2017 год, №4

Содержание выпуска
Методы цифровых дифференциальных анализаторов при реализации геометрической задачи в станках с ЧПУ
Ерохин В.В.
Стр. 5 — 9
В статье рассматриваются методы реализация геометрической задачи в станках с ЧПУ с использованием цифровых дифференциальных анализаторов. Рассмотрены достоинства и недостатки реализации интерполяции в системах ЧПУ различными методами, особое внимание уделено общим методам цифровых дифференциальных анализаторов в реализации интерполяции движения рабочих органов станка. Проанализированы методы интерполяции, в которых для численного интегрирования используется метод Эйлера, основанный на разложении функции в ряд Тейлора с отбрасыванием старших (второй и выше) степеней разложения. Показана математическая формализация построения сложных кривых методами цифровых дифференциальных анализаторов - плоских кривых второго порядка, таких как парабола, гипербола, эллипс.
Оценка усталостной прочности и живучести боковой рамы литой тележки грузового вагона
Лагерев И.А.
Стр. 10 — 16
В работе рассмотрены подходы к исследованию усталостной прочности и живучести боковой рамы 18-100 литой тележки грузового вагона. В последнее время отмечается снижение качества изготовления данных боковых рам и повышение количества дефектов, что приводит к росту числа разрушений, приводящих к авариям. В статье приведены расчетные зависимости коэффициента интенсивности напряжений при различных видах усталостной трещины (поверхностная и сквозная). Разработан алгоритм расчета живучести, предполагающий блочное представление нагруженности рамы по сечению с трещиной, учитывающий эффект торможения роста трещины под действием перегрузок. С использованием предложенных подходов выполнен расчет боковой рамы на усталостную прочность и живучесть. Кроме того, выполнены дополнительные численные расчеты живучести в специализированном программном комплексе. Установлено, что наличие в боковой раме трещиноподобных дефектов с размером более 1 мм недопустимо, так как это резко снижает живучесть конструкции.
Особенности теорий формирования оксидных пленок на поршневых алюминиевых сплавах дизелей при микродуговом оксидировании
Скрябин М.Л., Смехова И.Н.
Стр. 17 — 24
В статье рассмотрен один из перспективных методов поверхностного упрочнения поршневых алюминиевых сплавов - микродуговое оксидирование. Описаны принципиальные отличия микродугового оксидирования от анодирования и подобных электрохимических процессов. Рассмотрены схемы формирования барьерного и наружного слоев поверхностного покрытия в водных электролитах. Показан механизм образования границы раздела. Рассмотрено формирование слоев с большой пористостью и методами воздействия не нее. Также описана экспоненциальная зависимость плотности тока от напряженности электрического поля в поверхностной пленке основного металла. Обоснована роль микроразрядов в формировании оксидных слоев на обрабатываемой поверхности. Предложены и описаны особенности трех основных теорий формирования оксидных пленок на поверхности поршня: физико-геометрической модели Келлера; модели формирования оксидных пленок как коллоидных образований и плазменной теории (теории окисления с образованием плазмы в зоне оксидирования). Раскрыты особенности образования пленок в каждой из моделей. Для модели Келлера пористая оксидная пленка представляет собой плотноупакованные оксидные ячейки, имеющие форму призмы. В их основе лежит гексагональная призма. Эти ячейки имеют нормальную ориентацию к поверхности металла. В центре элементарной ячейки присутствует одна пора, которая представляет собой канал, размер которого определяется составом электролита, химическим составом основного металла и электрическими параметрами процесса оксидирования. В процессе микродугового оксидирования согласно этой модели начало формирования ячеек происходит с образования барьерного слоя, переходящего в пористый слой и, с течением времени, происходит удлинение пор, из-за постоянного травления электролитом. В теории образования оксидных пленок как коллоидных образований выявлено, что образование пор в пленке является следствием их роста. Анодный оксид представляет собой ориентированный электрическим полем гель оксида алюминия коллоидно-полимерной природы. Плазменная теория объясняет большинство вопросов, связанных с появлением характерного свечения при микродуговом оксидировании. Согласно этой теории постоянно существующего барьерного слоя нет - в момент отключения тока происходит его полимеризация из примыкающего непосредственно к аноду тончайшего слоя ионизированного газа. Он постоянно находится в состоянии бурления и обновления, что объясняет большую скорость полимеризации фазового оксида алюминия и разнородность параметров получаемого анодного оксида по толщине. Также в работе приведены основные характеристики, от которых зависит скорость формирования оксидных слоев на поверхности алюминиевых сплавов.
