№ 4 (188), 2023
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК
МАШИНОСТРОЕНИЕ
|
К. Л. Панчук, Т. М. Мясоедова Поверхность нелинейного вращения DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-5-12 В работе рассмотрена геометрическая схема, математическая модель и алгоритм формообразования поверхности нелинейного вращения. Известно, что в евклидовой геометрии и механике преобразование вращения является линейным, при этом расстояние и угол являются его инвариантами. Авторами предложена геометрическая схема нелинейного вращения, в которой осью вращения служит гладкая пространственная кривая, а объектом вращения является также гладкая линия. Доказаны несколько предложений, лемма и теорема, которые позволяют формировать исходные данные в задаче нелинейного вращения, решением которой являются параметрические уравнения гладких поверхностей. Результаты исследований позволяют расширить многообразие циклических поверхностей в существующей классификации аналитических поверхностей. Они также могут быть полезными при создании САПР, в которых предусматривается проектирование поверхностных форм изделий машиностроения, строительства, архитектуры и других практических областей, на основе циклических поверхностей. Ключевые слова: гладкая кривая, подвижный трехгранник, поверхность нелинейного вращения, алгоритм формообразования, циклическая поверхность. |
5–12 |
|
Е. В. Попов, И. Н. Шоркина Автоматизация моделирования поверхности судового корпуса DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-13-21 В статье представлен модифицированный алгоритм автоматизированного формирования геометрической модели поверхности судового корпуса. Показано, что использование разработанного алгоритма построения NURBS-поверхностей позволяет в несколько раз снизить трудоемкость проведения работ по сравнению с использованием ручного труда при моделировании поверхностей в стандартных судостроительных системах моделирования типа SeaSolution, Rhino и других. Кроме того, актуальность данного исследования существенно возрастает в условиях зарубежного санкционного давления в плане импортозамещения. На основе данного алгоритма создано программное приложение, реализованное с использованием языков HTML5, JavaScript. Приложение позволяет решать задачи создания и отображения трехмерных моделей судовых поверхностей в стандартном интернет-браузере. Программа позволяет оперативно анализировать варианты геометрии модели корпуса судна путем корректировки исходных данных, что существенно повышает производительность труда конструктора. Предусмотрен экспорт сформированной NURBS-поверхности для использования в других системах проектирования, в том числе для моделирования конструкций корпуса судна, проведения расчетов остойчивости, раскроя обшивки и решения других задач. Ключевые слова: кривая NURBS, поверхность NURBS, поверхность корпуса судна, геометрическая модель, языки программирования JavaScript, HTML5. |
13–21 |
|
Ф. Н. Притыкин, И. С. Кузнецов Геометрическое моделирование процесса выполнения работ по копанию приямков траншеи при ремонте трубопровода DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-22-28 При выполнении работ по ремонту трубопровода основной машиной, предназначенной для копания приямков траншеи, является одноковшовый экскаватор. В настоящее время при выполнении копания приямков используется два экскаватора, которые движутся вдоль трубопровода по параллельным направлениям. В целях повышения эффективности копания приямков необходимо проверить, возможно ли осуществлять копание приямков при помощи лишь одного экскаватора, расположенного по середине трубопровода, а так же осуществлять отсыпание грунта в отвал, расположенный с обеих сторон от линии движения экскаватора. Рассмотрены случаи, когда копание приямков выполняется не модернизированным одноковшовым экскаватором, экскаватором с возможностью поворота секции стрелы и экскаватора с возможностью поворота ковша. Так же рассмотрен полный цикл процесса откапывания приямка с отсыпанием грунта в отвал. На основе проведенных исследований разработан алгоритм автоматизированного управления движением ковша экскаватора при копании приямков траншеи. Приведены результаты компьютерного моделирования движения манипулятора экскаватора при выполнении копания приямков траншеи. Ключевые слова: синтез движения, механизм манипулятора экскаватора, геометрическое моделирование, ремонт трубопровода, компьютерное моделирование движений, выходное звено |
22–28 |
|
