- •А.Д. Абрамов, И.А. Батанова
- •А.С. Алехин, А.О. Башмаков
- •В.А. Антипин
- •Б.Б. Илюшин
- •Институт теплофизики СО РАН, Новосибирск
- •Анализ работы тороидального ДВС
- •Введение
- •Тороидальный двигатель внутреннего сгорания
- •Рабочий цикл РТ1
- •Рабочий цикл РТ2
- •Коэффициент полезного действия
- •Вычисление среднего момента
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Ж.К. Ахметов
- •Д.В. Балагин
- •Библиографический список
- •Х.Э. Батиров
- •Библиографический список
- •А.Л. Бобров
- •Библиографический список
- •Результаты испытаний зубчатой передачи
- •Библиографический список
- •В.С. Воробьев, Н.В. Мокин
- •Необходимые начальные объемы воздуха в баке
- •Выводы
- •Библиографический список
- •С.П. Глушков, С.С. Глушков
- •Библиографический список
- •И.К. Далюк
- •Введение
- •Материал и методы исследования
- •Принцип работы универсального подогревателя.
- •Результаты исследований
- •Библиографический список
- •И.Н. Жигулин
- •Библиографический список
- •А.А. Игумнов
- •С.А. Коларж
- •А.Н. Лавизин, В.Н. Говердовский
- •Основные типы дефектов обычных ЛКП
- •Примеры применения модифицированных ЛКП
- •Библиографический список
- •Н.А. Маслов
- •Циклограммы работы стендов для испытаний гидромашин
- •Результаты расчета Σti
- •Выводы
- •Выводы
- •Работа стенда
- •Испытания гидромашины 20 в режиме «гидромотор»
- •Испытания гидромашины 20 в режиме «насос»
- •Библиографический список
- •С.М. Овчаренко, А.Ф. Кабаков
- •Библиографический список
- •Курганский институт железнодорожного транспорта, г. Курган
- •Тепловой расчет салона пассажирского вагона
- •Воздух в салоне
- •Внутренне оборудование
- •Ограждающие конструкции салона
- •Д.С. Воронцов
- •А.Ю. Примычкин
- •Библиографический список
- •Выводы
- •В.Ю. Тэттэр
- •ООО «Резерв», Омск
- •Выводы
- •Библиографический список
- •А.П. Шиляков
- •Библиографический список
- •К.П. Шенфельд
- •ОАО «ВНИИЖТ»
- •П.Н. Рубежанский
- •«Российские Железные Дороги»
- •Библиографический список
- •Г.В. Меркулов
- •В.В. Буровцев
- •С.В. Рачек, А.В. Мирошник
- •И.Ю. Сольская
- •Библиографический список
- •А.П. Дементьев
- •Библиографический список
- •А.В. Давыдов
- •Библиографический список
- •Резюме
- •Библиографический список
- •Т.А. Лунина, С.П. Кретов
- •Библиографический список
- •Н.М. Стецюк
- •Библиографический список
- •М.О. Северова, Е.А. Поверенная
- •В.Л. Незевак, В.С. Голавский
- •Библиографический список
- •В.В. Галтер
- •И.Ю. Сольская, Н.Г. Бобкова
- •Инновационный потенциал
- •Инновационная восприимчивость
- •Оценка инновационной активности
- •Библиографический список
- •Ю.М. Буинцева
- •Ю.М. Буинцева
- •Е. А Корховая
- •Расходы федерального бюджета, млрд р.
- •Бюджетное финансирование приоритетных ФЦП, млрд р.
- •Библиографический список
- •Н.С. Фадеева
- •Библиографический список
- •С.Н. Артыкова
- •Расчет налога на имущество организации за 2012 г.
