НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

В работе представлены результаты экспериментального исследования возможности повышения износостойкости поршней двигателей внутреннего сгорания (ДВС) путем формирования на поверхности юбки поршня наноструктурного покрытия методом микродугового оксидирования (МДО). В работе приведено описание методики формирования упрочненного слоя на поверхности юбки поршня методом МДО, а также описание методики испытаний поршней в условиях двигателя и результаты эксперимента. Данная работа проведена с целью повышения эксплуатационных свойств поршней ДВС, изготовленных из алюминиевых сплавов, полученные результаты должны способствовать увеличению долговечности и надежности ДВС.

В статье рассмотрена задача выбора оптимальных параметров гидропривода с дискретно управляемым выходным звеном на примере гидропривода вентилятора для системы охлаждения двигателя транспортного средства большой грузоподъемности. Целевая функция при решении задачи принята в соответствии с критерием эффективности объемного гидропривода. Границы значений варьируемых параметров установлены с учетом работы гидропривода в указанной выше системе. Описаны результаты применения генетического и модифицированного генетического алгоритмов при определении параметров гидропривода. Полученные результаты сравниваются с результатами, основанными  на ЛП_τ-поиске оптимальных по двум критериям параметров гидропривода. Научной новизной статьи является то, что рассмотрены разные подходы к решению задачи интерактивного проектирования технической системы с дискретным управлением, которая составлены из выпускаемых промышленностью стандартных гидроагрегатов.

Разработана конструкция направляющего устройства для интенсификации аэрации карьеров, позволяющая увеличить скорость прямых и обратных воздушных потоков в рабочих зонах горных выработок в период ослабленного естественного воздухообмена, и позволяющая улучшить условия труда. На основе моделирования и анализа результатов исследования установлены оптимальные параметры устройства аэрации, исследована аэродинамика воздушных течений в карьерах с различной геометрией выработанного пространства, получены расчетные зависимости для определения скоростей воздушных ветровых течений. Показано, что применение направляющего устройства повышает эффективность аэрации выработанного пространства карьера за счет увеличения скорости ветрового потока на срыве в карьер, уменьшения объема зоны циркуляции и уменьшения скоростей воздушных потоков в ней.

Представлены результаты экспериментального исследования деструкции этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) под воздействием импульсного широкополосного УФ излучения в присутствии пероксида водорода. Объектом исследований являлись водные растворы, содержащие ЭДТА с начальной концентрацией от 15 до 100 мг/л и азотнокислый натрий (NaNO₃) с начальной концентрацией 4 г/л. Оценены энергетические затраты как на деструкцию, так и на полную минерализацию продуктов деструкции ЭДТА в зависимости от начальной концентрации кислоты, наличия или отсутствия азотнокислого натрия и при введении пероксида водорода с концентрацией 3 г/л.

В статье рассмотрен метод идентификации параметров математической модели электрогидравлического привода. Метод основан на сопоставлении характеристик, полученных в ходе эксперимента, с характеристиками, полученными при моделировании. Сформирован критерий идентичности для данного случая. Алгоритм поиска построен с применением метода Нелдера-Мида для численной минимизации функций. Представлена математическая модель электрогидравлического привода. Также в статье рассмотрен вопрос влияния качества изготовления золотниковых распределителей на характеристики электрогидравлических приводов. Сделаны выводы об эффективности примененного метода.

В статье разработана и описана математическая модель совместного насыщения комплексно-легированной стали углеродом и азотом в атмосфере низкого давления. Разработан  программный продукт, который  предоставил возможность на основании параметров технологического процесса ВНЦ рассчитывать для стали ВКС-10 концентрационные кривые углерода, азота и основных легирующих элементов, а также основные характеристики фазового состава в табличном и графическом виде.  Учтено влияние сложного химического состава данной стали на формирование диффузионного слоя. Показана удовлетворительная адекватность разработанной модели в интервале температур от 880 до 940 °C, характерных для высокотемпературной нитроцементации. При помощи математической модели исследованы закономерности формирования диффузионных слоев в зависимости от технологических факторов вакуумной нитроцементации.

В статье изложена концепция, которая основана на методике последовательной оптимизации электрогидравлического следящего привода, представленного в виде подсистем уровня 1 (Ур. 1) и уровня 2 (Ур. 2). На уровне 1 электрогидравлический следящий привод рассматривается вместе с электрогидравлическим усилителем мощности, который заменен пропорциональным звеном. На уровне 2 выбран электрогидравлический усилитель мощности с предварительным каскадом усиления типа «сопло-заслонка» и механической обратной связью от золотника к заслонке. Для оценки проектных вариантов каждой подсистемы предложены целевые функции. Полагается целесообразной оптимизация при помощи ЛП-поиска или генетических алгоритмов. Изложенная в статье концепция основана на обобщении известных из литературных источников методов оптимизации электрогидравлического следящего привода и содержит новые предложения по структуре алгоритма оптимизации.

