К компетенциям - через инноватику

Подождите немного. Документ загружается.

151

Рис. 4. Общий вид приводного блока

Рис. 5. Общий вид спроектированной резьбонакатной установки

152

Список литературы

1. Грудов А. А., Комаров П. Н. Высокопроизводительный резьбообразую-

щий инструмент. Обзор. – М. : НИИмаш, 1980. – 64 с.

2. Грудов А. В., Комаров П. Н. Силы при накатывании резьб // Станки

и инструмент. – 1981. – № 1. – С. 19–21.

3. Киричек А. В., Афонин А. Н. Технология изготовления резьбы на резь-

бонакатном инструменте // Изв. ТулГУ. Сер. Инструментальные и метроло-

гические системы. – 2005. – Вып. 1. – Ч. 1. – С. 189–192.

4. Киричек А. В., Афонин А. Н., Иванов К. В. Геометрическое моделирова-

ние процессов обработки давлением с локальным контактом инструмента

и заготовки // Кузнеч.-штамповоч. пр-во. – 2004. – № 9. – С. 21–25.

5. Киричек А. В. Инструмент и технология резьбоформообразования. –

Владимир : ВлГУ, 1998. – 152 с.

6. Киричек А. В., Кульков И. Б., Афонин А. Н. Расчет профиля заборной

части резьбонакатного инструмента // СТИН. – 2000. – № 8.

М. И. Фролова, студентка;

Я. И. Швырева, студентка;

научный руководитель – канд. техн. наук, доц. Н. В. Куцубина

Уральский государственный лесотехнический университет

О методике определения силовых воздействий

в рычажных механизмах

Во многих технологических машинах часто применяются рычажные

механизмы. Являясь механизмами с конструктивно неуравновешенными

движущимися массами, они способны возбуждать интенсивную вибра-

цию, отрицательно влияющую на состояние узлов самих машин, их

фундаментов, других конструкций, даже зданий и сооружений.

Поэтому при проектировании машин или модернизации с целью

их виброзащиты обязательно проведение динамических расчетов.

При динамическом расчете машин решаются задачи определения

напряжений, перемещений и других параметров деталей и конструк-

ций при различных динамических воздействиях.

Важной динамической характеристикой шарнирно-рычажного

механизма является нагруженность его звеньев и кинематических пар

силами взаимодействия. Значения этих сил, необходимые для расче-

тов элементов механизма на прочность, жесткость, вибростойкость,

износоустойчивость, для расчетов подшипников на долговечность,

дает силовой расчет механизма.

153

Силовые воздействия необходимо определять тем или иным ме-

тодом для каждого конкретного механизма отдельно. Достаточно

полно разработаны и широко используются в учебном процессе и ин-

женерной практике аналитические и графоаналитические методы,

в том числе с разработкой специальных программ [1].

Графоаналитические методы (методы планов сил) не дают воз-

можности определения гармонических составляющих силовых воз-

действий, которые нужны для расчета средств виброзащиты машин.

Существующие программные средства ПЭВМ позволяют не созда-

вать специальных программ и подпрограмм для решения довольно

громоздких кинематических и силовых зависимостей, как это предла-

гается в ряде источников [2, 3]. Рациональнее использовать уже гото-

вые программные средства автоматизации математических расчетов,

не требующие специальных навыков в программировании и доступ-

ные любому пользователю ПЭВМ.

Методика аналитического определения силовых воздействий

шарнирно-рычажных механизмов с использованием пакета приклад-

ных программ MathCad предполагает последовательное рассмотре-

ние в равновесии структурных групп Ассура, которые являются ста-

тически определимыми.

Определение динамических воздействий на звенья механизма,

станину и фундамент производится в следующем порядке:

– выбирается система координат ХОУ с началом, совпадающим

с осью вращения (качения) одного из звеньев механизма, находится

закон изменения угла поворота кривошипа ϕ

от времени t:

1 1 0

( ) щt t

ϕ = +ϕ

, (1)

где ω

– угловая скорость вращения кривошипа, рад/с; ϕ

– угол на-

клона кривошипа в начальном положении механизма;

– выявляются зависимости линейных координат центров масс

и угловых координат звеньев механизма от угла поворота кривошипа

и с учетом зависимости (1):

( )

X f t

;

( )

Y f t

;

( )

f t

ϕ =

где X

, Y

– проекции линейного перемещения центра масс i-ro звена

на оси координат X и Y, м; φ

– угловое перемещение i-ro звена, рад;