С. И. Ротков, Е. В. Конопацкий, К. Л. Панчук Проблема сокращения кафедр геометро-графической подготовки в университетах России DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-29-37 В статье авторы подняли проблему сокращения в университетах России кафедр геометро-графической подготовки, которое за последние 16 лет составило около 1/3. Рассмотрены причины сложившейся ситуации, среди которых следует выделить нехватку высококвалифицированных кадров высшей квалификации, способных возглавить научные школы по профилю кафедр геометро-графической подготовки. Необходимо активизировать работу кафедр геометро-графической подготовки по подготовке научно-педагогических кадров высшей квалификации в аспирантуре и докторантуре. Предлагается закрепить на уровне государственного стандарта для инженерных специальностей необходимую трудоёмкость и более жесткие требования к кадровым условиям реализации основной профессиональной образовательной программы в отношении дисциплин геометро-графической подготовки студентов. Ключевые слова: проблема, кафедра, геометро-графическая подготовка, университет, подготовка кадров. |
29–37 |
|
В. Н. Сызранцев, А. И. Стариков Синтез адаптивной цилиндрической передачи с арочными зубьями с двумя зонами контакта DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-38-45 Цилиндрические передачи с арочными зубьями обладают требуемой работоспособностью в условиях, как нежестких корпусов машин, так и неизбежных погрешностей изготовления и сборки. Компенсация погрешностей осуществляется путем самоустановки колес, возможности которой в передачах с одной линией зацепления ограничены. В статье исследуется адаптивная передача с арочными зубьями с двумя зонами контакта, обеспечивающая самоустановку колес независимо от величины угла перекоса зубьев в зацеплении. Рассмотрен наиболее перспективный, в плане реализации в промышленности, способ нарезания арочных зубьев круговой резцовой головкой методом обката с единичным делением на станках ЧПУ. Решены и проиллюстрированы на примерах задачи расчета параметров процесса формообразования поверхностей арочных зубьев, обеспечивающих в зацеплении зубьев прохождение двух активных действующих линий через заданные центры пятен контакта и требуемый для реализации приближенного характера зацепления закон изменения передаточной функции. Ключевые слова: цилиндрическая передача, арочные зубья, две зоны контакта, синтез геометрии, адаптивная передача, передаточная функция. |
38–45 |
|
В. Ю. Соломин, С. В. Белькова, В. Ю. Соломин Подбор пылеочистительного оборудования типа циклон для металлообрабатывающих производств при помощи Метода анализа иерархий DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-46-52 Металлообрабатывающее производство является одним из основополагающих промышленных производств и образование при технологических процессах металлической и сопутствующей пыли требует внедрения систем ее отчистки. Выбор пылеулавливающих агрегатов из тривиального превращается в многокритериальную задачу и требует внедрения методов ее проведения. В данной статье рассматривается метод подбора пылеочистительного оборудования на примере пыли от шлифовальных станков на основе метода анализа иерархий. Ключевые слова: отчистка пыли, металлорежущие производства, метод анализа иерархий, подбор пылеуловителя циклонного типа, параметры пылеуловителя, локальные векторы критериев, вектор глобальных приоритетов. |
46–52 |
|
М. О. Шальнев, Я. В. Денисова, А. Ф. Батталов Повышение экономической эффективности работы ООО «Газпром трансгаз Казань» при эксплуатации подогревателей газа на газораспределительной станции DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-53-59 В данной статье рассматривается один из способов повышения экономической эффективности работ Общества с ограниченной ответственностью «Газпром трансгаз Казань» (ООО «Газпром трансгаз Казань») при эксплуатации подогревателей газа на газораспределительной станции путем замены блока подогрева газа. Описаны преимущества оборудования «ИСТОК-60» перед ПТПГ-30, приведен расчет экономического эффекта от внедрения нового оборудования. Объектом исследования является процесс эксплуатации подогревателей газа на газораспределительной станции ООО «Газпром трансгаз Казань», предметом – способ повышения экономической эффективности работы подогревателей газа. В результате проведенного исследования доказана целесообразность замены старого оборудования на новое и рассчитан экономический эффект. Также в статье поднимаются вопросы возможности использования концепции «Бережливое производство» в процессе газораспределения. В качестве основного предложен один из методов бережливого производства – SMED. Ключевые слова: газораспределительная станция, блок подогрева газа, пульсирующее горение, бережливое производство, потери, экономический эффект. |
53–59 |
ЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
|
А. В. Кашуба, А. В. Шевкунова Построение алгоритма управления с целью повышения энергоэффективности вентильно-индукторного электродвигателя DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-60-69 Рассмотрен энергоэффективный вентильно-индукторный электропривод применительно к электрического подвижному составу. Он полностью удовлетворяет таким требованиям как хорошие регулировочные свойства, высокая энергоэффективность и эксплуатационная надежность. Научная и техническая ценность результатов работы заключается в разработке алгоритма управления тяговым вентильно-индукторным двигателем, обеспечивающим снижение действующего тока при обеспечении необходимой мощности. Расчеты были произведены посредством специализированных взаимодействующих друг с другом программ FEMM и MATLAB. Материалы данного исследования представляют практическую ценность для повышения эксплуатационных и технико-экономических показателей электроподвижного состава. Ключевые слова: вентильно-индукторный электродвигатель, алгоритм, угол управления, оптимальность, тепловые потери, форма тока, электромагнитный момент. |
