867

Примерный вид деталей дифференциала приведен на рисунке 2.

Рис. 2. Эскизы деталей дифференциала Красикова для велосипеда

Установлено, что закон движения велосипедиста по грунтовой дороге, исходя из реальной средней скорости 25 ,что соответствует средней угловой

скорости вращения колес велосипеда , выражается формулой

,рад/c,

где t – время в с.

Тогда угловое ускорение, с которым движется корпус дифференциала, равно ,

Рассмотрим схему нагрузки, приложенной к шарику дифференциала . Пусть шарик находится в горизонтальной плоскости дифференциала, так как это показано на рисунке 3.

Рис. 3. Схема нагрузки на шарик.

171

На шарик действуют силы – - вес;

-окружная сила от цепной передачи; - реакция винта. Это внешние силы, приложенные со стороны тел си-

стемы дифференциала и поля силы тяжести.

Свяжем с шариком подвижную систему координат где ось

Эта система координат подвижна. Свяжем с главной осью заднего моста две другие системы координат – неподвижную и подвижную ось Z, которая вращается с угловой скоростью вокруг неподвижной главной оси заднего моста.

Шарик совершает сложное движение, которое раскладывается на вращение вместе с корпусом – переносное с угловой скоростью и сложное движение

вдоль канала – вращение вокруг своего мгновенного центра скоростей в точке

с некоторой угловой скоростью и движение по каналу (поступательное). Точка движется по винтовой линии за счет сил тяги и силы трения.

Так как движение будем рассматривать в относительной системе отсчета, то учитываем все силы, приложенные к шарику из других систем отсчета. Из переносной системы отсчета на шарик действует переносная сила инерции (Даламберова) и переносная Кориолисова сила .

Тогда в общем виде движение шарика происходит по второму закону динамики, выражение которого имеет вид

+

где – масса шарика.

Сила тяги, развиваемая велосипедистом за счет мускульной силы, определяется через маховой момент ног велосипедиста на кривошипах с педалями

длиной 175 мм и передается при максимальной передаче с передаточным числом и коэффициентом полезного действия цепной передачи на диф-

ференциал с условным диаметром шариков 30 мм. В результате расчетная сила тяги равна

Определим переносное и кориолисово ускорения шарика при движении по окружности в корпусе дифференциала по рисунку 4.

Рис. 4. Схема для определения Кориолисова ускорения шарика.

172

Переносные осестремительное и вращательное ускорения шарика соответственно равны

Тогда по принципу Даламбера им соответствуют проекции переносной силы инерции, направленные противоположно ускорениям и равные по модулю соответственно

Схема для определения Кориолисовой силы инерции , действующей на шарик, представлена на рисунке 5.

Рис. 5. Схема для определения Кориолисовой силы инерции

Кориолисово ускорение шарика , где относительная ско-

рость шарика при движении по резьбе винта условно принимается направленной по круглому желобу резьбы.

Кориолисову ускорению соответствует переносная Кориолисова сила инерции

В проекциях на координатные оси уравнение (1) примет вид

(2)

Первое уравнение системы (2)- неоднородное линейное дифференциальное уравнение второго порядка, корни которого имеют вид

+B cos ,

Где и – постоянные коэффициенты, определяемые из начальных условий движения шарика, однородного характеристического уравнения:

173

Постоянные коэффициенты необходимо определить, проанализировав движение корпуса дифференциала при повороте канавок с шариками из положения 1 в положение 2 по рисунку 6.

Если принять, что движение корпуса происходит из состояния покоя с угловой скоростью, указанной выше, то, проинтегрировав выражение угловой скорости и подставив в него угол поворота , получим время t, за которое ряд ша-

риков 1 переместился в положение 2. Тогда, подставив время t в общее решение уравнения, получим общее выражение закона движения шарика по оси :

Из последнего уравнения системы (1) определим закон движения шарика по координате , при учете зазора между корпусом и резьбой винта дифференциала по рисунку 7.

Рис. 6. Схема поворота шариков в корпусе дифференциала

Рис. 7. Схема диаметральных зазоров дифференциала.

174

Условие прохождения зазора по координате - условие равнопеременного движения -

При учете начальных условий движения и зазора, а также предположив, что при повороте шарика на угол зазор будет пройден и шарик коснется кор-

Подставив выражение (3) в дифференциальное уравнение относительного движения шарика по координате получим выражения проекции ускорения шарика на ось для любого момента времени

=-

При длительном движении слагаемое обнуляется.

