ИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО. ТЕХНИКА В ЦЕЛОМ

Одним из перспективных направлений в области фундаментальных исследований признано создание интеллектуальных биомехатронных технологий различного назначения. Развитие робототехники вызвало появление различного рода тактильных датчиков, предназначенных для геометрического распознавания предметов окружающего пространства. В связи с возрастающими требованиями по надежности и качеству актуальной становится задача обнаружения скрытых дефектов, проявляемых, в частности, через различные сбои в аппаратуре, включая датчики. Поэтому целью исследования является предложение различных методов активной диагностики, а также информативных параметров, позволяющих обнаруживать и регистрировать сбои. Рассмотренные и предложенные в работе методы и средства обнаружения и регистрации сбоев в аппаратуре позволяют ставить на повестку дня вопросы разработки, создания и эксплуатации бессбойной аппаратуры с модернизацией существующих ГОСТов по надежности.

Детали сложной пространственной конфигурации из полимерных материалов часто изготавливают методами литья или объемной штамповки, что сопровождается образованием на поверхностях деталей остатков литниковых систем и облоя. Устранение или предотвращение появления этих дефектов на операциях формообразования приводит к значительному удорожанию технологического оснащения. Поэтому удаление облоя с полимерных деталей после литья или штамповки является трудоемкой технологической операцией, механизация которой является актуальной. Центробежно-планетарная объемная обработка является одним из наиболее производительных способов механизации зачистки. Цель исследования: разработка технологии эффективного удаления облоя с полимерных деталей небольшой массы и размеров. Исследована зависимость выхода годных и бракованных деталей от основных технологических факторов центробежно-планетарной объемной обработки. Предложена методика расчета, позволяющая реализовать способ зачистной обработки полимерных деталей с однократной дозированной подачей хладагента. Оптимизированы режимы для группы промышленных мелкоразмерных деталей.

Объектом исследования являются конструкции чувствительных элементов (ЧЭ) и измерительных модулей (ИМ) полупроводниковых датчиков давления. Предмет исследования – процессы оптимизации и унификации номенклатуры ЧЭ и ИМ датчиков физических величин. Целью работы является уменьшение себестоимости датчиков физических величин без снижения уровня их технических характеристик и показателей надежности. Разработаны конструктивно и функционально законченные унифицированные ЧЭ и ИМ датчиков статических и динамических давлений. Проведен анализ себестоимости датчиков, изготовленных на базе унифицированных ЧЭ и ИМ.

Расширение динамического и частотного диапазонов измерения параметров виброколебаний относится к важным задачам совершенствования аппаратуры виброакустической диагностики и мониторинга сложного технического оборудования. В ряде случаев необходимый результат достигается путем одновременного использования двух датчиков, отличающихся значениями коэффициентов преобразования или рабочими диапазонами частот. Однако такое решение не всегда технически выполнимо. Целью данной работы является создание пьезоэлектрических акселерометров, предназначенных для измерения в двух перекрывающихся динамических или частотно-динамических диапазонах. На примере преобразования ускорения в электрический сигнал с использованием прямого пьезоэффекта рассмотрены основные принципы построения двухдиапазонных электромеханических преобразователей акселерометров. Проведен анализ особенностей их работы в режимах измерения напряжения и заряда. На основе предложенных критериев конструирования разработаны и экспериментально исследованы варианты макетных образов двухдиапазонных акселерометров.

К числу широко известных и перспективных методов оценки частотно-временных характеристик сигналов относятся методы, основывающиеся на построении и анализе функции неопределенности. В задачах радионавигации и оценки местоположения источников радиоизлучения такими характеристиками являются взаимная временная задержка и относительный доплеровский сдвиг частоты, возникающие при распространении сигнала от источника до разнесенных в пространстве приемников. Функция неопределенности в данном случае используется для одновременной оценки задержки и доплеровского сдвига частоты. На основе расчета взаимных временных задержек построен разностно-дальномерный метод оценки местоположения объектов, а значение доплеровского сдвига частоты используется для оценки скорости движения излучающего объекта. Одной из серьезных проблем, возникающих при практическом применении функции неопределенности, является большой объем вычислений, требующихся для ее расчета. Основной целью данной работы является разработка вычислительно эффективного метода расчета функции неопределенности с использованием параллельных вычислений на графических процессорах.

