применяется критерий Губера–Мизеса. Рассмотрены теоретически возможные пространственные расчетные схемы нагружения в зависимости от типа контактирования сопряженных элементов гидроцилиндра.

Результаты. Приведены эпюры и графические зависимости, представляющие собой трехмерные поверхности, построенные по результатам численных экспериментов. В расчетах учтено совместное деформирование поршня, гильзы, штока, направляющей втулки и опорно-направляющих колец гидроцилиндра. Выполнен анализ полученных эпюр и зависимостей контактного взаимодействия гидроцилиндра для различных вариантов контактирования его элементов. Результаты могут быть использованы для исследования всех типов гидроцилиндров привода рабочего оборудования дорожных, строительных и подъемно-транспортных машин.

Прозрачность финансовой деятельности: автор не имеет финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует.

ТРАНСПОРТ

58-71 31
Аннотация

Введение. Процесс переключения передач под нагрузкой является одним из самых сложных видов переходных процессов в трансмиссиях транспортных, дорожных, строительных машин. В настоящее время существующие методики расчетов не отражают в полной мере особенности взаимодействия двигателя с автоматизированной коробкой перемены передач (КПП) при переключении ступеней под нагрузкой с использованием одновременно более двух фрикционных муфт. В данной статье рассматривается методика расчета динамических характеристик КПП с одновременным использованием как двух, так и четырех фрикционных муфт при переключениях передач под нагрузкой при прямом и реверсном включении. Представлены результаты теоретического исследования динамических характеристик автоматизированной КПП с фрикционным переключением ступеней под нагрузкой без разрыва потока мощности.

Материалы и методы. В основе рассматриваемой методики лежит системный подход к исследованию динамических процессов, основанный на моделировании работы КПП совместно с двигателем внутреннего сгорания. Особенностью методики является учет регуляторных, скоростных и нагрузочных характеристик двигателя, изменений момента сопротивления, темпа нарастания давления во включаемых муфтах как при переключениях на высшую, так и на низшую передачу. Теоретическое моделирование процессов выполнено с использованием пакета MATLab и его приложения Simulink. При помощи основных блоков данного приложения создаы модели физических компонентов: двигатель внутреннего сгорания, фрикционные муфты сцепления, зубчатые редукторы, упругие валы, демпфирующие устройства, а также системы управления силовой передачей трактора.

Результаты. В ходе выполненных исследований получены расчетные данные о характере протекания динамических процессов, изменения оборотов и крутящих моментов на валах КПП, нагрузке на двигатель машины в процессе переключения передач при различных значениях времени начала и окончания процесса включения и выключения фрикционных элементов управления КПП. В работе приведены соответствующие графики.

Обсуждение и заключение. Разработанная методика расчета динамических характеристик КПП позволяет моделировать рабочие процессы при переключениях на высшую и низшую передачу. При этом учитываются как параметры конструкции КПП, так и параметры управляющих воздействий – темп включения фрикционных муфт, временные интервалы перекрытия включаемых и выключаемых муфт. Применительно к рассматриваемой КПП определены значения оптимальных временных управляющих команд фрикционных элементов управления при переключении различных передач в КПП.

Прозрачность финансовой деятельности: никто из авторов не имеет финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует.

72-83 43
Аннотация

Введение. В статье рассматриваются проблемы организации паркирования транспортных средств возле крупных торговых центров, описывается их актуальность с учётом транспортного обслуживания торговых точек и мест проживания. Приведены исследования в данной области ведущих учёных, которые нашли отражение в нормативной документации. Целью этой исследовательской работы является совершенствование нормативно-справочной базы при проектировании парковок, обслуживающих центры массового тяготения.

Материалы и методы. Приведено математическое описание средней продолжительности паркирования и обозначены основные факторы, влияющие на неё. Предложено математическое описание средневзвешенной продолжительности паркирования, учитывающей долю работников рассматриваемого центра массового тяготения. На основании данных о средней продолжительности паркирования с учетом резервирования мест для работников предложена математическая зависимость, позволяющая проводить расчет потребного числа мест для паркирования. Рассмотрена возможность учёта внутричасового дефицита мест для паркирования на основе PHF- фактора.

Результаты. Произведено сравнение полученных значений потребного числа мест для паркирования с нормативными значениями. В исследовании приводится более 30 типов центров массового тяготения и урбанизированных территорий. Рассмотрены примеры оценки потребного числа мест для паркирования возле крупного жилого массива, расположенного на расстоянии 8 км от центра города. Предложена методика оценки потребного числа мест для паркирования на основе относительных нормативных значений, приходящихся на 100 м2 площади центров массового тяготения.

Обсуждение и заключение. Вынесены рекомендации практического применения нормативных значений потребного числа мест для паркирования.

Прозрачность финансовой деятельности: никто из авторов не имеет финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует.