Таким образом, в относительном движении шарик совершает сложное циклическое движение и его ускорение направлено не по оси движения. Это позволяет вычислить точно силу, действующую на шарик в любой момент времени.

Если дифференциал сконструирован так, что цепочка шариков непрерывна, по полученным ускорениям можно проанализировать условия работы шариков во всех частях цепочки и более точно оценить деформации материалов деталей дифференциала, скорректировать форму дорожек и канавок корпуса, уточнить радиусы скруглений на зубьях винта и фасок на корпусе и крышках дифференциала с целью оптимизировать контактные напряжения в деталях.

Литература 1.Лачуга Ю.Ф.,Ксендзов В.А. Теоретическая механика. Учебное пособие для ву-

зов. М.: КолосС,2005,с.576.

2.О.П.Леликов. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. Конспект лекций по курсу деталей машин. Москва, Машиностроение, 2007. 500с.

3.А.С.Вольмир, Ю.П.Григорьев, А.И.Стакевич. Сопротивление материалов. Москва, Дрофа, 2007,с.591.

4.ОСТ 2 Р31-5-89. Шариковые винтовые передачи. ТУ.

5.ГОСТ 25329 -82. Станки металлорежущие. Передачи винт-гайка качения.

175

УДК 631.212 : 625.7

Ю.А. Барыкин, Д.Т. Калимуллин, Пермская государственная сельскохозяйственная академия, г. Пермь, Россия

О СОХРАНЕНИИ И УЛУЧШЕНИИ МАЛЫХ И СРЕДНИХ МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ В УРАЛЬСКОМ РЕГИОНЕ

Аннотация. В данной статье проведена оценка и анализ технического состояния малых и средних мостовых сооружений в Уральском регионе. Определены основные виды дефектов свайно-балочных железобетонных мостов.

Из анализа технического состояния мостовых сооружений можно сделать выводы о том, что для обеспечения их сохранности необходима обоснованная и понятная организация эксплуатации сооружений, которая может быть создана и функционировать при управлении ею специалистами профессионалами, имеющими дорожное и мостовое образование, практический опыт проектирования, строительства и эксплуатации, обладающими знаниями материаловедения и расчѐтов конструкций.

Развитие процесса строительства малых и средних мостов, увеличение их долговечности связано также с необходимостью постановки и решения соответствующих научных и инженерных задач.

Авторы данной статьи могут предложить проведение научных работ по обозначенной тематике.

Ключевые слова: мостовые сооружения, техническое состояние, технология производства изделий, жѐсткие смеси, инженерные задачи

К началу 2000 годов в Уральском регионе в целом обеспечены пути сообщений между населѐнными пунктами малыми и средними мостовыми сооружениями. Значительное количество сооружений построено по типовым проектам с балочными железобетонными конструкциями стандартизированных размеров длиной 9,12,15,18 м. Малые мосты длиной до 25 – 30 м построены в основном с применением балок меньших размеров, средние мосты длиной более 25 – 30 м построены с применением балок больших размеров. Количество пролѐтов малых мостов в основном не более трѐх. Средние мосты характеризуются наличием в основном трѐх или более пролѐтов. Наиболее простыми конструкциями опор являются однорядные свайные фундаменты, объединѐнные железобетонными насадками. Средние мостовые сооружения характеризуются более сложными и массивными опорами.

Имеется также значительное количество мостовых сооружений, построенных в различных комбинированных вариантах с пролѐтами различной длины, с применением металлического сортамента, а также деревянных. Преимущественно мосты с деревянными опорами и пролѐтными строениями разрушены, или характеризуются малой грузоподъѐмностью. Комбинированные варианты мостов эксплуатируются без чѐтких правил эксплуатации, часто с дефектами и иногда с сверхнормативными нагрузками.

176

Значительное количество малых мостов расположено в сельской местности, а также на дорогах, соединяющих между собой территории районов.

Особенностью малых железобетонных мостов является наличие мостов с балками длиной менее девятиметрового стандартного размера, например, длиной 8,65 м (иногда с точностью изготовления до нескольких сантиметров).