Предметом исследования является параллельная работа автономных однофазных инверторов тока на общую индукционную печь. Тема исследования: анализ переходных и установившихся электромагнитных процессов при оперативной адаптации структуры многомодульного источника питания индукционной печи к изменяющимся в процессе плавки параметрам нагрузки. Цель работы: повышение эффективности использования силового оборудования, его надежности и срока службы. Исследования проводились с использованием системы компьютерного моделирования PSIM.

Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований вибрационной обработки деталей из хрупких материалов. Технологические параметры такой обработки в настоящее время определяются на основании предварительных экспериментальных исследований, что значительно повышает ее стоимость и время проведения. Обрабатываемые материалы разделены на две группы. К первой относятся те, которые являются хрупкими при обычных условиях (реактопласты, твердые сплавы и др. ), ко второй - которые перед обработкой следует охлаждать до хрупкого состояния (термопласты и резины).

Предлагается новый виброакустический метод измерения износа режущего инструмента с использованием трехтактного интегрирования для станков с числовым программным управлением. Виброакустическое устройство, основанное на этом методе, позволяет повысить точность измерения состояния режущей кромки инструмента за счет подавления помех двух некоррелированных между собой частот. Интегрирование производится за два равных первых такта, длительность которых кратна периоду первой сетевой помехи.

Рассмотрены вопросы совершенствования проектирования технологических процессов в машиностроении за счет проверки обеспечения технологией точности изготовления деталей методами автоматизированного размерного анализа.

Представлены результаты анализа литейного производства с точки зрения особенностей изделий авиационной техники, предложена последовательность разработки технологического процесса изготовления отливки с применением технологии быстрого прототипирования, а также проведено сравнение разработанных схем процесса конструкторско-технологической подготовки производства с применением новых информационных технологий и без.

Рассматривается моделирование седиментации механических примесей на основе значений второй производной площади, занимаемой достигнувшими дна колбы частицами и определяемой обработкой цифрового видеофильма. Предложен метод снижения погрешностей двойного дифференцирования путем использования особенностей распределения по размерам частиц шлифовального шлама. Получены уравнения и разработаны алгоритмы, позволяющие оценивать дисперсный состав твердых примесей в жидких средах.

Предложена методика определения режимов глубинного алмазного шлифования труднообрабатываемых материалов, обеспечивающая максимальную производительность процесса. При этом научнообоснованно определяется предельная скорость перемещения детали и прогнозируется возможность засаливания круга для глубинного алмазного шлифования при выбранных режимах.

Рассматривается стойкость режущего инструмента, качество обработанной поверхности и температура в зоне резания при точении хромистой стали с применением охлаждения вихревым ионизатором.

Рассмотрены причины возникновения систематических погрешностей информационно-измерительной системы измерений биений вала на базе датчика с бегущим магнитным полем. Для анализа причин возникновения погрешностей использована компьютерная модель, разработанная авторами с использованием среды MatLAB. Приведены результаты исследований погрешности реальной информационно-измерительной системы.

Приведены исследования характера переходных процессов при управлении инерционными объектами с запаздыванием. Экспериментально определены параметры переходных процессов и степень их влияния на величину инерционного роста регулируемой величины при воздействии на объект одиночным импульсным сигналом. Предложена зависимость для определения величины инерционного роста от выявленных параметров.