Целью работы является теоретическое обоснование выбора размеров канавки, в которую устанавливается эластичное кольцо контактного уплотнительного устрой-ства. Имеющихся материалов недостаточно для обоснованного выбора размера канавки. Профильное сечение канавки соответствует прямоугольному. Глубина канавки определяется по величине коэффициента сжатия эластичного кольца. Ширина канавки определяется по площади сечения кольца в исходном состояния с учетом изменения формы сечения  при деформации и с учетом деформации сжатия кольца по сечению и объемного набухания упруго кольца в среде рабочих жидкостей. Представлены теоретические выкладки по определению зависимости размеров канавки от различных факторов в обоснование выбора размеров канавки установки эластичного кольца, Эти результаты позволят точнее определять размеры канавок, обеспечивающих герметичность уплотнений  с учётом различных факторов.

Целью работы является определение влияния величины шероховатости поверхности контактного тела на герметичность контактных уплотнительных устройств с эластомерными (резиновыми) кольцами. Шероховатости двух уплотняемых поверхностей при соприкосновении двух твердых поверхностей образуют систему впадин и капилляров произвольной формы. Принятые величины шероховатости недостаточно обоснованы. Исследования герметичности с учётом композиционно сложной структуры эластомерного материала уплотнительного кольца и разнообразия шероховатости уплотняемой поверхности проводилось пузырьковым методом.Полученные результаты экспериментальных исследований обосновывают используемые в промышленности величины шероховатости контактной поверхности и позволяют выработать рекомендации по выбору величин шероховатости поверхностей контактных тел и коэффициента сжатия эластичного кольца,обеспечивающих герметичность.

Рассмотрены математические модели индукционного нагрева одиночной плиты вулканизационного гидравлического пресса для периода первоначального разогрева и периода поддержания рабочей температуры. Дается сравнительный анализ данных промышленного эксперимента по исследованию процессов разогрева и поддержания температуры рабочей поверхности подобной плиты с результатами решения моделей методом конечных интегральных преобразований и с применением системы конечноэлементного анализа. Впервые предложена математическая модель системы "индукционная плита–пресс-форма–резинотехническое изделие", методика  приближенного решения модели методом конечных элементов, которую предполагается использовать при решении задач оптимизации конструкции пресса и пресс-форм, положения пресс-форм между нагревательными плитами. Приведены результаты решения этой модели для промышленного пресса. 

Описан подход к численному моделированию воздушных потоков в коробе воздушного конденсатора путем замены геометрии трубного пучка анизотропным фильтром –выделенной областью в расчетной модели с заданным гидравлическим сопротивлением. Для корректного задания свойств анизотропного фильтра, с помощью CFD (Computational Fluid Dynamics) пакетов вычислительной гидрогазодинамики FlowVision, Phoenics и OpenFoam, определена гидравлическая характеристика оребренной теплообменной поверхности воздушного конденсатора. Полученные результаты дают возможность моделировать пространственное течение воздуха внутри короба воздушного конденсатора и определять поля параметров потока на входе и выходе из трубного пучка  без прямого численного моделирования течения воздуха в межтрубном пространстве.

Криогенная техника в настоящее время широко распространена в различных проектах ускорителей частиц в областях, связанных со сверхпроводимостью. Увеличение производительности сверхпроводящих устройств целесообразно, в первую очередь, с экономической точки зрения. Один из способов увеличения производительности состоит в понижении рабочей температуры сверхпроводников и охлаждении их сверхтекучим гелием. С этой целью реализуются проекты крупных криогенных установок на температурный уровень 1,8 К и холодопроизводительности порядка киловатт. Для таких криогенных установок требуются мощные компрессорные системы для сжатия гелия низкого давления на базе циклов с холодным или гибридным сжатием. В данной статье описываются и сравниваются методы охлаждения с использованием циклов с холодным и гибридным сжатием, дается обзор операционных возможностей этих циклов, а также дается описание разработанной стратегии системы контроля компрессорами для сжатия гелия низкого давления в данных циклах.