Основные виды дефектов свайно-балочных железобетонных мостов следующие:

-смещение оси моста относительно оси дороги;

-коррозия и разрушение блоков бетонного ограждения проезжей части моста;

-коррозия и деформации перильного ограждения моста;

-коррозия и разрушение поверхности пешеходной части моста;

-затруднѐнность поверхностного водоотвода;

-различные дефекты гидроизоляции деформационного шва;

-превышение допусков геометрических размеров балок;

-недостаточная прочность и морозостойкость бетона насадки и шкафной

стенки;

-недостаточная прочность и морозостойкость цементного раствора;

-коррозия и разрушение блоков шкафной стенки моста;

-коррозия и разрушение бетона насадки опорной части;

-не симметричное нагружение свай;

-коррозия поверхности свай;

-отсутствие укреплений и благоустройства подмостовой и близко расположенной части сооружения

Некоторые сооружения характеризуются также и другими видами дефектов. Оценка и анализ технического состояния малых и средних мостовых со-

оружений позволяет сделать выводы о том, что для обеспечения их сохранности необходима обоснованная и понятная организация эксплуатации сооружений. Практика показывает, что обоснованная эксплуатация и содержание мостовых сооружений на территория Уральского региона не созданы и не может быть организована и обеспечена менеджерами с экономическим и другим не дорожномостовым образованием. Необходимая система эксплуатации и содержания может быть создана и функционировать при управлении ею специалистами профессионалами, имеющими дорожное и мостовое образование, практический опыт проектирования, строительства и эксплуатации, обладающими знаниями материаловедения и расчѐтов конструкций.

Развитие процесса строительства малых и средних мостов, увеличение их долговечности связано также с необходимостью постановки и решения соответствующих научных и инженерных задач.

Авторы данной статьи могут предложить разработку долговечных составов бетонов и растворов, технологий производства работ, методов испытаний бетонов

ирастворов, системы контроля качества производства работ, новых конструкции свайно-балочных мостовых сооружений, проектов реконструкции мостовых сооружений, правил содержания мостовых сооружений. Увеличение количества рассматриваемых вариантов конструкций возможно при проведении расчетов си-

177

ловых элементов мостовых сооружений методами сопротивления материалов и строительной механики с применением пакета программного обеспечения

MathCad.

Особое беспокойство вызывает отсутствие у строителей теории и практики применения долговечных составов бетонов и растворов, обладающих требуемой прочностью и морозостойкостью.

Прочность и морозостойкость бетонов зависит от многих факторов: минералогического состава цемента, наличия, вида и содержания применяемых добавок, сочетаемости применяемых добавок, прочности, морозостойкости и минералогического состава щебня, правильного подбора состава смеси, технологии производства бетонных смесей, технологии производства железобетонных изделий, технологии производства бетонных работ на объекте. Достижение требуемой прочности и долговечности сооружений из бетона и железобетона требует знания материаловедения, технологии работ, а также трудов известных учѐных и специа-

листов [1, 2, 3].

Известно, что наиболее эффективными с точки зрения экономии цемента при достижении значительной прочности и морозостойкости являются бетоны, изготовленные из жѐстких смесей. Такие бетоны также обладают высокими значениями модуля упругости, хорошим сцеплением с арматурой и усталостной долговечностью.

С целью контроля качества при производстве жѐстких бетонных смесей и бетонных (железобетонных) изделий для малых мостов, а также дорожного, малоэтажного строительства, производственных зданий общей высотой менее 20м и благоустройства территорий разработан стандарт организации СТО 580000 (574500) – 008 – 26594793 Рекомендации по контролю качества бетонов на предприятии – изготовителе [4].

Стандарт организации рекомендуется для опытного внедрения и получения массива экспериментальных данных по контролю качества бетонных смесей и изделий.

Требования настоящего стандарта организации должны соблюдаться для составов тяжѐлых бетонов, подобранных в соответствии с утверждѐнными нормами и правилами, а также при условии применения жѐстких смесей, использования заполнителей крупностью не более 40мм и содержании цемента (шлакопортландцемента) не менее 220 кг на 1 м3 бетона.

Подобранные составы бетонов класса по прочности на сжатие не менее B7,5 должны обеспечивать проектные требования бетона по необходимым критериям прочности и по морозостойкости.

Работу инженеров – специалистов по подбору составов бетонов следует считать правильно организованной и правильно выполняемой при условии достижения коэффициента вариации прочности бетона на сжатие V не более 0,11. При значении коэффициента вариации прочности на сжатие более 0,11 необходимо проведение обучения персонала лаборатории, а также обеспечение лаборатории необходимыми приборами и приспособлениями.

178

При производстве бетонных смесей и бетонных изделий следует ориентироваться на достижение коэффициента вариации прочности бетона на сжатие не более 0,13. Поэтому проектирование конструкций и подбор состава цементобетона рекомендуется производить с запасом по критерию класса бетона по прочности на сжатие, а также какому-либо другому критерию качества.