Рассмотрен кавитационный механизм наноструктурирования поверхностного слоя деталей, содержащего микротрещины, в условиях импульсных волн напряжений, возникающих в результате ударного взаимодействия алмазных зерен с обрабатываемой поверхностью. Показано, что чем уже спектр вибрационных колебаний, тем более эффективно влияют импульсные волны напряжений на звукокапиллярный эффект. Теоретически исследован один из возможных механизмов образования кластеров из наночастиц в объеме микротрещин поверхностного слоя детали, связанный с 2D-диссипативным туннелированием электронов через потенциальные барьеры окисной пленки наночастиц. Экспериментально подтверждена возможность управления качественными характеристиками поверхностного слоя при шлифовании ферритов путем использования технологической жидкости, модифицированной наночастицами металла.

Показано, что при определенного вида намеренно создаваемом неоднородном охлаждении можно не только количественно, но и качественно изменять эпюру остаточных радиальных напряжений. Предложено использовать неоднородное температурное поле как управляющий фактор, регулирующий величину и кинетику остаточных напряжений.

Получена высокотемпературная матрица для жаростойких поризованных материалов на основе алюмоборфосфатного связующего и порошка алюминия ПОС-15, отличающаяся более регулируемым структурообразованием по сравнению с подобными материалами с использованием алюминиевой пудры ПАП-1. Изучены основные показатели взаимодействия исходных компонентов и физико-химические процессы, протекающие в материале при его твердении и нагревании.

Рассмотрено контактное взаимодействие стальных шаров с обрабатываемыми поверхностями деталей при объемной отделочно-упрочняющей обработке в контейнерах с планетарным вращением. Разработана пространственная модель шероховатой поверхности, позволяющая оценить параметры шероховатости и глубину упрочнения поверхностного слоя. Предложен алгоритм определения технологических режимов и условий центробежной обработки, обеспечивающих достижение требуемых параметров шероховатости поверхности и глубины упрочнения металла для различных материалов обрабатываемых деталей.

Рассмотрена конструкция измерительного преобразователя вращающего момента типа сопло-заслонка, разработанного для систем автоматического управления приводами промышленного оборудования. Приведена методика расчета статической характеристики преобразователя.

Рассматривается актуальная задача многовариантной совместной оптимизации выбора мощностей передатчиков и частотно-территориального планирования на местных и технологических сетях радиосвязи со звездообразной топологией и повторным использованием частот. Впервые разработано математическое и программное обеспечение для решения указанной задачи оптимизации. Для оценки эффективности оптимизации проведены результаты обширных вычислительных экспериментов с использованием разнообразных моделей сетей с топологией "звезда".

Предлагается применение метода цифрового спектрального оценивания Прони для уменьшения времени измерения параметров комплексного сопротивления высокоомных электрических цепей устройствами на основе измерительных схем с коммутируемыми опорными элементами.

Представлены результаты сравнительной оценки динамических параметров для двигателей внутреннего сгорания, выполненных по классической схеме с центральным кривошипно-шатунным механизмом и с кривошипно-шатунным механизмом со сдвоенными кинематическими связями, выполненном с использованием двух коленчатых валов. Расчеты проводились при определенных условиях и допущениях. Теоретические выкладки даны на основе приведенной расчетной схемы, имеют классический подход к определению значений, расчеты которых велись в программной среде MathCad по классическим и оригинальным зависимостям.

Газовые плавильные агрегаты на водородном топливе позволяют вести плавку шихтовых материалов, имеющих высокую температуру плавления. Добавка в продукты горения углеродосодержащих веществ снижает энергоемкость процесса плавки, достигается повышение температуры, уменьшается расход топлива, повышается производительность плавильного агрегата.

Получены зависимости, устанавливающие взаимосвязь режимов обработки поршневых колец с фрактальными параметрами и другими показателями качества поверхности, позволяющие обеспечивать заданные эксплуатационные свойства поверхности колец.

Описывается новый метод осуществления метрологического самоконтроля в интеллектуальном акустическом пьезоэлектрическом датчике, а также технических средств, автоматически реализующих этот метод. Представлены результаты практических исследований, которые подтверждают возможность реализации описанного метода, а также применение его для мониторинга сложных объектов.

