Исследование Влияния геометрических параметров вращающегося диска постоянной толщины

На его напряженное состояние

 

Объект исследования: диск малой, постоянной толщины

Результаты, полученные лично автором: получены формулы для определения максимального окружного и радиального напряжения в сплошных дисках и дисках с отверстиями, а так же построен график зависимости максимального напряжений от радиуса отверстия в диске.

 

Распределение напряжений в круглом вращающемся диске имеет большое практическое значение. Если толщина диска мала по сравнению с его диаметром, то ею можно пренебречь. Используя закон сохранения и закон Гука для плоского напряженного состояния получили следующие формулы для сплошного диска:

где σ_r – значение радиального напряжения, σ_Ѳ – значение окружного напряжения и σ_rmax, σ_Ѳmax – максимальные значения напряжений.

Для диска с отверстием эти формулы примут вид:

Максимальное значение окружного напряжения получается при r=0, а максимальное значение радиального при . В соответствии с этим, предыдущие формулы примут вид:

Построим графики зависимости напряжения от радиуса отверстия (рис.1).

Рис. 2. Графики зависимости а) радиального и б) окружного напряжения от радиуса отверстия

Переменные, используемые в формулах: v – коэффициент Пуассона, равный 0.28, ρ – плотность, равная 7700 кг/м³, ω – угловая скорость, равная 1 рад/с, b – радиус диска, равный 1 м, а – радиус отверстия.

Подставив в формулу максимального окружного напряжения значение a →0 и сравнив получившуюся формулу с формулой максимального окружного напряжения для сплошного, можно сделать вывод, что наличие даже самого маленького отверстия приводит к увеличению окружного напряжения в 2 раза.

Материал поступил в редколлегию 05.05.2017

 

УДК 621.86

Д.М. Ястребов

Научный руководитель: доцент кафедры «Механика, динамика и прочность машин», к.т.н. Т.В. Селенская

[email protected]

ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ ГРУЗА

ПРИ РАЗГОНЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ КОНСОЛЬНОГО

ПОВОРОТНОГО КРАНА И ТЕЛЕЖКИ

Объект исследования: поворотный консольный кран на колонне.

Результаты, полученные лично автором: составлены дифференциальные уравнения и выполнен динамический анализ движения крана, тележки и груза при разгоне и установившемся режиме.

 

Рассмотрено вращение консольного поворот­ного крана, вдоль стрелы ко­торого с номинальной скоростью м/с перемещается тележка (таль) массы т, к барабану которой на ка­нате длины м подвешен груз номинальной массы т. Кран приводится в движе­ние электродви­гателем 4АС90LE6 номинальной мощности 1,7 кВт и с номи­нальной частотой вра­щения 930 об/мин; номинальная угловая скорость крана рад/с. Выбор электродвигателя 4АА63А6У3 тележки произведен по требуемой мощ­ности на преодоление сопротивления передвижению тележки при работе с номинальным грузом и к.п.д. редуктора. Номинальная мощность электродвигателя 0,18 кВт, номинальная частота вращения 885 об/мин.

Рассматривается движение крана, тележки и груза как механической си­стемы с четырьмя степенями свободы. В качестве обобщенных координат выбраны: угол поворота крана; текущее расстояние от тележки до оси вращения крана; сферические координаты и груза в подвижной системе координат, жестко связанной с тележкой. При принятом допущении о равенстве переносной скорости груза абсолютной скорости тележки получено выражение кинетической энергии механической системы и с помощью метода обобщенных координат составлены дифференциальные уравнения движения системы.

м

м

Дифференциальные уравнения численно проинтегрированы при заданных начальных условиях методом RADAU5 в среде MathCad с учетом билинейных аппроксимаций механических характеристик двигателей.

Для сравнительной оценки выполнен динамический расчет механической системы с двумя степенями свободы (обобщенные координаты и ).

Рис. Траектория тележки (кривая 1) и проекция траектории груза на неподвижную плоскость (кривая 2)

Анализ полученных результатов показывает, что колебания груза приводят к увеличению максимального ускорения тележки с 0,18 м/c² до 0,39 м/c², что уменьшает коэффициент запаса сцепления ходового колеса тележки с рельсом до значения при допускаемом коэффициенте сцепления [ ]=1,2. При этом для случая работы тележки без груза . Таким образом, заданный запас сцепления колеса тележки с рельсом обеспечен.

Время разгона крана составляет с, что больше минимально допускаемого с. Максимально допускаемое время разгона не должно превышать 10 − 12 секунд. Разгон тележки с номинальным грузом является затухающим процессом, время разгона равно с. Разгон тележки без груза происходит примерно за 1 с. Таким образом, перегрев двигателей крана и тележки исключен.

Угловая скорость крана и скорость тележки в установившемся режиме

с достаточной степенью точности равны номинальным значениям

рад/с и м/с (погрешность составляет соответственно 5,0% и 13,9%).

Груз номинальной массы т, подвешенный на канате длины м, в относительном движении при нулевых начальных условиях совершает малые затухающие колебания, при этом максимальные отклонения груза от положения статического равновесия не превышают 0,067 м, т.е. чрезмерное раскачивание груза исключено.

Характер и интенсивность колебаний груза существенно зависят от его параметров, в частности, от массы и начальных условий. Так, при массе груза т и начальном значении угла рад сферические колебания груза являются затухающими, максимальные отклонения достигают 0,51 м. С уменьшением массы гашение колебаний происходит менее интенсивно.