Контроль качества смесей и бетонов должен обеспечить получение бетонных изделий и конструкций нормированного класса бетона по прочности обеспеченностью не менее 0,95 при твердении в нормальных условиях.

Литература

1.Баженов Ю.М. Технология бетона.- М.: Высшая школа, 1987.- 415с

2.Ратинов В.Б., Иванов Ф.М. Химия в строительстве. – М.: Стройиздат, 1977.

– 220с.

3.Шестопѐров С.В. Контроль качества бетона транспортных сооружений. – М.:

Транспорт, 1969. – 224с.

4.СТО 580000 (574500) – 008 – 26594793 Рекомендации по контролю качества бетонов на предприятии – изготовителе. ООО «НТЦ «Транспортные сооружения». Сост. Д.Т. Калимуллин. Пермь. 2013. - 8с.

УДК 621.31

С.М. Боровских, И.С. Дорофеева, Пермская государственная сельскохозяйственная академия, г. Пермь, Россия

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗОНАНСА В ЛИНЕЙНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

Аннотация. Наряду с электрическими машинами с вращающимся ротором в промышленности и в сельском хозяйстве используют линейные двигатели. В статье рассматриваются возможности применения линейных двигателей с использованием резонансных явлений. Приведены условия возникновения резонанса, представлены схемы и векторная диаграмма линейного двигателя с использованием резонанса тока и напряжения. Проведѐнный анализ показывает, что можно существенно снизить энергопотребление при эксплуатации данных двигателей.

Ключевые слова: линейный двигатель, резонанс токов, резонанс напряжений, энергосбережение.

В существующих асинхронных электрических машинах переменного тока стараются избегать резонансных явлений, но в трѐхфазных двигателях используют для создания вращающего момента при питании однофазным напряжением корректирующие элементы в виде конденсаторов. При этом приходится сталкиваться с рядом нежелательных явлений, таких как повышение реактивных токов, вызывающих перегрев двигателя и потерю мощности до 50%, что приводит к перерасходу электрической энергии и об экономии еѐ говорить не приходится. Следовательно, трѐхфазный асинхронный двигатель не предназначен для эксплуатации в однофазном режиме. Выпускаемые промышленностью однофазные двигатели для создания вращающегося момента имеют две обмотки возбуждения, сдвинутые на фазовый угол , они более экономичны, но не обходятся без допол-

179

нительных элементов запуска, чтобы вывести машину с начального пуска из колебательного момента во вращательный. Выпускаются они чаще для бытовых условий на небольшие мощности, когда сравнительно малые токовые нагрузки.

Линейные двигатели (далее ЛД) работают по принципу не вращающегося, а бегущего поля, в которых электропитание может быть не только от промышленного источника трехфазного напряжения, но и от двухфазного или однофазного напряжения. Статор ЛД выполнен в развѐрнутом виде и может представлять различные модификации вплоть до поточных линий. Они проще в изготовлении, не имеют вращающихся частей и используются в промышленности при транспортировке, обработке, очистке различных ферромагнитных материалов в жидких средах. Схемные решения ЛД разнообразны [1] и обладают хорошими возможностями в применении.

Более мощные ЛД допускают повышенные нагрузочные токи в целях достижения хороших тяговых характеристик и применяются на транспорте.

Рис.1 – Принцип создания бегущего поля ЛД (пояснения в тексте)

В настоящее время вызывают интерес ЛД при питании от однофазного источника с использованием резонанса тока и напряжения. Принцип такого схемного решения ЛД простой. Для этого воспользуемся аналогией и сравним ЛД с трансформатором напряжения, у которого вторичная обмотка по числу витков одинакова с первичной. На Рис.1 условно показан статор ЛД, состоящий из двух индукторных частей - 1, имеющий ограниченную длину по технологическому назначению. Полюса статора индуктора или магнитопроводы – 2 установлены навстречу друг другу. Обмотки возбуждения – 3 расположены в пазах индукторных полюсов в обеих частях статора напротив друг друга и соединены через равные шаговые промежутки τ1=τ2 в согласном направлении по току последовательно или параллельно, и которые в целом образуют парные обмотки возбуждения – 3 и 5. Обмотки – 3 подключены к однофазному источнику питания, а вторичные обмотки – 5 подключены к емкостной нагрузке, к конденсатору. Создаваемый токами обмоток магнитный поток Ф показан на Рис.1 позицией - 4. Между полюсными наконечниками и катушками расположен направляющий канал – 6, выполненный из неферромагнитного материала в виде каркаса, короба или желоба. Поскольку вторичные обмотки – 5 подключены на конденсатор, это даѐт фазовый

180