60–69 |
|
Е. Е. Мирошниченко Высоконадежный вентильно-индукторный двигатель для системы тягового электропривода железнодорожного подвижного состава DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-70-76 Создание условий для применения вентильно-индукторного двигателя в системе тягового электропривода подвижного состава железных дорог за счет повышения надежности работы его подшипников служит основной целью данной научной статьи. Разработка алгоритма, позволяющего проводить расчеты характеристик тягового вентильно-индукторного двигателя на этапах конструирования и производства, учитывающего силы одностороннего магнитного притяжения является основной задачей исследований. Изучены силы одностороннего магнитного притяжения, возникающие в воздушном зазоре электродвигателя при двух видах его неравномерности. Отличительная особенность статьи состоит в предложении об ограничении величины силы одностороннего магнитного притяжения величиной силы при предельно допустимом остаточном дисбалансе. По итогам работы получен алгоритм определения характеристик тягового вентильно-индукторного двигателя уникальный в своем роде, позволяющий снизить влияние сил одностороннего магнитного притяжения на подшипники. Заключено, что использование вентильно-индукторного двигателя с длительным сроком службы подшипников в системе тягового электропривода создаст предпосылки для получения нового конкурентоспособного железнодорожного подвижного состава. Ключевые слова: железнодорожный подвижной состав, тяговый вентильно-индукторный электродвигатель, сила одностороннего электромагнитного притяжения, сила дисбаланса, подшипники, надежность. |
70–76 |
|
О. В. Тарасенко, Ю. В. Креселюк, М. Н. Ивлев Исследование зависимости градиента магнитного поля от параметров упрочненного слоя стали при импульсном магнитном методе неразрушающего контроля DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-77-83 Дается оценка влияния параметров контролируемой детали магнитным методом неразрушающего контроля на градиент напряженности магнитного поля измерительного преобразователя. Приведена упрощенная конструкция импульсного градиентометрического преобразователя, указаны его параметры для проведения экспериментов. Рассмотрена математическая модель расчета выходного сигнала феррозонда градиентометра, применяемая для получения выходных данных. Исследованы зависимости градиента напряженности магнитного поля от расстояния между датчиком и плоскостью контролируемой детали, от коэрцитивной силы и толщины упрочненного слоя, а также от толщины контролируемой детали. Получены выводы на основании проведенного эксперимента. Ключевые слова: градиент магнитного поля, напряженность, феррозонд, виброударное упрочнение, неразрушающий контроль, коэрцитивная сила. |
77–83 |
|
Е. В. Петрова, С. С. Гиршин, В. А. Криволапов, В. Н. Горюнов, В. М. Троценко Анализ длительно допустимых токов и потерь активной мощности в воздушных линиях электропередачи с учетом климатических факторов DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-84-92 Представлены формулы для расчета длительно допустимых токов и потерь активной мощности для воздушных линий электропередачи в условиях естественной и вынужденной конвекции для изолированных и неизолированных проводников. Корректное определение максимальных токовых нагрузок играет важную роль в эффективном использовании нагрузочной способности линий электропередачи, а уточнение расчета потерь активной мощности является основой для повышения экономичности передачи энергии. Полученные результаты могут быть использованы при выборе мероприятий, направленных на увеличение пропускной способности воздушных линий и снижение потерь энергии. Ключевые слова: воздушные линии электропередачи, температура провода, уравнение теплового баланса, потери активной мощности, температурная зависимость сопротивления, длительно допустимый ток. |
84–92 |
|
В. М. Троценко Анализ температуры и сравнение потерь активной мощности в нестационарном и стационарном тепловом режиме воздушных линий электропередачи DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-93-99 В статье рассмотрено распределение температуры с повышенными токами в нестационарном тепловом режиме воздушных линий электропередачи. Построено распределение температуры по длине линии для проводов марок АС-240/32 и G(Z)TACSR 240. Построены зависимости температуры от времени. Практическая ценность рассматриваемой в статье математической модели заключается в определении максимальных температур воздушных линий разных сечений в нормальном или послеаварийном режиме провода. Проведен сравнительный анализ потерь активной мощности в стационарном тепловом режиме с учетом и без учета осевой передачи тепла. Сравнение показало, что учет осевой передачи тепла уточняет потери активной мощности, что позволяет с большей точностью ввести мероприятия по уменьшению этих потерь. Ключевые слова: потери мощности, неизолированный провод, нестационарный тепловой режим, стационарный тепловой режим, температура провода, уравнение теплопроводности, осевая передача тепла, метод конечных разностей. |