- •Библиографический список
- •Д.В. Ефименко, Е.С. Чугуева
- •С.В. Ильницкий
- •Библиографический список
- •О.Р. Окрестина
- •М.О. Баранчеев
- •Е.В. Климова
- •Библиографический список
- •И.А. Колпаков
- •Библиографический список
- •С.А. Пащина
- •Библиографический список
- •В.А. Бурмистров
- •Зап.-Сиб. ж.д. – филиал ОАО «РЖД»
- •Оптимальное сочетание стимулов трудовой деятельности работников транспортных компаний
- •Расчет расценки и зарплаты за смену на период освоения
- •Библиографический список
- •Д.В. Бурмистрова
- •Сотрудники, принявшие участие в исследовании.
- •Ранжирование мотивационного типа руководителей
- •Ранжирование мотивационного типа специалистов
- •Результаты диагностики мотивационной среды
- •Библиографический список
- •С.А. Давыдов
- •Библиографический список
- •Т.Е. Шатунова
- •П.И. Кузьмина, И.Ю. Сольская
- •Факторы, влияющие на конкурентоспособность образовательных учреждений разных форм, оказывающих услуги в области ДПО
- •Библиографический список
- •А.Г. Александров
- •Библиографический список
- •А.Н. Быстрова
- •Библиографический список
- •А.В. Веселков
- •О.И. Кашник
- •Библиографический список
- •А.В. Кокшаров
- •П.И. Кузьмина
- •Библиографический список
- •А.М. Лесовиченко, Е.А. Мальцева
- •Н.И. Мартишина
- •Формирование научного мышления в образовании
- •В.И. Мельников
- •Библиографический список
- •Г.В. Попов
- •Н.В. Силкина, Н.А. Касаткина, Р.С. Силкин
- •Библиографический список
- •О.В. Соболева
- •Библиографический список
- •А.А. Черняков
- •А.М. Завьялов
- •Методы исследования рисков
- •Значения лингвистической переменной частоты (вероятности)
- •Значения лингвистической переменной тяжести последствий
- •Библиографический список
- •Библиографический список
- •1. Методика анализа и оценки профессиональных рисков в ОАО «РЖД». Утверждена распоряжением ОАО «РЖД». № 2144 от 19.12.2005 г.
- •3. Методика построения матрицы рисков. ОАО «ВНИИЖТ», 2011.
- •Содержание
- •Научное издание
Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2
свести к расчету тел классических форм, для которых имеются хорошо разработанные метода расчета.
Внутреннее оборудование вагона можно представить сочетанием тел классических форм: однослойной плоской пластиной; длинного круглого полого цилиндра и полого шара. При этом необходимо выполнение следующих условий – площади поверхности заменяемого и классического тела, а также их массы должны быть равны.
Металлические перегородки и экраны в салоне заменяются одномерной пластиной толщиной, найденной из условия равенства площадей и масс пластины и перегородок, трубчатые каркасы сидений круглым полым цилиндром, длина которого равна сумме длине всех каркасных трубок. Подушки сидений имитируются полым шаром, наружный радиус которого находится из условий равенства масс шара и сидений.
Ограждающие конструкции салона
Тепловое состояние салона во многом определяется теплофизическими свойствами ограждающих конструкций или стенок. Температура внутренних поверхностей стенок салона определяет тепловой поток от воздуха в салоне в окружающую среду и непосредственно определяет тепловой комфорт пассажиров. Для определения температур рассматривается процесс передачи тепла через стенку салона вагона. В общем случае стенка салона является многослойной, причем одним из слоев может быть воздух. Принимаются следующие допущения: стенка считается плоской; каждый слой однороден; слои идеально соприкасаются; процесс передачи тепла происходит только по толщине; коэффициенты теплоемкости и теплопроводности слоев при изменении температуры почти не меняются.
Система дифференциальных уравнений в частных производных совместно с начальными и граничными условиями полностью определяет процесс теплопередачи через многослойные стенки салона вагона. Начальные условия представляют собой распределение температур по толщине стенки.
Чтобы определить граничные условия для слоев, соприкасающихся с воздушной прослойкой, расположенной внутри многослойной стенки, рассматривается процесс передачи тепла через
119
Международная научно-практическая конференция
эту прослойку. В вагонах, предназначенных для эксплуатации в условиях низких температур, воздушную прослойку в многослойной стенке всегда делают невентилируемой. Теплоемкость воздуха в прослойке незначительна и ей можно пренебречь. Поэтому можно принять, что процесс передачи тепла через прослойку является безынерционным.
