№ 1 (193), 2025
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК
МАШИНОСТРОЕНИЕ
|
Л. А. Сладкова, Д. И. Скрипников Методика расчета параметров механизма поворотно-ударного действия DOI: 10.25206/1813-8225-2025-193-5-12 Современные механизмы ударно-поворотного действия для разрушения прочных и мерзлых грунтов имеют громоздкую и сложную конструкцию. Разработка методики усовершенствования конструкции механизма поворотно-ударного действия позволяет решить задачу снижения энергоемкости процесса разрушения грунта. Алгоритм определения геометрических параметров механизма поворотно-ударного действия научно обоснован исходя из анализа состояния вопроса современных технических решений буровых установок и физических основ взаимодействия бурового инструмента с грунтом различных категорий трудности разработки. При проведении теоретических и экспериментальных исследований были использованы: аналитический метод с привлечением средств современной вычислительной техники, фундаментальные положения теоретической механики, теории прочности. Научная новизна работы заключается в теоретически и экспериментально подтвержденной методике выбора основных конструктивных параметров принципиально нового механизма поворотно-ударного действия (патент № 2232858 РФ) в зависимости от типов буровой коронки. Предложенная методика оценки прочностных характеристик элементов конструкции позволяет определить величину усилия неразрушения Р конструкции механизма поворотно-ударного действия для обеспечения безопасного удара по основанию канавки в процессе работы бурового инструмента. Ключевые слова: методика расчета, параметры, конструкция, механизм поворотно-ударного действия, прочность, взаимодействие с грунтом. |
5–12 |
|
Ю. П. Макушев, Т. А. Полякова, Л. Ю. Волкова, В. В. Рындин Кинематический расчет эксцентриковых механизмов с использованием программы MATHCAD DOI: 10.25206/1813-8225-2025-193-13-20 На основе графических исследований определена величина хода толкателя эксцентрикового механизма при эксцентриситете от 4 до 6 мм. Путем аппроксимации графиков хода толкателя по поверхности эксцентрика предложена расчетная формула, которая с достаточной для практики точностью определяет ход толкателя в зависимости от угла поворота вала с эксцентриком. Предложены формулы для определения скорости и ускорения толкателя эксцентрикового механизма. Относительная погрешность при определении хода толкателя графическим и расчетным способами не превышает 6 %. С применением программы Mathcad выполнен расчет и построены графики пути, скорости, ускорения толкателя эксцентрикового механизма с эксцентриситетом 4, 5 и 6 мм при частоте вращения вала 1000 мин–1. Рассмотрено практическое применение эксцентриковых механизмов для систем питания двигателей внутреннего сгорания. Ключевые слова: эксцентрик, эксцентриситет, программа Mathcad, ход толкателя, скорость толкателя, ускорение толкателя, применение эксцентриковых механизмов. |
13–20 |
|
В. А. Третьякова, С. С. Воронин Разработка этапов оценки трудоемкости научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ на производственных предприятиях DOI: 10.25206/1813-8225-2025-193-21-29 Для обеспечения выпуска конкурентоспособной продукции предприятиям требуется осуществлять научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую деятельность. Подобного рода работы имеют целый ряд особенностей, в значительной степени осложняющих процесс оценки трудоемкости. Существующие методы нормирования труда, которые могут быть применимы для оценки трудоемкости, не в полной мере адаптированы для научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Поэтому целесообразно разработать этапы оценки трудоемкости специально для данных работ, которые позволяли бы учитывать все их специфические факторы. Ключевые слова: НИОКР, научно-исследовательская работа, опытно-конструкторская работа, трудоемкость, планирование, нормативы. |
21-29 |
|