Комплексная математическая модель функциональной эффективности грузоподъемного крана
Гончаров К.А., Денисов И.А.
Стр. 25 — 35
Предложен и обоснован критерий функциональной эффективности грузоподъемного крана в форме комплексной математической модели, включающей модель структурных взаимосвязей укрупненных сборочных единиц, общую для известных конструкций грузоподъемных кранов, модель математического описания функционального взаимодействия укрупненных сборочных единиц грузоподъемных кранов, методику расчета величин критерия функциональной эффективности. Сформулировано понятие функциональной эффективности. На примерах кранов различных типов показаны особенности формирования структурных взаимосвязей укрупненных сборочных единиц их конструкций, приведен пример синтеза соответствующих структурных формул, показано построение математической модели функционального взаимодействия укрупненных сборочных единиц внутри крана с семантической расшифровкой матрицы взаимодействия.
Оптимальное проектирование линии канатного метро c унифицированными промежуточными опорами
Лагерев А.В., Лагерев И.А.
Стр. 36 — 50
Сформулирована и решена задача условной нелинейной технико-экономической оптимизации шага установки промежуточных опор, унифицированных по высоте, при проектировании линий канатного метро в условиях сильно урбанизированной городской среды. Задача оптимизации включает однокритериальную целевую функцию, выражающую стоимость строительства линии канатного метро (суммарную стоимость промежуточных опор, их фундамента, тягового и несущих стальных канатов и технологического оборудования). Указанная целевая функция подлежала минимизации путем нахождения оптимального сочетания шага установки промежуточных опор и усилия натяжения несущих канатов с учетом системы конструктивных, режимных, прочностных и градостроительных ограничений в виде нелинейных неравенств. Оптимизационный алгоритм был построен на основе прямого метода оптимизации типа Хука-Дживса, который был модифицирован с учетом необходимости варьирования высотой промежуточных опор с постоянным шагом, равным шагу унификации. При построении целевой функции были учтены три возможные формы провисания несущих канатов, которые могут быть реализованы для различных значений усилия их натяжения. Выполнен анализ влияния шага унификации и минимального типоразмера промежуточных опор по высоте на величину их оптимального шага в зависимости от конструктивных и стоимостных показателей промежуточных опор, а также на стоимость 1 км линии канатного метро при различных значениях угла продольного уклона поверхности рельефа вдоль линии канатного метро.
Моделирование работы скреперов с толкачом
Нилов В.А.
Стр. 51 — 55
Рассмотрен вопрос об экономико-математическом моделировании рабочего процесса прицепного скрепера, работающего с трактором-толкачом. Моделирование выполнялось на ЭВМ с учетом технических параметров тягача и толкача, грунтовых и дорожных условий, а также стоимости оборудования, капитальных и сменных затрат. Установлено наличие рациональной вместимости ковша скрепера, обеспечивающей максимальную сменную производительность и минимальные приведенные удельные затраты на разработку 1 м грунта. Показано положительное влияние эксплуатации прицепных скреперов с колесными тягачами и необходимость применения догружающих устройств, увеличивающих сцепной вес колесного тягача.
Рациональное агрегатирование тяговых и рабочих машин
Нилов В.А., Федоров Е.В.
Стр. 56 — 61
В работе рассмотрены вопросы рационального агрегатирования тяговых машин (одноосных и двухосных тягачей) с рабочими машинами на примере скреперов. Установлена возможность уменьшения перераспределения вертикальных нагрузок на тягач при разработке грунта и уменьшения металлоемкости базовой детали тяговой машины.
Вероятность возникновения отказов при эксплуатации механизма передвижения грузовой тележки мостового крюкового электрического крана
Ритенман И.Л., Ритенман В.И., Блейшмидт Л.И.
Стр. 62 — 84
Приведено применение методики анализа видов и последствий отказов (FMEA-анализ) для оценки технического риска наступления аварийных ситуаций при эксплуатации механизма передвижения грузовой тележки мостового крюкового электрического крана. Методика позволяет выявить лимитирующие элементы и определить значимость последствий в конструкции механизма передвижения грузовой тележки, разработать мероприятия для снижения риска наступлении аварийной ситуации.
