2016 год, №3

Содержание выпуска
КРИТЕРИИ ВЫБОРА ЛЕГИРУЮЩИХ КОМПОНЕНТОВ И БАЗОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕХАНИЧЕСКИ ЛЕГИРОВАННЫХ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛОВ
ЛОВШЕНКО Ф.Г., ЛОВШЕНКО Г.Ф.
Стр. 172 — 182
Представлены результаты исследования, направленного на создание научно обоснованных критериев выбора легирующих компонентов и базовых композиций для производства механически легированных дисперсно-упрочненных металлических материалов. Надежной основой для решения поставленной задачи служат анализ механизмов дисперсного упрочнения, а также закономерности протекания механически активируемых фазовых и структурных превращений. Для эффективного упрочнения как при низких, так и при высоких температурах материалы должны иметь фрагментированную и полигонизированную структуры с максимально развитой поверхностью границ зерен и субзерен, стабилизированные наноразмерными включениями упрочняющих фаз. Экспериментальные исследования показали, что оптимальный комплекс механических свойств достигается при содержании наноразмерной упрочняющей фазы в количестве 3-5 % (объем). Фазы, применяемые для дисперсного упрочнения, должны обладать высоким значением модуля сдвига, определяющим их твердость и прочность. Критическое напряжение не должно вызывать деформации и разрушения дисперсных частиц. Кроме того, они должны иметь высокую стабильность в контакте с матрицей. Вещества, применяемые в качестве легирующих компонентов при реализации разрабатываемой технологии получения дисперсно-упрочненных материалов, должны отвечать, прежде всего, следующим требованиям: быть дешевыми, доступными и экологически безопасными; взаимодействовать с основой или между собой при температурах, ниже температуры плавления материалов; хотя бы одна из фаз, образующихся в процессе реализации технологии, должна обладать большой термодинамической стабильностью и иметь высокое значение модуля сдвига; другие образующиеся фазы должны улучшать или по меньшей мере не снижать физико-механические свойства материалов.
УЛУЧШЕНИЕ КУРСОВОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ТРАКТОРОВ «БЕЛАРУС»
БОЙКОВ В. П., БОБРОВНИК А.И., ДОРОХОВИЧ С.А.
Стр. 183 — 192
Внедрение новых эффективных систем тормозов энергонасыщенных тракторов имеет большое значение для сельскохозяйственного производства. Зарубежные тракторостроительные компании внедряют в тракторы системы тормозов, которые, помимо основной задачи торможения колес, выполняют функции поддержания заданного направления движения. В статье рассмотрены достижения в области электронных систем курсовой устойчивости тракторов. Составлена диаграмма удельного веса энергонасыщенных тракторов в общем объеме экспорта тракторов и машин, выпущенных в Беларуси за 2007-2010 гг. Предложена сравнительная диаграмма скоростей мировых производителей тракторов, которая может служить показателем скорости и курсовой устойчивости тракторов с электронными системами курсовой устойчивости и без них. Произведены анализ различных тормозных механизмов планетарных передач, а также детальное рассмотрение их конструкции. Показана схема лабораторной установки для проведения исследования по использованию планетарной передачи в качестве тормозного механизма при изменении условий заклинивания. Получены графические зависимости силы тока и напряжения от тормозного момента, прилагаемого к планетарной передаче. Энергонасыщенные тракторы «Беларус» класса 5 в настоящее время не имеют раздельного торможения каждого из четырех колес. Поэтому предлагается для реализации данной конструкции за основу рабочего тормоза использовать уже имеющиеся в каждом колесе планетарные редукторы конечной передачи. При такой схеме можно обеспечить внедрение электронных систем курсовой устойчивости. На основе существующих автомобильных электронных систем составлена обобщенная схема электронной системы курсовой устойчивости для трактора, которая сможет обеспечить раздельное торможение всех колес трактора.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ
ОКОВИТЫЙ В.В., ДЕВОЙНО О.Г., ОКОВИТЫЙ В. А., АСТАШИНСКИЙ В.М.