Практически незатухающие колебания совершает, например, груз массы т при рад, в этом случае максимальное отклонение м (рис.).

Разработанный алгоритм и программа численного анализа динамики консольного поворотного крана позволяет провести проверку соответствия приводных электродвигателей требуемым критериям качества и ввести обоснованные ограничения на основные параметры, влияющие на движение тележки и груза.

Подобного рода анализ целесообразно выполнять применительно к поворотным кранам и иных модификаций, оснащенным асинхронными приводными электродвигателями.

Материал поступил в редколлегию 24.04.2017

ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

УДК 629.4

В.С. Антонов, С.Г. Полунин

Научные руководители: доцент кафедры «Подвижной состав железных дорог», к.т.н. В.И. Воробьев, ассистент кафедры «Подвижной состав железных дорог» Д.А. Бондаренко

[email protected]

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ БУКСОВАНИЯ КОЛЕС
ЛОКОМОТИВА

Объект исследования: трибологическая пара колес-рельс локомотива.

Результаты, полученные лично автором: предложена схема устройства для обнаружения буксования колес локомотива.

 

Конструктивная схема устройства для обнаружения буксования колес локомотива приведена на рис. 1. Предложенное устройство работает следующим образом.

Рис. 1. Конструктивная схема устройства для обнаружения буксования колес локомотива

Цифровые видеокамеры 10 и 11 передают информацию об изображении зоны контакта колес с головками рельс в цифровой накопитель информации 12 (ЦН), где осуществляется хранение информации для обработки и сравнения отдельных кадров изображения. Из накопителя информация поступает в центральный процессор 13 (ЦП), который, на основании этой информации, определяет положение колес относительно рельсов. Блок системы глобального позиционирования 14 (СГП) определяет местоположение локомотива, передавая сведения в процессор, куда передаются сведения из блока данных 15 (БД), и от датчика скорости движения 16 (ДС). Процессор на основе данных о расположении локомотива, характера участка (прямая, кривая, радиус кривой, стрелки), маршрута и скорости определяет положение колесной пары в колее. На основании полученных результатов процессор, исполняет программу моделирования площади контакта колеса 1 и рельса, которая определяет геометрическое положение и площадь контакта. Поскольку суммарная сила трения зависит от фактической площади касания, определяя площадь контакта, процессор определяет расчетную силу трения между колесом и рельсом и отношение ее к силе тяги, заданной системой управления локомотивом. Когда отношение расчетной силы трения между колесом и рельсом к силе тяги, заданной системой управления становится ниже установленного для данного участка пути, процессор 13 подает команду на цифроаналоговый преобразователь 17 (ЦАП), на выходе которого возникает аналоговый сигнал, подаваемый на ключ 18 (К). Ключ открывается и подает ток от источника питания 4 (ИП) на намагничивающую обмотку 3, которая создает с помощью ферромагнитных сердечников 7 магнитный поток в контакте колеса и рельса, приводящий к повышению коэффициента сцепления. При уменьшении площади контакта, определенном по результатам моделирования, команды, подаваемые на ключ, приводят к увеличению тока через обмотку и увеличению магнитного потока в контакте, что ведет к повышению коэффициента сцепления и предотвращению проскальзывания колеса по рельсу.

Материал поступил в редколлегию 25.04.2017

УДК 629.4

Д.В. Брук, О.А. Гашкин

Научный руководитель: доцент кафедры «Подвижной состав железных дорог», к.т.н. А.И. Ивахин

[email protected]

АНАЛИЗ КАСАТЕЛЬНЫХ СИЛ ТЯГИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
СЦЕПНЫХ КАЧЕСТВ ЛОКОМОТИВОВ

Объект исследования: касательные силы тяги тепловоза.

Результаты, полученные лично автором: выполнена оценка влияния постоянного электрического тока на силу тяги локомотивов.

 

Эффективность работы железнодорожного транспорта во многом определяется тяговыми качествами локомотивов, реализация которых зависит от условий взаимодействия ведущих колес локомотива с рельсами, т. е. от процессов, происходящих в зоне их контакта.

С целью изучения влияния постоянного электрического тока на силу тяги локомотивов были проведены испытания грузового магистрального тепловоза 2ТЭ10У, оборудованного макетной системой повышения сцепных свойств, которая обеспечивает прохождение части тока тягового генератора через контакты первой колесной пары с рельсами.

Для регистрации силы тяги первой секции тепловоза было разработано и изготовлено специальное измерительное устройство, помещенное в автосцепки предварительно расцепленных между собой секций. При этом вторая секция тепловоза использовалась в качестве тормозной единицы.

Испытания были проведены при работе опытной секции тепловоза на передней тележке с прямым соединением тягового генератора с электродвигателями по обычной схеме, а также при подаче тока тягового генератора в зоны контакта первой колесной пары с рельсами.

Сравнение осциллограмм работы тепловоза в обычном режиме (рис. 1, а) и при подключенной системе повышения сцепных качеств (рис. 1, б) показало, что увеличение силы тока, подаваемого в зоны контакта колес с рельсами, приводит к росту касательной силы тяги локомотива.

 

а б

Рис. 1. Осциллограммы работы тепловоза

Материал поступил в редколлегию 25.04.2017

УДК 629.4

А.В. Жилин, А.С. Костоглотов, А.И. Сучков

Научные руководители: доцент кафедры «Подвижной состав железных дорог», к.т.н. В.И. Воробьев, ассистент кафедры «Подвижной состав железных дорог» Д.А. Бондаренко

[email protected]