Влияние положения подвесок на трассе конвейера с подвесной лентой и распределенным приводом при нарушении подвода электропитания приводов
Толкачев Е.Н.
Стр. 85 — 93
Статья посвящена актуальному вопросу, связанному с моделированием отказов приводных подвесок конвейера с подвесной лентой и распределенным приводом. Используя разработанную математическую модель отказов ведущих подвесок вследствие разрыва электроцепи, для эталонной конструкции конвейера с подвесной лентой и распределенным приводом выполнено моделирование динамических характеристик. Проведено исследования влияния месторасположения отказавших приводных подвесок на трассе на главные технические характеристики конвейера с подвесной лентой.
Снижение риска столкновения автотранспортных средств
Сухов С.С., Белова Т.И., Растягаев В.И., Филиппов А.А.
Стр. 94 — 100
С целью уточнения методики определения величины тормозного пути для определения максимального замедления автомобиля при торможении всеми колесами автотранспортного средства при использовании дифференциального уравнения движения автомобиля была выведена зависимость, которая точнее характеризует величину тормозного пути. Аппроксимация существующих зависимостей, полученных авторами теоретических и экспериментальных исследований, позволили провести сравнительный анализ результатов определения величины тормозного пути автотранспортного средства в зависимости от скорости его движения перед торможением. Предлагаемая методика позволяет учесть факторы дорожных условий эксплуатации автотранспортного средства, влияющих на риск столкновения и снижения уровней травмирования водителей.
Исследование способа размещения технических станций
Сатторов С.Б.
Стр. 101 — 106
В настоящее время организация перевозок на железнодорожном транспорте связана с переработкой поездов и вагонов в пути следования. Размещение и оснащения технических станций играют основную роль при выполнение организации перевозочного процесса. Бесперебойная работа технических станций обеспечивают стабильность железнодорожного транспорта в целом. Расстояние между техническими станциями определяет продолжительность работы локомотивной бригады, эффективное использования локомотива, необходимое количество локомотивных бригад и локомотивов для выполнения плана перевозок, а также улучшает основные показатели железной дороги. Однако зачастую поездные локомотивы не выполняют свои поставленные задачи из-за нехватки времени локомотивной бригады для того, чтобы доставить поезд до ближайшей технической станции, а также из-за нерационального использования нормативного времени локомотивной бригады. В связи ожиданием доставки вступающую в смену локомотивную бригаду до локомотива увеличиваются простои вагонов на промежуточных станциях. Все это затрудняет управление движение поездов и снижает скорость продвижения вагонов на железнодорожном транспорте. Цель исследования состоит в разработке способа размещение технических станций на железнодорожном полигоне при электровозной тяге. Для достижения поставленной цели потребуется решить следующие задачи: обобщение основных параметров размещения технических станции; определение числа полурейсов между техническими станциями при работе одной локомотивной бригады; поиск необходимого количество смены локомотивной бригады; определение расстояния между техническими станциями. Метод исследования базируется на обобщении и анализе существующих результатов при нахождении рационального размещения технических станций. Выявлено, что в первую очередь для рационального размещения технических станций необходимо определить тяговое плечо локомотива. При определении длины тягового плеча рассмотрены способы использования локомотива по продолжительности рабочего времени одной локомотивной бригадой. Рациональное размещение технических станций по предложенной методике обеспечивает движение поездов с наименьшим числом стоянок для смены локомотивов, локомотивных бригад и осмотра подвижного состава.
Концепция составообразования на сортировочных станциях
Светашев А.А., Солиев А.У.
Стр. 107 — 112
Целью расчета плана формирования поездов по направлениям является расчет среднесуточных затрат вагоно-часов на накопление составов. В статье приведен детальный анализ процесса накопления вагонов на состав в сортировочном парке станции на основе усредненного графика накопления вагонов. Предложены новые зависимости для определения среднесуточных затрат вагоно-часов на накопление. Приведен расчет и определены среднестатистические значения исследуемых величин. Практическая значимость проведенного исследования заключается в детальном рассмотрении процесса накопления вагонов с учетом поступления отдельных групп вагонов, определяющих затраты вагоно-часов на накопление вагонов.