Стр. 193 — 199
Разработана технология формирования теплозащитных покрытий на основе диоксида циркония, исследованы структуры фазового состава и термостойкости таких покрытий. Приведены результаты исследования процесса формирования оксидной системы ZrO2 - Y2О3 методами плазменного напыления и последующей высокоэнергетической обработки, позволяющей повысить стойкость теплозащитного покрытия к термоциклированию при температуре 1100 °С. Это приводит к более длительной защите подложки от воздействий высоких температур. Методика основана на комплексных металлографических, рентгеноструктурных и электронно-микроскопических исследованиях структурных элементов композиционных плазменных покрытий системы ZrO2 - Y2О. Стойкость плазменных покрытий типа Me - Cr - Al - Y/ZrO2 - Y2O3, применяемых в качестве теплозащитных покрытий для защиты лопаток газотурбинных двигателей в условиях частых теплосмен, ограничивается скалыванием внешнего керамического слоя. Структурные и микрорентгеноспектральные исследования показали, что в результате термоциклирования внешняя атмосфера благодаря пористой структуре керамического слоя покрытия проникает к поверхности нижнего металлического покрытия, вызывая его окисление. В результате на границе металл - керамика формируется слой Al2O3, изменяющий напряженное состояние покрытия, что приводит к снижению защитных свойств. Таким образом, высокая термостойкость теплозащитных покрытий зависит от процессов, протекающих на границе между металлическим и керамическим слоями покрытия. Лазерное воздействие на образцы с теплозащитными покрытиями приводит к изменению структуры оксидного слоя ZrO2 - Y2O3. При этом его исходная поверхность, характеризующаяся развитым рельефом, в результате обработки существенно выравнивается и покрытие растрескивается, разделяясь на фрагменты. Так как оксидное покрытие обладает низкой теплопроводностью, а время воздействия лазера порядка 10-3 с, тепловой поток не успевает распространиться на большую глубину. В результате поверхность покрытия приобретает вид застывшего расплава. Покрытие, полученное из порошка ZrO2 - 7 % Y2O3 по разработанной авторами технологии, выдерживает в 1,5 раза больше циклов нагрева - охлаждения, чем подобное покрытие, изготовленное ранее. Предложенный способ позволяет повысить стойкости покрытия к термоциклированию при температуре 1100° С.
КАК УПРАВЛЯТЬ ПЕРЕДАТОЧНЫМ ОТНОШЕНИЕМ ЗУБЧАТОЙ ПЛАНЕТАРНОЙ ПЛАВНО РЕГУЛИРУЕМОЙ ПЕРЕДАЧИ
ДАНЬКОВ А.М.
Стр. 200 — 208
Известные попытки создать зубчатую плавно регулируемую передачу с цельными зубчатыми колесами привели к разработке ряда так называемых адаптивных зубчатых передач. Наиболее конструктивно простой вариант зубчатой плавно регулируемой передачи - планетарная двухколесная передача. Очевидно, что активное регулирование передаточного отношения этой передачи должно основываться на наличии управляемых элементов (параметров) и механизма управления ими. В упомянутой передаче один из управляемых элементов - составное центральное зубчатое колесо - имеет такой управляемый параметр, как условный начальный диаметр. При этом колесо может вращаться или оставаться неподвижным. Другой управляемый элемент - водило - имеет в качестве управляемого параметра собственный радиус и совершает вращательное движение с большой скоростью ведущего элемента. Назначение механизма управления - обеспечить в работающей передаче радиальные перемещения секторов центрального зубчатого колеса и сателлита. В статье описаны его модификации и рассмотрены два варианта передачи управляющего воздействия от его источника к объекту управления: с помощью механических передач (два варианта) и посредством гидравлики.
ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ КОЛЬЦЕВОГО КОНЦЕНТРАТОРА УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СИСТЕМЫ НА КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЙ
СТЕПАНЕНКО Д.А., ЛУГОВОЙ И.В., ЛУГОВОЙ В.П.