93–99 |
|
А. О. Парамзин Разработка способа селективного определения линии с однофазным замыканием на землю для промышленных сетей 6–35 кВ с изолированной нейтралью при преобладании несинусоидальной нагрузки DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-100-108 В данной работе представлен способ определения отходящей линии с однофазным замыканием землю для сетей 6–35 кВ с преобладанием несинусоидальных нагрузок. В работе поднимается актуальность вопроса применения математического аппарата вейвлет-преобразования применительно к традиционным методам определения места повреждения. Применение вейвлет-аппарата особенно актуально в задачах декомпозиции несинусоидального сигнала тока отходящих линий, обусловленного наличием в нагрузках современных предприятий нефтедобывающего сектора ХМАО-Югры нелинейных потребителей. Предлагается модернизация существующих алгоритмов относительного замера уровня высших гармоник в параметрах аварийного режима. Предложенный метод позволяет определить отходящую линию по суммарной энергии спектра высших гармоник для различных конфигураций сети. Ключевые слова: однофазные замыкания на землю, вейвлет-преобразование, декомпозиция сигнала, энергия спектра, высшие гармоники. |
100–108 |
|
В. А. Ткаченко Разработка метода определения структуры минисети с учетом оптимальных маршрутов линий электропередачи на территории с резко неоднородным ландшафтом DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-109-116 В данной работе представлен метод определения оптимальной структуры изолированной электрической сети с учетом географических особенностей области, на которой она располагается. Отличительной особенностью метода является снятие ограничения с количества искомых равнозначных трасс линий электропередачи, с последующей фильтрацией трасс с учётом технологических и технических ограничений. Таким образом, полученный метод можно использовать для организации микрогрид в удаленных от Единой национальной (общероссийской) энергетической сети районах с распределенной генерацией и нагрузкой. Ключевые слова: децентрализованное электроснабжение, минигрид, микрогрид, оптимальная структура сети, трассировка линий электропередачи. |
109–116 |
ЭЛЕКТРОНИКА, ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬ
|
Е. А. Абидова, В. И. Ратушный Регистрация и обработка сигналов в измерительном комплексе контроля протечек трубопроводной арматуры атомной электростанции DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-117-124 Статья посвящена проблеме идентификации негерметичности трубопроводной арматуры. Описывается измерительный комплекс контроля протечек. В отличие от принятого в практике органолептического подхода предлагается автоматическая обработка сигнала с последующим выводом о герметичности арматуры. В основу автоматической обработки положен алгоритм на основе анализа сингулярного спектра, обеспечивающего повышение чувствительности. Эффективность комплекса подтверждается результатами испытаний измерительного комплекса с использованием гидравлического стенда. Ключевые слова: протечка арматуры, акустический сигнал, диапазон рабочих частот, анализ сингулярного спектра, проверка статистических гипотез, ошибки первого и второго рода. |
117–124 |
|
В. С. Ковивчак, А. А. Парыгин Влияние предварительной термической обработки на морфологию углеродного слоя, формирующегося на поверхности хлорированного поливинилхлорида при воздействии мощного ионного пучка DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-125-131 Исследовано влияние предварительной термической обработки на морфологию углеродного слоя, формирующегося на поверхности хлорированного поливинилхлорида с добавкой ферроцена (10 % от массы полимера) под действием мощного ионного пучка наносекундной длительности. Предварительная термообработка приводит к частичному дегидрохлорированию поверхностного слоя полимерной плёнки и межцепной сшивке, создавая центры для начала реакции карбонизации, и таким образом влияет на процесс формирования углеродных наноструктур при последующем облучении мощным ионным пучком. Рассмотрены возможные механизмы влияния предварительной термической обработки на формирование углеродных наноструктур. Установлено, что различные температуры термической обработки приводят к различным морфологиям получаемых углеродных наноструктур. Ключевые слова: хлорированный поливинилхлорид, термическая обработка, мощный ионный пучок, дегидрохлорирование, карбонизация, углеродные нановолокна. |