А. В. Шимохин, А. Н. Сорокин, С. Н. Болтовский, В. Н. Кузнецова, И. С. Кузнецов Исследование прочностных свойств изделий, полученных с помощью 3D-печати, при деформации изгиба для оптимизации распределения материала DOI: 10.25206/1813-8225-2025-193-30-37 В данной статье рассматривается способ оптимизации распределения материала внутри образца, полученного с помощью 3D-печати. Рассматривается несколько вариантов распределения материала, в том числе по форме балки равного сопротивления при сохранении внешнего каркаса образца в виде прямоугольного параллелепипеда с квадратным сечением. Изготовленные образцы подвергались разрушению при испытании на статический изгиб. Полученные результаты показывают уменьшение используемого материала на 30 % и сохранение прочностных свойств образцов относительно образца со 100 %-ным заполнением материалом. Приведены результаты эксперимента и отмечены вопросы для дальнейших исследований. Ключевые слова: аддитивные технологии, балка равного сопротивления, топологическая оптимизация, 3D-печать, испытание на статический изгиб, механические свойства, снижение массы. |
30–37 |
|
Н. В. Бобков, А. А. Федоров, С. В. Петроченко, Н. С. Артеменко, Р. В. Чулков Поиск оптимальных значений параметров режима проволочной электроэрозионной обработки деталей из циркониевого сплава Э110 DOI: 10.25206/1813-8225-2025-193-38-49 В статье предложен метод расчета оптимальных параметров режима проволочно-электроэрозионной обработки циркониевого сплава Э110 с использованием ротатабельного центрального композиционного плана второго порядка. Рассмотрено влияние ключевых факторов обработки, таких как время импульса, пауза между импульсами и напряжение межискрового зазора, на толщину дефектного слоя и время обработки. Показана возможность использования регрессионных моделей для прогнозирования параметров обработки и оптимизации их значений. Полученные результаты применимы для повышения производительности и качества обработки сложных деталей. Получен диапазон оптимальных параметров: ON — от 4,554 мкс до 4,932 мкс, OFF — от 8,842 мкс до 11 мкс и SV — 50 В. Ключевые слова: электроэрозионная обработка, планирование эксперимента, циркониевый сплав, параметр, режимы, оптимизация, моделирование. |
38–49 |
ЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
|
В. В. Сушков, В. Н. Горюнов, Е. Е. Ревякин Повышение эффективности электротехнической системы буровой установки с системой накопления электроэнергии DOI: 10.25206/1813-8225-2025-193-50-57 В работе представлен структурный синтез системы автоматического регулирования сетевого инвертора системы накопления электроэнергии, в основу которого положена известная методика синтеза системы подчинённого регулирования. Целью работы является повышение эффективности электротехнической системы буровой установки с системой накопления электроэнергии при резкопеременном характере нагрузки. Для этого решается задача корректного определения коэффициентов регуляторов системы автоматического регулирования сетевого инвертора, что достигается применением существующей методики синтеза системы подчинённого регулирования. Данная методика позволяет выбрать коэффициенты регуляторов на основе аналитических выводов, что устраняет неопределённость при практической реализации системы автоматического регулирования сетевого инвертора. Ключевые слова: буровая установка, сетевой инвертор, система накопления электроэнергии, система автоматического регулирования, система подчинённого регулирования, резкопеременная нагрузка. |
50–57 |
|
И. В. Ярошенко, В. В. Носенко, М. С. Алтунина, Ю. П. Аксенов Опыт определения технического состояния и оценка ресурса трансформаторов по результатам комплексного диагностического обследования DOI: 10.25206/1813-8225-2025-193-58-67 В статье рассмотрен комплексный подход к оценке остаточного ресурса для трансформаторов со значительным сроком эксплуатации более 30 лет. На примере комплексного диагностического обследования двух трансформаторов продемонстрировано, что трансформаторы имеют различные варианты старения активной части и подход к оценке ресурса должен быть различным. Первый вариант — это равномерное общее «старение» активной части, факт старения на надежности сказывается через 50–60 лет. Второй вариант — это возникновение локального дефектного узла с вибрацией (ВИБРО) и электроразрядными явлениями (ЭРА), дефект появляется спонтанно через 15–25 лет. Появление критических дефектов может быть зафиксировано в режиме on-line с применением инновационных методик. Процессами, определяющими старение узлов активной части, являются явления «ВИБРО»–«ЭРА»– «ТЕРМО»–«ХАРГ». По анализу параметров и динамике явлений можно оценить техническое состояние и ресурс. Данный подход подтверждается анализом технического состояния по типичным вариантам возникновения дефектов в трансформаторах. Ключевые слова: электроразрядные явления, виброявления, виброудары, степень распрессовки, мера деструкции, тепловизионный контроль, ХАРГ. |