Стр. 209 — 215
В статье дано теоретическое обоснование создания концентраторов ультразвуковых колебаний на основе кольцевых упругих элементов с некруглым (эллипсообразным) эксцентричным профилем внутреннего контура. Форма внутреннего контура в полярных координатах описывается рядом Фурье по угловой координате, состоящим из постоянного члена и первой и второй гармоник. С помощью метода конечных элементов исследовано влияние геометрических параметров концентратора на коэффициент усиления и собственные частоты колебаний. Показана возможность управления коэффициентом усиления кольцевых концентраторов путем изменения эксцентриситета внутреннего контура и среднего значения толщины поперечного сечения. Коэффициент усиления удовлетворяет условию K < N , где N - отношение толщин входного и выходного сечений концентратора, и снижается с увеличением порядка моды колебаний. Аналогичное условие выполняется для стержневого конического концентратора, с той разницей, что в случае стержневых концентраторов усиление обеспечивается за счет изменения диаметра, а N представляет собой отношение диаметров. Показано, что изменение формы внутреннего контура позволяет регулировать собственные частоты колебаний концентратора в широком диапазоне без изменения габаритных размеров и существенного изменения коэффициента усиления, что важно для частотного согласования концентратора с ультразвуковой колебательной системой. Преимуществами предложенных концентраторов являются простота конструкции и изготовления, малые габаритные размеры, возможность регулировки собственной частоты колебаний путем изменения статической нагрузки. Разработанные концентраторы могут найти применение в ультразвуковых установках и приборах технологического и медицинского назначения.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА МИНИМИЗАЦИИ РАДИУСА ПОВОРОТА ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА СО СМЕННЫМ ОПОРНО-МАНЕВРОВЫМ УСТРОЙСТВОМ
ЗЕЛЁНЫЙ П.В., ЩЕРБАКОВА О.К.
Стр. 216 — 224
В связи с тем что гладкая пахота оборотными плугами пришла на смену загонным способам обработки почвы, чреватым образованием свальных гребней или развальных борозд, повороты тракторного агрегата с минимальным радиусом, необходимые для обеспечения челночных движений, причем всякий раз в борозде от предшествующего рабочего хода, стали преобладающим видом поворотов. От них напрямую зависят непроизводительные затраты времени смены, составляющие в среднем 10-12 %, а на мелкоконтурных участках с коротким гоном - до 40 %. Большие непроизводительные затраты времени связаны также со стремлением уменьшить ширину разворотных полос по краям поля, и тогда поворот совершают в несколько этапов, прибегая к сложному маневрированию. Поэтому повышение производительности пахотного агрегата за счет минимизации радиуса его поворота и выполнение поворота в один этап за минимально возможное время являются актуальными задачами. При этом следует учитывать, что потенциальные возможности универсально-пропашных тракторов - устоявшихся, проверенных временем конструкций - по уменьшению радиуса поворота практически исчерпаны, и решать этот вопрос целесообразно только за счет дополнительных сменных устройств, обеспечивающих трансформацию колесной формулы трактора в конце гона для переориентации его положения. В итоге повышенное качество пахоты, обеспечиваемое перспективными оборотными плугами, будет сопровождаться не только ростом сменной производительности, но и уменьшением ширины разворотных полос, уменьшением их переуплотнения и истирания ходовыми системами, повышением урожайности. Разработанная конструкция, новизна которой подтверждена патентом на изобретение, в виде дополнительного опорно-маневрового устройства существенно минимизирует все перечисленные недостатки и не потребует изменения серийной конструкции трактора. Проведены исследования на тему «Минимизация радиуса поворота универсально-пропашных тракторов путем трансформации колесной формулы», где представлена математическая модель, в которой отражены все параметры, влияющие на тракторный агрегат с опорно-маневровым устройством на повороте, рассмотрена продольная и поперечная устойчивость.
ОБРАБОТКА ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ ДЕФЕКТОСКОПИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
ГУНДИН А.А., ГУНДИНА М.А., ЧЕШКИН А.Н.