125–131 |
|
А. Н. Ляшук, А. В. Косых Проектирование термокомпенсированного кварцевого генератора в САПР Keysight ADS DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-132-139 В статье предложен метод к проектированию термокомпенсированного кварцевого генератора в САПР Keysight ADS, который позволяет: исследовать условия возникновения автоколебаний в заданной схеме генератора; проанализировать температурно-частотные характеристики резонатора; сформировать требования к функции управления частотой; моделировать шумовые характеристики генератора; выполнить оптимизацию схемы по заданным параметрам. В отличие от известного численного проектирования термокомпенсированного кварцевого генератора в SPICE программах с последующим анализом результатов в математической программе, например, Mathcad предложенный метод позволяет исследовать форму колебаний, спектральную чистоту выходного сигнала, учитывать нелинейное влияние схемы и более тонкие эффекты. Ключевые слова: кварцевый генератор, резонатор, термокомпенсация, САПР Keysight ADS, генератор Колпитца, SPICE программа. |
132–139 |
|
В. В. Федянин, В. В. Шалай, В. К. Федоров, П. С. Ячменев, И. С. Вавилов Мостовой резонансный источник питания электродугового двигателя малого космического аппарата DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-140-151 В настоящей работе решается прикладная задача проектирования мостового резонансного преобразователя с системой высоковольтного зажигания дуги в канале электродугового двигателя. Представлена разработка мостового резонансного источника питания, проведен обзор и анализ источников питания дуговых двигателей различной мощности. Рассмотрены теоретические аспекты расчета основных параметров источника. Приведена передаточная функция, описывающая коэффициент усиления резонансного контура источника питания. С помощью передаточной функции построены диаграммы усиления при разных значениях добротности контура. Представлен опытный образец источника питания, системы запуска и электродугового двигателя. Проведена серия экспериментов, направленных на выявление работоспособности источника. По результатам экспериментов максимальная выходная мощность источника составила 182,4 Ватта, а максимальная эффективность 87,5 %. Получены частотные спектры выходного тока источника питания. Построены вольтамперные характеристики для рабочего тела Ar и N2. В процессе исследования обнаружены явления связанные с хаотической динамикой дуги в канале двигателя. Хаотические колебания наблюдались в момент запуска двигателя и исчезали после установившегося режима работы. Ключевые слова: резонансный преобразователь, электродуговой микродвигатель, малый космический аппарат, низкоорбитальная группировка, термоакустика. |
140–151 |
|
В. В. Ерохин, С. А. Завьялов Автоматизированный синтез топологий интегральных сверхвысокочастотных LC-фильтров с минимизацией потерь в полосе пропускания DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-152-161 В статье предложена разработанная методика автоматизированного синтеза топологий интегральных СВЧ LC-фильтров с минимизацией потерь в полосе пропускания путем минимизации длин межсоединений и поиска оптимальных топологий проводников, катушек индуктивности и конденсаторов. Предложены алгоритмы минимизации потерь и минимизации длины межсоединений LC-фильтров. Оптимизация топологий проводников, катушек индуктивности и конденсаторов происходит на основе верифицированных в кремнии моделей, учитывающих основные характеристики и ограничения технологического процесса, скин-эффект, краевые эффекты, влияния подложки и переходных отверстий. На основе методики разработана САПР в ПО MathCAD, применение которой позволило сократить время проектирования интегральных LC-фильтров до десятков минут, уменьшить потери в полосе пропускания фильтров на 1,1–2,7 дБ, увеличить крутизны фронтов и спадов АЧХ на 47–267 дБ/дек. Ключевые слова: СВЧ, СнК, синтез фильтров, LC-фильтр, MathCAD, алгоритм оптимизации, методика. |
152–161 |
|
Т. П. Макарова, А. Н. Батуро, Ю. Н. Безбородов Результаты исследования горения твердых веществ в закрытом объеме DOI: 10.25206/1813-8225-2023-188-162-168 В статье представлены результаты лабораторных экспериментов по исследованию параметров газовой среды при горении древесины, резины и пластика в условиях, исключающих доступ кислорода в область реакции. Для создания условий был разработан лабораторный стенд. Получены графики изменения температуры и снижения светопропускания продуктов горения, скапливающихся в верхней части слоя камеры сгорания. Проанализированы изменения контролируемых параметров и получены корреляционные зависимости между ними. Полученные результаты могут быть использованы в качестве оценочных для построения прогнозных моделей развития пожаров в закрытых помещениях складского назначения, а также для оценки пожарной опасности веществ при горении в закрытом объеме. Ключевые слова: горение, закрытые помещения, закрытый объем, пожарная опасность веществ, методы контроля. |
162–168 |