84-97 32
Аннотация

Введение. В процессе эксплуатации автомобилей возникает потребность в качественном ремонте с минимальными затратами времени и ресурсов. Производится постоянный поиск путей снижения затрат на эксплуатацию автомобилей с помощью снижения затрат на покупку оригинальных запасных частей. Один из способов снижения затрат на запасные части – восстановление ресурсоопределяющих дорогостоящих деталей автомобилей. В связи с этим идёт поиск выбора оптимальных способов восстановления деталей машин, которые будут отвечать экономическим и техническим требованиям и у которых ресурс будет не менее новой запасной части. Целью работы является обоснование целесообразности использования при восстановлении деталей машин гальванических покрытий, в частности хромирования.

Материалы и методы. В результате данных исследований проведено обоснование целесообразностии восстановления деталей машин гальваническими покрытиями и представлена методика выбора рационального способа восстановления деталей машин. Установлено, что у большого количества деталей износы находятся в интервале 0,1…0,5 мм, в результате чего может быть использован один из способов восстановления – износостойкими покрытиями электролитического хромирования.

Результаты. В результате оптимизации состава существующего холодного саморегулирующегося электролита появилась возможность расширения диапазона рабочих температур (до 35 о С), при котором возможно получение качественных покрытий с высокой производительностью.

Обсуждение и заключение. На основании полученных результатов исследований можно заключить, что в современных условиях производства и ремонта автомобилей для определённой номенклатуры ресурсоопределяющих деталей возможно использовать один из способов восстановления, а именно хромирование. Но для уменьшения затрат и увеличения производительности хромирования необходимо его усовершенствование путем оптимизации состава электролита и режимов электролиза.

Прозрачность финансовой деятельности: авторы не имеют финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует.

98-109 38
Аннотация

Введение. В статье обоснована актуальность снижения затрат на регулярные пассажирские перевозки и повышение их надежности применительно к городам с градообразующими предприятиями. Раскрыта организационно-технологическая специфика регулярной маршрутной сети городского транспорта в таких городах. Предложен способ организации маршрутов регулярных перевозок, основанный на рациональном сочетании базовых маршрутов, предполагающих посадку и высадку пассажиров только на установленных остановочных пунктах, и резервных маршрутов с посадкой-высадкой пассажиров в любом не запрещенном правилами дорожного движения месте по маршруту движения. Оптимизация маршрутной сети регулярных перевозок пассажиров осуществляется с использованием предложенной экономико-математической модели с учетом затрат на формирование инфраструктуры для организации движения транспорта по резервным маршрутам, эксплуатационных затрат на перевозку, а также затрат на ликвидацию сбоев в работе городского транспорта. Разработанная математическая модель оценки надежности регулярных перевозок пассажиров отличается от известных моделей тем, что учитывает наличие резервных маршрутов в регулярной маршрутной сети. Целесообразность практической реализации предлагаемых рекомендаций доказана на примере маршрутов транспорта общего пользования г. Магнитогорска.

Материалы и методы. Анализ научной и нормативно-правовой литературы, экономико-математическое моделирование транспортных процессов, методы расчета надежности технических и транспортных систем, статистический, системный и технико-экономический анализ.

Результаты:

- обладающие научной новизной: оптимизационная экономико-математическая модель маршрутной сети регулярных перевозок пассажиров в городах с градообразующими предприятиями, математическая модель оценки надежности регулярных перевозок пассажиров;

 - имеющие практическую значимость: практические рекомендации по организации резервных маршрутов регулярных перевозок пассажиров на примере г. Магнитогорска.

Обсуждение и заключение. Реализация теоретических положений, математических моделей и рекомендаций, разработанных в ходе выполненных исследований, позволила получить новые научные результаты и эффект от их внедрения. На примере маршрутной сети г. Магнитогорска обосновано формирование дополнительного объема перевозок 178 тыс. пассажиров в год, увеличение скорости сообщения на 7 км/ч, снижение себестоимости перевозки одного пассажира на 7%, повышение ее надежности в 1,14 раза.

Прозрачность финансовой деятельности: авторы не имеют финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует.

110-120 64
Аннотация

Введение. Расчет эффективных показателей вихревого эжектора, применяемого в системе питания дизеля воздухом, является актуальной задачей, поскольку позволяет существенно уменьшить время на определение рациональных конструктивных параметров на стадии проектирования. Перспективным направлением, позволяющим с высокой физической адекватностью, «из первых принципов», моделировать аэродинамические процессы в вихревых аппаратах, является один из модификаций метода динамики частиц. Цель исследования – моделирование газодинамики в проточной части вихревого эжектора.

Материалы и методы. В статье рассматривается способ имитационного математического моделирования эжектрующего и эжектируемого потоков в вихревом эжекторе. Предложенная модификация метода динамики частиц позволяет с помощью простых законов классической динамики описывать аэродинамические процессы, а при помощи программных средств системы Delphi 7 моделировать их. Приводятся дифференциальные уравнения, которые решаются методом Рунге-Кутта второго порядка. В результате решения определяются траектории движения элементов воздуха в вихревом эжекторе, позволяющие оценить эффективные показатели вихревых аппаратов.