Стр. 225 — 232
Приводятся современные подходы к обработке снимков, полученных промышленным оборудованием. Описаны примеры использования модификации пикселов в малых окрестностях, применения однородной обработки изображения посредством изменения уровня яркости, возможности комбинации нескольких изображений, пороговая обработка изображения. При обработке серии снимков металлической конструкции, содержащей микротрещины, к которой приложено некоторое усилие, определена разность двух таких изображений. Последняя представляет собой контур, выделяющий различие в изображениях. Анализ этого контура позволяет установить первоначальное направление распространения трещины в металле. При обработке изображения, имеющего области средней интенсивности, которые при простой бинаризации пропадают, сливаясь с фоном из-за весьма низкого перепада между краями, определяли пороговое значение бинаризации. Для этого выбирали алгоритм сбалансированного порогового отсечения гистограммы, основанный на следующем: «взвешиваются» две разные доли гистограммы; если одна «перевешивает», то из этой части гистограммы удаляется крайний столбик, и процедура повторяется. При большой величине порога может произойти разрыв контура (пропадают информативные пиксели), при малой - появляются помехи (неинформативные пиксели). Представлена реализация алгоритма нахождения контактных площадок на снимке полупроводникового кристалла. Получены алгоритмы морфологической обработки изображений промышленных образцов, позволяющие найти дефекты на поверхности полупроводников, производить фильтрацию, пороговую бинаризацию, предусматривающую применение алгоритма сбалансированного порогового отсечения гистограммы. Разработанные подходы могут использоваться для выделения контуров на снимках поверхностей продукции машиностроения и подготовки их как изображений промышленных образцов, соответствующих документации предприятия. Это позволяет удалять шум на рентгенограммах без внесения дополнительных искажений в обрабатываемое изображение, выделять дефекты сварных соединений на снимках.
КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ БЕТОННОГО НАПОЛНИТЕЛЯ НА ДИНАМИЧЕСКУЮ ЖЕСТКОСТЬ ПОРТАЛА ТЯЖЕЛОГО СТАНКА
ВАСИЛЕВИЧ Ю.В., ДОВНАР С.С., КАРАБАНЮК И.А.
Стр. 233 — 241
Выполнено виртуальное испытание портального станка методом конечных элементов. Произведен статический, модальный и гармонический анализ портала тяжелого продольно-фрезерного станка. Выяснено влияние бетонного наполнителя на динамическую податливость станка. Особенность моделирования - заполнение бетоном высокорасположенной траверсы. Это нехарактерное решение для станкостроения. Бетон рассматривался как обобщенный материал, в двух вариантах. Установлено, что применение бетона повышает статическую жесткость станка по каждой из координат примерно в три раза. Для этого требуется замыкание контура жесткости путем заливки всех полостей внутри портала. С помощью модального конечно-элементного анализа установлено, что бетон сравнительно слабо (в 1,3-1,4 раза) поднимает частоты резонансных мод. Частота самой нижней моды увеличивается с 30,25 до 42,86 Гц. Выявлены три наиболее активные общестаночные моды - «Клевки портала», «Параллелограмм» и «Клевки траверсы». Для сдерживания последней моды ключевым действием является заполнение бетоном именно траверсы. Для диапазона 0-150 Гц путем гармонического МКЭ-анализа построены амплитудно-частотные характеристики и кривые динамической жесткости шпинделя. Выявлено, что бетон в 2,5-3,5 раза повышает динамическую жесткость станка. Эффект достигается даже на слабо демпфирующем бетоне (2 %). Это происходит из-за распределения потока колебательной энергии как по бетону, так и по чугуну. Поэтому плотность энергии и амплитуды колебаний должны снижаться. Показана допустимость внутреннего усиления наполнителями высоко расположенных деталей станков, например портальных траверс. Утяжеление траверсы компенсируется дополнительной крутильной, сдвиговой и изгибной жесткостями. Станок получает возможность чернового прерывистого резания даже на резонансных частотах. Полная заливка полостей портала бетоном - однозначно положительное действие как для статических, так и для динамических свойств станка.