В статье изложен метод математического моделирования систем с центробежными насосами. С помощью математической модели построена структурная схема, ориентированная на интерактивное решение задачи оптимального управления насосными агрегатами. Приведен пример и результаты расчета аварийной остановки насосного агрегата с учетом момента инерции ротора насосного агрегата, частоты вращения его вала, напорной характеристики насоса и параметров, от которых зависят гидравлические волновые процессы в трубопроводах, подключенных к насосу. Контролируемыми величинами являются  частота вращения вала насосного агрегата и величина давления, вызванного неустановившимся движением жидкости на входе в насос. Для этих величин определены переходные процессы при внезапном отключении электродвигателя магистрального центробежного насоса. Научной новизной является представленная в структурной форме математическая  модель для исследования аварийных режимов центробежных насосов. 

В статье содержится описание динамических процессов в электрогидравлическом регуляторе с электрической обратной связью по давлению. Составлены уравнения линейной математической модели, учитывающие инерцию рабочей жидкости в соединительном трубопроводе в сосредоточенных параметрах. Было проанализировано влияние различных факторов на устойчивость системы. Проведённое исследование показало, что в электрогидравлическом регуляторе давления возможно возникновение незатухающих колебаний, наличие которых во многом зависит от параметров гидравлического сопротивления соединительного трубопровода регулятора. Особое внимание при проектировании необходимо уделять разнице собственных частот электрогидравлического усилителя и гидроаккумулятора.

В статье содержится описание принципа работы регулятора аксиально-поршневого насоса с электрическим пропорциональным управлением, а так же описана линейная математическая модель данного регулятора. Показано, что введение внутренней обратной связи по скорости может улучшить динамику рассматриваемого регулятора. Предложен способ реализации данного вида коррекции путём введения нелинейной электрической обратной связи по положению якоря электромагнита и положению поршня регулятора.

Приведены результаты компьютерного исследования и расчётов гидродинамических сил, действующих на золотник. С помощью МКЭ было определено распределение давлений на поверхности золотника диаметрам 6 мм в полостях-1 и 2. Кроме того, получено распределение осевых гидродинамических сил, действующих на золотник в полости-1 и в полости-2 при смещении золотника на максимальное значение, равное 0,6 мм и построены графики для сравнения значений гидродинамических сил, вычисленных с помощью МКЭ и аналитическим методом. Результаты расчетов подтверждены экспериментальными данными, ранее опубликованными другими авторами. С помощью разработанных методов определено влияние изменения температуры рабочей жидкости (масла) в диапазоне от -40°С до +50°С на гидродинамических сил.

Рассмотрен способ уменьшения требуемой мощности электромеханического преобра-зователя путем уравновешивания гидродинамических сил, действующих на распредели-тельный золотник. Для расчета этих сил применен метод конечных элементов (МКЭ), с помощью которого определялась форма поверхности золотника, обеспечивающая мини-мальные значения гидродинамических сил. Кроме того, построены графики для сравнения значений гидродинамических сил, полученных с помощью МКЭ для непрофилированного и профилированного золотника, для двух типа золотникового распределителя (подвод жидкости в центре золотника и по краям золотника). С помощью МКЭ было определено распределение давлений на поверхности золотника диаметрам 6 мм, в зазоре и полости золотникового распределителя. Приведены результаты компьютерного профилирования золотника и исследования влияния точности изготовления золотника на уравновешивание гидродинамических сил.

В статье рассматривается метод термического якорения проводов в экспериментальной установке для изучения низкотемпературных свойств материалов. Представлена математическая модель тепловых процессов. Приведен пример расчета по выбранной математической модели. Определено влияние самонагрева проводов на конечные геометрические размеры теплового стока. 

В статье приведены основные способы влияния на холодопроизводительность двухступенчатых криокулеров Гиффорда-Макмагона. Рассмотрены ключевые показатели материалов регенератора второй ступени. Приведены примеры многослойных регенераторов и принципы выбора материала для каждого слоя. Проанализированы основные достоинства и недостатки структур GOS, GAP и сплавов редкоземельных металлов в сравнении с традиционными материалами регенераторов. Показана возможность применения двухслойных частиц в регенераторе второй ступени.

Представлена методика проведения численного эксперимента по анализу течения вязкого газа в осерадиальном колесе центробежного компрессора в программном комплексе ANSYS CFX. Показано влияние различных факторов, таких как размер ячеек и способ построения сетки, выбор модели турбулентности на результаты расчета. Представлено графическое сравнение результатов расчета для различных варьируемых параметров. Подобраны оптимальные значения размера сетки и модель турбулентности для дальнейшей верификации численного эксперимента.