Результаты. Для исследования модели разработана программа с возможностью в окне интерфейса задавать геометрические параметры вихревого эжектора, выводить на экран текущие значения параметров процесса.

Обсуждение и заключение. Предложенная математическая модель и реализующая ее компьютерная программа позволяют количественно оценить эффективность вихревых аппаратов на этапе их проектирования. Преимущество предлагаемой математической модели заключается в более точном расчете параметров вихревого потока от конструкции вихревого эжектора и физических свойств эжектирующего и эжектируемого потоков.

Прозрачность финансовой деятельности: автор не имеет финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует.

СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА

122-135 32
Аннотация

Введение. Статья посвящена особенностям процессов гидратации и твердения полиминеральных композиционных вяжущих. Проведены комплексные исследования процессов гидратации и структурообразования затвердевших композиционных вяжущих с активными минеральными добавками методами рентгенофазового анализа, дифференциальной сканирующей калориметрии и электронной микроскопии. При исследовании на растровом электронном микроскопе Tescan MIRA 3 выявлены различия в микроструктуре затвердевших вяжущих и подтверждены результатами микрозондового исследования. Изучена гидратация композиционного вяжущего, приготовленного на основе портландцемента и минеральных компонентов, исследована динамика тепловыделения системы с момента затворения водой и твердения до 72 ч выраженной связью dQ/dt=f(t) с использованием дифференциального калориметра. Целью работы является изучение особенностей гидратации и твердения полиминеральных композиционных вяжущих для пенобетонов.

Методы и материалы. Экспериментальные исследования проводили в БГТУ им. В.Г. Шухова на кафедре строительного материаловедения, изделий и конструкций, Центре высоких технологий, Испытательном центре «БелГТАСМ-сертис». При этом использовали существующие базовые методы исследования, включая современные физико-химические методы анализов: рентгенофазовый, растровой электронной микроскопии и др. Основные характеристики сырьевых компонентов, композиционных вяжущих и пенобетонов на их основе определяли с применением стандартных методик и требований нормативных документов.

Результаты. На основании проведенных исследований получены результаты, свидетельствующие об особенностях протекания процессов гидратации и твердения полиминеральных композиционных вяжущих, полученных на основе портландцемента и минеральных добавок – опоковидного мергеля и золы-уноса.

Заключение. На основании проведенных исследований установлены особенности протекания процессов гидратации и твердения полиминеральных композиционных вяжущих, заключающиеся в том, что введенный в цемент опоковидный мергель приводит к активизации гидратации в индукционный и ускоренный периоды, увеличению полноты гидратации основных клинкерных минералов, благодаря проявлению пуццолановой реакции и активному связыванию блокирующего портландита, а также большей концентрации накопленных новообразований – гидросиликатов кальция второй генерации.

Прозрачность финансовой деятельности: никто из авторов не имеет финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует.

136-149 36
Аннотация

Введение. Изучение опыта проектирования и строительства балочных мостов с составными бревенчатыми прогонами указывает на возможность увеличения несущей способности этих конструкций и дальнейшего использования их в строительстве мостов на автомобильных дорогах IV и V категорий под нагрузки А-11 и Н-11. Цель данной работы – на реальном примере расчета составного прогона оценить влияние учета продольных сил и изгибающих моментов на величину и распределение сдвигающих усилий в связях сдвига с учетом их допустимой податливости закрепления в древесине и на характер изменения напряженного состояния в стержнях составного прогона.

Материалы и методы. Конструкция составного прогона представлена в виде трех рядов, объединенных посредством стяжных болтов и прокладок четырехъярусных однорядных составных прогонов из окантованных бревен. В основу предлагаемого метода исследования напряженно-деформированного состояния составного прогона с дискретным размещением в швах сосредоточенных связей сдвига принят классический метод сил для стержневых систем, учитывающий взаимодействие продольных сил и изгибающих моментов, возникающих в составляющих прогон стержнях от неизвестных усилий в связях сдвига.

Результаты. Определение единичных перемещений при совместном учете деформаций изгиба и растяжения-сжатия оказывает существенное влияние на перераспределение сдвигающих усилий в сторону увеличения их в приопорных зонах и уменьшения в середине пролета, а следовательно, и на конструкцию соединительных элементов. Характер распределения нормальных напряжений с учетом деформаций растяжения-сжатия свидетельствует о работе стержней прогона на участках между связями сдвига по законам внецентренного сжатия (растяжения).

Заключение. Предлагаемые решения позволяют наиболее точно оценить работу составных прогонов в конструкциях пролетных строений деревянных мостов и возможность их применения в современных условиях.

Прозрачность финансовой деятельности: авторы не имеют финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует.



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


ISSN 2071-7296 (Print)
ISSN 2658-5626 (Online)