Как и в случае с внутренним оборудованием, точную модель теплопередачи через многослойную стенку рекомендуется - ис пользовать для выбора типа математической модели, базирующейся на обыкновенных дифференциальных уравнениях.
Численное моделирование показывает, что наименьшее расхождение с точным описанием имеет модель, построенная по следующему принципу. Уравнение баланса тепла записывается для каждого слоя многослойной стенки салона относительно средней температуры слоя. При этом масса материала слоя сосредоточена в его середине.
Модель стенки в таком виде обеспечивает снижение трудоемкости в определении параметров и численном моделировании, при этом сохраняется достаточно высокая точность при моделировании тепловых процессов в системе «салон-пассажир».
Д.С. Воронцов
Сибирский государственный университет путей сообщения, Новосибирск
А.Ю. Примычкин
Институт горного дела им. Н.А. Чинакала СО РАН, Новосибирск
Исследование упругих свойств материала кольцевого клапана
Земляное полотно автомобильных и железных дорог призвано обеспечить достаточные скорости, пропускную и провозную способность при соблюдении безопасности движения. Чтобы выполнить эти требования земляное полотно должно быть прочным, устойчивым, надежным и долговечным. На практике имеют место нарушения состояния насыпей в основном в виде деформаций
120
Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2
и потери устойчивости, т.е. в процессе эксплуатации возникают различного рода дефекты, требующие устранения («лечения»).
Если основаниями земляного полотна дороги служат слабые грунты с пониженными прочностными характеристиками(что характерно для Западной Сибири), то при изменении внешних условий, в частности, при увеличении скорости и интенсивности движения, могут проявиться болезни земляного полотна, связанные с оседанием и расползанием основания земляного полотна [1].
Для глубинного закрепления грунтов с целью изменения и стабилизации на более высоком уровне их физико-механических свойств в настоящее время успешно применяют ряд способов. Они основаны на введении под давлением в грунт твердеющих жидких материалов. Процесс производится благодаря системе внедренных в грунт стальных труб – инъекторов, через которые осуществляется нагнетание в грунт закрепляющих или дренирующих материалов (рис. 1).
Рис. 1. Лечение земляного полотна с использованием кольцевых пневмоударных машин
Погружение и извлечение инъектора наиболее целесообразно производить разработанными ИГД СО РАН пневмоударными машинами со сквозным осевым каналом. При этом не требуется дорогостоящих и громоздких буровых установок, которые к тому же нельзя установить на высоких откосах насыпей и выемок. Конструкция машины не предполагает использование грузоподъемных механизмов и обеспечивает погружение в грунт стержневого элемента (например, инъектора) целиком или отрезками любой длины. Это позволяет совмещать при работе различные технологические операции, производя одновременно с забиванием или извлечением инъектора подачу в грунт различных материа-
121
Международная научно-практическая конференция
лов или устанавливать в образовавшуюся скважину необходимые конструктивные элементы.
Основным резервом совершенствования кольцевых пневмоударных машин является снижение потребления энергоносителя. По имеющимся данным утечки через подвижные сопряжения в обычных бесклапанных машинах могут доходить до50 % от общего расхода сжатого воздуха [2].
Исследования, проведенные в ИГД СО РАН показали, что эффективным методом снижения расхода энергоносителя при производстве работ по укреплению грунтовых сооружений, может служить создание кольцевой пневмоударной машины, в которой для воздухораспределения используется упругий клапан, выполненный в виде резинового кольца круглого или четырехугольного сечения, которое сидит на оправке и размещено в цилиндре с круговым зазором, который и является клапанной щелью. Ее перекрытие обеспечивается растяжением кольца при создании перепада давления. Неоспоримым конструктивным достоинством кольцевого упругого клапана являются простота и компактность. Важно также, что при малых перемещениях он способен управлять большим проходным сечением [3, 4].