Рассмотрены принципы функционирования разработанной авторским коллективом автоматической измерительной системы для контроля геометрических параметров колесных пар железнодорожного подвижного состава, приведено описание разработки и аппаратной реализации приборов, интегрируемых в ее состав.

Существующие технологические процессы изготовления тонкостенных подшипников скольжения характеризуются низкой эффективностью. Решение проблемы видится в применении прогрессивных, металлосберегающих способов обработки. На примере изготовления самосмазывающихся тонкостенных подшипников скольжения предлагается методика моделирования технологических операций формирования их рабочих поверхностей в системах автоматизированного инженерного анализа SolidWorks и ANSYS, а также новый технологический процесс.

Синтезированы математические модели нелинейных элементов преобразователей "угол-параметр-код" с учетом параметров, влияющих на точность. Показана взаимосвязь моделей и установлены аналитические зависимости между точностными характеристиками для удобства их анализа и учета. Обоснована целесообразность использования имитаторов сигналов синусно-косинусного вращающегося трансформатора при анализе данных о точностных и функциональных возможностях аналого-цифровых преобразователей сигналов вращающегося трансформатора. Синтезированы алгоритмы анализа данных о точностных характеристиках аналого-цифровых преобразователей сигналов вращающегося трансформатора.

Интеллектуальные системы контроля показателей качества электроэнергии стартовых комплексов требуют использования высокоточных средств измерения. В работе проводится анализ ряда известных способов повышения точности аналого-цифрового преобразователя сигма-дельта архитектуры, а также рассматриваются предложенные авторами способы повышения точности данного типа аналого-цифрового преобразователя в составе средств измерения наземных комплексов и бортового оборудования.

Разработана математическая модель, описывающая движение планирующего зонда в водной среде. Принято предположение о малости скоростей изменения управляющих параметров, позволяющее пренебречь влиянием присоединенных масс и моментами инерции.

Проведен анализ прецизионных аналого-цифровых преобразователей, показаны основные достоинства, недостатки и проблемы их использования. Обоснован комплексный подход к разработке, который позволяет получать эффективные решения задачи синтеза прецизионных аналого-цифровых преобразователей для информационно-измерительных систем ракетно-космической техники.

Рассмотрен процесс распространения света в многомодовом оптическом волноводе, который используется в волоконно-оптическом датчике давления. Рассмотрены уравнения Максвелла для упрощенной геометрии изгиба оптического волокна. Использованы методы статистического моделирования, например метод Монте-Карло, для расчета множества траекторий, опираясь на решение чисто геометрических задач нахождения точек пересечения и использования условий Френеля в случае рефрагирующей точки отражения или условия отражения от поверхности с двумя радиусами кривизны в случае туннелирующей точки отражения. Результат работы позволит эффективно спроектировать и смоделировать чувствительный элемент датчика.

Проектирование преобразовательных устройств (в частности, сварочных инверторов) связано с необходимостью выполнения требований по их электромагнитной совмести. Для решения этой задачи необходимо оценить спектральный состав фидерных токов преобразователя. На примере сварочного инвертора переменного тока частоты 30 кГц показан способ осуществления такой оценки путем компьютерного моделирования процессов в схеме. Достоверность полученной картины спектра выходного тока инвертора подтверждена результатами испытаний физического образца. Приведены зависимости, отражающие связь спектральной мощности и ширины спектра со скважностью импульсов тока. Показано, что в момент обрыва электрической дуги в спектре на частоте около 5 МГц появляются новые составляющие значительной амплитуды.

Описан принцип построения электромагнитной системы двухкоординатного датчика для измерения величины и направления смещения вала. Получены математические зависимости индуктивностей обмоток двухкоординатного датчика.

Рассматриваются способы анализа и построения модели джиттера с использованием метода сингулярно-спектрального анализа ("Гусеница").