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦЕНТРА ВРАЩЕНИЯ ВИБРИРУЮЩЕГО ОБЪЕКТА
КАВРИГО И. П., ОСАДЧИЙ И.А.
Стр. 242 — 246
Для вибродиагностики объектов в промышленности широкое применение находят линейные пьезоэлектрические датчики, вихретоковые преобразователи и другие контрольно-измерительные устройства. Способы измерения угловых и линейных колебаний, основанные на использовании таких датчиков, не дают возможности оценки центра вращения либо вершины угла поворота объекта. При вращении ротора могут возникать паразитные колебания, которые в ряде случаев являются следствием дисбаланса. Известные способы измерения угловых и линейных колебаний позволяют обнаружить это явление, но не дают информации для выполнения балансировки данного объекта. Поэтому в статье описывается способ получения мгновенного центра вращения вибрирующего объекта. Это позволяет повысить информативность измерений за счет получения дополнительных данных о положении центра вращения объекта. Такая информация может быть использована для балансировки объекта контроля. Суть данного способа показана на примере пьезоэлектрических датчиков линейных колебаний. На исследуемом объекте закрепляют два трехосевых датчика. Затем выходные сигналы датчиков пересчитывают в угловые колебания объекта (для этого необходимо знать расстояние между датчиками). Далее определяют положения проекций центра вращения объекта в трех ортогональных плоскостях. Мгновенный центр вращения рассчитывают относительно положения одного из датчиков. Рассмотренный способ позволяет одной системой линейных датчиков получить информацию о линейных и угловых колебаниях, а также о положении центра вращения вибрирующего объекта. За счет увеличения количества определяемых параметров перемещения объектов расширяются возможности их диагностики. Также способ позволяет сократить материальные и временные затраты на измерение угловой составляющей колебаний.
ЗАДАЧА О РАСЧЕТЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ, ОБУСЛОВЛЕННОГО ЕДИНИЧНЫМ ДВОЙНИКОМ В ЗЕРНЕ РАЗЛИЧНОЙ ФОРМЫ
ДРОБЫШЕВСКАЯ Т.В., ОСТРИКОВ О.М.
Стр. 247 — 260
Изучено напряженно-деформированное состояние в зерне поликристалла, обусловленное наличием в его теле единичного микродвойника в случае различной формы зеренных границ. Разработана методика расчета полей смещений и напряжений для указанного напряженно-деформированного состояния для зерна в форме многоугольника. Выявлены узловые точки в зерне поликристалла, имеющие максимальные напряжения, способствующие зарождению разрушения. Целью данной работы стало изучение напряженно-деформированного состояния, обусловленного единичным микродвойником в зерне поликристалла и формой зеренных границ. Рассмотрены зерна поликристалла, имеющие форму правильного многоугольника и содержащие в своем теле единичный клиновидный двойник. Границы зерен поликристалла представлены в виде стенок полных дислокаций. Рассматриваемые зерна расположены вдали от поверхности двойникующегося материала. Разработанная методика расчета смещений и напряжений, создаваемых клиновидным двойником, основана на использовании принципа суперпозиции. Расчеты компонент тензора напряжений проведены для железа (Fe). Представленные результаты расчета полей напряжений указывают на правомерность использованной дислокационной модели. На полученных распределениях полей напряжений четко просматриваются как двойниковые, так и зеренные границы, являющиеся концентраторами напряжений. Максимальные нормальные напряжения наблюдаются на двойниковых границах; максимальные скалывающие напряжения σxу локализованы в узловых точках двойника; скалывающие напряжения σzy и σxz максимальны на зеренных границах. В результате проведенного исследования изучено напряженно-деформированное состояние, обусловленное единичным клиновидным микродвойником в зерне поликристалла и формой зеренных границ. Выявлены области концентрации напряжений в зерне поликристалла при наличии остаточного механического клиновидного двойника. Разработан метод оценки данного состояния.