Для создания адекватной математической модели поведения упругого клапана в пневмоударной машине необходимо знать свойства материала, из которого выполнен этот элемент. Эти свойства в случае с упругим клапаном можно выразить через такие параметры как модуль упругости, жесткость и коэффициент вязкого сопротивления. В первую очередь именно от них зависит качество работы упругого клапана в системе воздухораспределения пневмоударной машины [5].
В литературе отсутствуют данные об упругих свойствах маслобензостойких резин, работающих в режиме растяжения. В технических характеристиках резин упругие свойства также обычно не приводятся. Указывается только твердость. Поэтому для расчетов желательно иметь значение динамического модуля упругости, который определяется в режиме периодического нагружения с заданной частотой.
На основании этого появилась необходимость в проведении экспериментов, позволяющих оценить значения интересующих нас
122
Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2
параметров резин. На первом этапе исследований циклы нагружения и разгрузки осуществлялись в квазистатическом режиме.
Условия |
эксперимента |
|
|||
следующие (рис. 2). Испыту- |
|
||||
емый образец длиной 300 мм |
|
||||
и сечением 15×15 мм жестко |
|
||||
фиксировался |
своим |
верхним |
|
||
концом. К нижнему концу об- |
|
||||
разца |
подвешивались пооче- |
|
|||
редно 15 грузов по 1 кг каж- |
|
||||
дый. |
После |
подвешивания |
|
||
каждого |
груза |
измерялась |
|
||
полная |
|
длина |
образца. Испы- |
Рис. 2. Схемы статического и |
|
тания |
проводились |
при тем- |
динамического экспериментов |
пературе +20 ˚С. Эксперимент состоял из 5 циклов нагружения-разгружения и повторялся 3 раза.
На рис. 3 представлены результаты, отражающие изменение модуля упругости при циклическом растяжении образца.
Рис. 3. Относительное удлинение образца при изменении нагрузки
Видно, что нагрузочная характеристика практически линейна и имеет гистерезисную петлю, обусловленную внутренним трением. Учитывая статический характер нагружения, такая петля может соответствовать модели упругой системы с сухим трением
(рис. 4).
123
Международная научно-практическая конференция
Рис. 4. Механическая модель системы с сухим трением
иее нагрузочная характеристика
Втаком случае интересующая нас упругая составляющая реакции образца:
Fу = F - Fтр sig n x& = e ct gg. |
(1) |
Кроме того, имеем: |
|
E = Fу /(e s). |
(2) |
Поскольку для резины коэффициент Пуассона ≈0,5, то коэффициент уменьшения площади поперечного сечения образца равен (1– ε), т.е. s = so (1 – ε). Принимая во внимание (1) и (2) получаем:
Eo = E(1- e) = ct gg / so = const. |
(3) |
Следующим шагом определения упругих свойств материала стало исследование образца при динамическом нагружении.
Условия эксперимента по определению параметров следующие. Образец материала квадратного сечения10×10 мм длиной 300 мм. Предварительное растяжение образца осуществлялось грузами массой от 3,04 кг до 10,97 кг. Было проведено по 3 измерения для каждой массы, при длинах образца 100 мм и 200 мм, предварительное растяжение образца составляло200 Н, 150 Н и 100 Н при температуре 20 ºС. Было проведено – 24 эксперимента.
Во время испытания образец, с закрепленным на его нижнем конце грузом фиксированной массы натягивался предварительным усилием. После мгновенного снятия усилия образец совер-
124
Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2
шал свободные затухающие колебания. Осциллограмма свободных колебаний образца показана на рис. 5.
Рис. 5. Динамические испытания образца
В результате компьютерного моделирования динамической системы с сухим трением в программе ITI SimulationX, был получен график, представленный на рис. 6, а. Видно этот график не согласуется с результатами экспериментов (рис. 5). Совпадение с экспериментальными данными дает модельный график колебания системы с вязким трением (рис. 6, б). Из этого следует достаточно очевидный вывод, что модель упругого клапана при его режиме работы может быть обоснованной только на учете вязкого трения.