58–67 |
|
А. И. Голоднова, М. В. Ерпалов, А. И. Голоднов Математическая модель материального баланса твердооксидного электролизера DOI: 10.25206/1813-8225-2025-193-68-75 Решение вопросов эффективного использования твердооксидных электролизеров является перспективным для развития как энергетики, так и промышленности в целом, поэтому исследования в области повышения эффективности и надежности электролизеров проводятся учеными по всему миру. В данной статье рассматривается математическая модель материального баланса для твердооксидного электролизера, позволяющая оптимизировать параметры работы действующего и вновь проектируемого оборудования. В частности, особое внимание направлено на изучение влияния параметров работы электрохимических установок планарной конструкции при электролизе на состав продуктов реакций. На основе расчетных данных для твердооксидного электролизера планарной конструкции определена взаимосвязь между составами реагентов на входе и продуктами на выходе при помощи методов математического моделирования в сравнении с экспериментальными данными. Ключевые слова: математическое моделирование, электрохимические устройства, твердооксидный электролизер, химические реакции, материальный баланс, сила тока, напряжение. |
68–75 |
|
А. В. Петухов Разработка и исследование системы управления групповым частотно-регулируемым приводом с повышенной устойчивостью к провалам напряжения в сети DOI: 10.25206/1813-8225-2025-193-76-83 Рассматривается принцип управления групповым частотно-регулируемым приводом со скалярной системой управления при кратковременных провалах напряжения в питающей сети. Представлена функциональная схема системы управления преобразователем частоты, позволяющая ограничить броски тока на входе автономного инвертора напряжения в момент резкого восстановления напряжения в питающей сети. Рассмотрены результаты исследования предлагаемого способа управления, полученные в процессе имитационного моделирования частотно-регулируемого привода в среде «MatLab». Ключевые слова: система электроснабжения, защита минимального напряжения, преобразователь частоты, система управления, инвертор напряжения, общий выпрямитель, провал напряжения, частотное регулирование, звено постоянного напряжения. |
76–83 |
|
А. С. Макаров, В. В. Харламов, Д. И. Попов Моделирование процесса изнашивания и оценка остаточного ресурса щеточного узла синхронного тягового генератора DOI: 10.25206/1813-8225-2025-193-84-90 Статья посвящена формированию математической модели процесса изнашивания и оценке остаточного ресурса щеток синхронного тягового генератора. Предлагается учитывать особенности эксплуатации и технического состояния щеточного узла при расчете остаточного ресурса электрических щеток. Проведен анализ массивов данных, собираемых бортовой системой мониторинга, и выявлены необходимые параметры для определения остаточного ресурса электрических щеток. Составлена математическая модель интенсивности износа электрических щеток тягового генератора. Приведен план экспериментального исследования для определения коэффициентов математической модели. Представлена схема экспериментальной установки для определения остаточного ресурса щеток синхронного генератора. Получены зависимости величины остаточного ресурса от изменения параметров рабочих режимов. Ключевые слова: износ, методика, математическая модель, электрическая щетка, щеточный узел, остаточный ресурс, полнофакторный эксперимент. |
84-90 |
|