Предлагается алгоритм поиска экстремума статической характеристики инерционного объекта по текущим измеренным значениям его входного и выходного сигналов с использованием рекуррентной процедуры метода наименьших квадратов, в результате которой оценивается коэффициент передачи объекта, а затем с использованием прямых методов поиска нуля функции находится его нулевое значение.

Представлен анализ уравновешенности двигателей внутреннего сгорания, созданных на основе кривошипно-шатунного механизма со сдвоенными кинематическими связями, проведена оценка уравновешенности рядных двигателей внутреннего сгорания с двумя коленчатыми валами.

Описывается методика проектирования [сигма][дельта]-модуляторов высоких порядков, основанная на аналитическом определении области значений коэффициентов обратной связи модуляторов для обеспечения устойчивого режима работы, расчета их значений с учетом допусковых значений и критерия минимума среднеквадратического отклонения шума квантования. Приводится пример проектирования [сигма][дельта]-модулятора третьего класса.

Рассмотрены основные методы автоматизированного проектирования, используемые в САПР автомобильных дорог на всех этапах разработки проекта. Проанализированы основные функциональные возможности ведущих САПР автомобильных дорог, выявлены их достоинства и недостатки.

Рассматривается алгоритм выделения пауз в речевом сигнале. Разработанный алгоритм основан на использовании теории активного восприятия, адаптированной к анализу речевых сигналов. Результаты проведенных экспериментов подтверждают возможность использования предложенного алгоритма для решения поставленной задачи.

Рассматривается механизм удаления облоя с полимерных деталей при низкотемпературной объемной обработке в контейнерах с планетарным вращением. Разработана методика назначения технологических режимов и прогнозирования результатов обработки на основе динамических характеристик взаимодействия рабочих тел с полимерными деталями.

Рассмотрены вопросы аппроксимации сигналов и функций сложной формы по экстремумам на основе разложения на знакопеременные составляющие. Показано, что на основе аппроксимации "колокольными импульсами" могут быть определены спектральные, времячастотные и другие характеристики сигналов, что является основой ее применения в технических системах.

Разработана информационно-измерительная система мониторинга качества электрической энергии. Система позволяет как измерять, так и корректировать коэффициенты гармонических искажений по току и напряжению.

Описана цифровая система фазовой синхронизации с равномерной дискретизацией и аналогово-цифровым преобразованием до петли фазовой автоподстройки. На основе метода D-разбиения определены области асимптотической устойчивости рассматриваемой системы третьего порядка. Выявлены области значений параметров k[1], k[2], k[3], при которых все корни характеристического уравнения линейного приближения рассматриваемой дискретной нелинейной системы на комплексной плоскости находятся внутри единичной окружности.

Предложены декомпозиционные математические модели резонансного вентиля и циркулятора на магнитных нанокомпозитах. Математические модели построены при помощи автономных блоков в виде прямоугольных параллелепипедов с диэлектрическими наносферами и магнитными частицами (строгая модель) и эффективных значений компонентов тензора магнитной и скаляра диэлектрической проницаемостей (упрощенная модель). Наблюдается хорошее совпадение результатов моделирования, полученных при помощи строгой и упрощенной моделей.

Предложен универсальный способ реализации компенсатора типовыми звеньями промышленных контроллеров за счет их последовательного соединения. Рассмотрено влияние вида передаточной функции возмущающего воздействия на переходный процесс.

Изучено влияние нагрузки на гармонический состав тока и напряжения в основной сети электроснабжения. Выявлены источники, которые вызывают искажение кривых тока и напряжения, и получены соответствующие гармонические спектры.

Предложен метод расчета операционных усилителей на основе использования топологических графов, что позволяет резко сократить объем вычислений за счет перехода от принципиальных электрических схем узлов средств измерений непосредственно к графам и к функциям преобразования.

На основе теории непрерывно-дискретных систем предложена методика синтеза [сигма][дельта]-АЦП с многоуровневым ЦАП на основе широтно-импульсного модулятора, отличающихся высокой линейностью преобразования. Приведены результаты имитационного моделирования.