С динамической точки зрения рассматриваемая система имеет одну степень свободы и является системой с вязким трением. Дифференциальное уравнение движения имеет вид:
; |
(4) |
. |
|
Решение уравнения имеет вид и представляет собой затуха- |
|
ющие колебания: |
|
, |
(5) |
где а – амплитуда колебаний, р – частота собственных колебаний системы, – начальная фаза.
Произведение – представляет собой верхнюю огибающую кривой затухающих колебаний.
125
Международная научно-практическая конференция
а)
б)
Рис. 6. Механическая модель системы: а – с сухим трением; б – с вязким трением
Интересующие нас параметры определяли по известным -за висимостям: параметр b – коэффициент демпфирования b = 2mn ; где n = k/2m – коэффициент, зависящий от свойств системы (показатель степени экспоненты, огибающей кривую колебаний).
статическая жесткость определялась по величине линейной деформации от приложенной нагрузки – Cc = mg/∆L, где m – масса груза, кг; ∆L – статическое удлинение, м; динамическая жест-
кость, по зависимости – |
|
|
. |
По результатам экспериментов |
получены следующие данные, |
представленные в графическом виде на рис. 7. Значение статической жесткости для испытуемого образца длиной 100 мм составило
– Сст = 4100 Н/м, динамической жесткости Сдин = 4800 Н/м. Интересная зависимость была получена между жесткостью и
коэффициентом демпфирования. Оказалось, что для всех рассматриваемых случаев она имеет определенную закономерность и не зависит от длины образца. Данный вывод позволяет нам с определенной долей уверенности говорить о том, что можно определить
126
Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе. Часть 2
искомый коэффициент демпфирования b через известную величину жесткости С.
а) |
б) |
b, Нс/м |
С, Н/м |
|
m, кг |
m, кг |
Рис. 7. Зависимости коэффициента демпфирования (а) и динамической жесткости (б) от массы m (экспериментальные данные и аппроксимация)
Что касается жесткости С, то из линейной теории упругости:
. |
(6) |
Если ее применять к нашему образцу получается следующая картина. Образец растягивается с относительной деформацией ε, при этом сечение s меняется с учетом коэффициента Пуассона ν:
, |
(7) |
где – площадь поперечного сечения образца в свободном состоянии.
Тогда
|
|
|
|
|
|
|
, |
(8) |
где – длина оюразца в свободном состоянии. |
|
|||||||
При ν = 0,5 зависимость выглядит следующим образом: |
|
|||||||
|
|
|
|
. |
(9) |
|||
|
|
Для эластичных материалов возникает следующая ситуация: поскольку для них ε = 2 (т.е. 200 %) – деформация вполне реальная, тогда по формуле при ε = 2 получаем C = 0! И это естественно, так как линейная теория работает при малых ε.
127
Международная научно-практическая конференция
Выходит, что для эластичных материалов значение коэффициента Пуассона ν не постоянно и вполне вероятно зависит от деформации ε.
Данное утверждение можно проверить экспериментально при растяжении образца:
, |
(10) |
где w – параметр, зависящий от изменения геометрической формы образца при приложении к нему растягивающей нагрузки.
Проведенные эксперименты показали следующее – при увеличении относительной деформации значение коэффициента Пуассона меняется, как показано на рис. 8.
ν
νa
νb
ε
Рис. 8. Зависимость коэффициента Пуассона в двух осях сечения образца от относительной продольной деформации
На рис. 9 представлено изменение параметра w от величины продольной относительной деформации. График имеет характер, говорящий об изменении соотношения между модулем упругости
Еи жесткостью материала С при его деформации ε.
Врезультате экспериментов получены данные, необходимые для составления адекватной математической модели упругого клапана и введения ее в модель пневмоударной машины. К таким параметрам относятся модуль упругостиЕ, коэффициент демпфирования b, жесткость С. Построение моделей позволит облегчить (автоматизировать) процесс выбора геометрических пара-
метров кольцевого упругого клапана и сопряженных с ним
128