А. К. Торопова, В. В. Черепанов Расчет режима высших гармоник в электрических сетях фанерных производств DOI: 10.25206/1813-8225-2025-193-91-97 Безаварийное функционирование элементов системы электроснабжения фанерных производств во многом зависит от поддержания требуемого качества электрической энергии. При проектировании системы электроснабжения фанерных производств необходимо особое внимание уделять расчету режима высших гармоник, т.к. для осуществления технологического процесса по производству фанеры используются мощные полупроводниковые управляемые выпрямители. В статье рассматривается управляемый выпрямитель, который необходим для работы четырехфутового лущильного станка. Авторами установлено, что данный агрегат генерирует в сеть токи высших гармоник, которые оказывают отрицательное влияние на все элементы системы электроснабжения. При этом в настоящее время отсутствует методика расчета режима высших гармоник в системе электроснабжения фанерного производства. Следовательно, целью исследования является разработка методики расчета режима высших гармоник в электрических сетях фанерных производств. Для достижения поставленной цели был проведен эксперимент на действующем фанерном предприятии в Кировской области. В качестве объекта исследования выступил четырехфутовый лущильный станок. В ходе исследования установлено, что высшие гармоники, генерируемые главным приводом лущильного станка, изменяются случайным образом. В расчетах предложено их рассматривать как случайные величины. Определены статистические законы распределения высших гармоник и их числовые характеристики. Получены аналитические выражения для вычисления амплитуд высших гармоник через амплитуду основной гармонической составляющей тока при отсутствии информации об углах управления и коммутации выпрямителя. Предложенная методика позволяет рассчитать амплитудные спектры токов высших гармоник в ветвях и напряжения в узлах системы электроснабжения фанерного производства. Результаты расчетов по предложенной методике рекомендуется использовать для решения ряда практических задач. Ключевые слова: качество электрической энергии, электрическая сеть фанерного производства, управляемый выпрямитель, лущильный станок, высшие гармоники, несинусоидальность напряжения, режим высших гармоник, методика расчета. |
91-97 |
ЭЛЕКТРОНИКА, ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬ
|
С. В. Бирюков Двухкомпонентный сферический датчик напряженности электрического поля сдвоенного типа DOI: 10.25206/1813-8225-2025-193-98-106 Для контроля уровней напряженности электрического поля вокруг высоковольтного энергетического оборудования, линий электропередачи, подстанций необходимы простые и удобные в использовании современные датчики. Такие датчики обеспечат технику безопасности и охрану труда обслуживающего персонала энергетического оборудования. В связи с этим разработка датчиков напряженности электрического поля является важной и актуальной задачей. В статье предлагается один из возможных вариантов построения подобных датчиков. Датчик представляет собой двухкомпонентный сферический датчик сдвоенного типа. На сферической проводящей поверхности датчика размещаются изолированно от него двенадцать двуугольных сферических проводящих электродов. Электроды служат для формирования чувствительных элементов четырёх двойных датчиков по два на каждой координатной оси. Устанавливается, что размеры чувствительных элементов датчика влияют на его погрешность, вызванную неоднородностью поля. Сдвоенный сферический датчик обладает знакопеременной погрешностью от неоднородности поля, не превышающей ± 1,1 % во всем пространственном диапазоне 0 £ a £ 1, что соответствует минимальному расстоянию до источника поля d = R. Погрешность датчика обеспечивается обоснованно выбранными угловыми размерами двенадцати двуугольных сферических электродов датчика основных a0 = 90 º и b01 = 30 º. Датчик имеет по каждой координатной оси три выхода, два соответствуют одинарным датчикам, а один сдвоенному датчику. Такое конструктивное решение позволяет расширить его функциональные возможности. Сдвоенный двухкомпонентный датчик может быть использован для построения средств контроля и измерения параметров электрического поля промышленной частоты в зонах с повышенной напряженностью. Ключевые слова: электрическое поле, напряженность поля, сдвоенный сферический датчик, двойной сферический датчик, чувствительный элемент, сферический двуугольник, погрешность от неоднородности поля.
|
98–106 |