– вычисляются линейные и угловые скорости и ускорения точек

и звеньев механизма с помощью интегрированной программной сис-

темы MathCad:

;

; (2)

154

xi si

dV d X

= =

;

d Y

= =

;

i i

d d

= =

, (3)

где

xi yi

– проекции линейной скорости i-й характерной точки меха-

низма на оси координат X и Y, м/с;

xi yi

– проекции линейного уско-

рения i-й характерной точки механизма на оси координат X и Y, м/с

;

– угловая скорость 1-го звена механизма, рад/с;

– угловое уско-

рение i-ro звена механизма, рад/с

;

– определяются внешние силы, Н (тяжести F

, сопротивления F

и движущие F

дi

) и моменты сил, Н·м (сопротивления M

И движущих

сил M

дi

), проекции сил инерции на оси координат и моменты сил

инерции точек и звеньев механизма:

иxi i xi

F m a

= −

;

иyi i yi

F m a

= −

;

и е

иi i i

= −

где

иxi

иyi

– проекция сил инерции i-й точки механизма на оси ко-

ординат X и Y, Н;

иi

– момент сил инерции i-гo звена, Н·м;

– составляются уравнения равновесия для всех структурных

групп. При этом учитывается равновесие сил в кинематических па-

рах, связывающих звенья смежных структурных групп, например,

65y

= –F

56y

и т. д., где F

65x

, F

65y

– проекции реакции шестого звена на

пятое соответственно на оси X и Y; F

56x

, F

56y

– то же пятого звена на

шестое.

Система уравнений равновесия:

+ a

+ ... + a

= b

;

+ a

+ ... + a

= b

; (4)

+ a

+ ... + a

= b

где x

, ..., x

– неизвестные (искомые) силы; a

, ..., a

– коэффициен-

ты при неизвестных силах; b

, ..., b

– свободные члены, соответст-

вующие известным силам и координатам точек их приложения.

Количество уравнений равновесия для каждой структурной груп-

пы равно количеству неизвестных в группе. Система уравнений (4)

представляется в матричной форме:

11 12 1

1 1

21 22 2 2 2

1 2

...

... ...

.........................

...

n n

n n nn

a a a

x b

a a a x b

x b

a a a

× = . (5)

155

Из системы (5) определяются проекции на оси координат X и Y

реакций в кинематических парах с i-ro звена механизма на j-e звено

ijx

и F

ijy

и уравновешивающие момент М

у1

или сила F

, приложенные

к кривошипу.

Определяются векторы реакций в кинематических парах (модуль

и направление):

2 2

ij ijx ijy

F F F

= +

;

ijx

ϕ = , (6)

где F

– модуль реакции в кинематической паре с i-ro звена механиз-

ма на j-е звено, Н; φ

– угол между осью координат Y и направлением

вектора реакции F

, град.

Определяются проекции на координатные оси приведенных к оси

вращения кривошипа реакций в кинематических парах, действующих

со стороны подвижных звеньев на стойку (станину, фундамент),

и главный момент М

, Н м, этих сил относительно оси вращения кри-

вошипа:

rx iox

F F

∑

;

ry ioy

F F

∑

;

( )

iox io ioy io

F X F Y

= +

∑

, (7)

где F

, F

– соответственно проекции на оси X и Y приведенных

к оси вращения кривошипа реакций подвижных звеньев на стойку, H;

iox

, F

ioy

– проекции на координатные оси X и Y реакции i-гo под-

вижного звена на стойку, Н; Х

, Y

– координаты точек приложения

реакции i-ro звена на стойку.

При необходимости силы F

, F

и момент М

разлагаются в ряд

Фурье.

Приведенный метод определения силовых воздействий успешно

используется в УГЛТУ при выполнении динамических расчетов ры-

чажных механизмов.

Список литературы

1. Левитский Н. И. Теория механизмов и машин. – М. : Наука, 1979. – 576 с.

2. Теория механизмов и машин / под ред. К. В. Фролова. – М. : Высш. шк.,

1987. – 496 с.

Санников А. А. Пути снижения колебаний лесопильного оборудования. –

М. : Лесная пром-сть, 1980. – 160 с.

156

Д. В. Чернега, студентка;

А. Р. Айдинян, канд. техн. наук, доц.

Ростовская-на-Дону государственная академия

сельскохозяйственного машиностроения

Информационная система управления электрическими сетями©

Современные условия эксплуатации электрических сетей требуют

существенно повысить автоматизацию и управляемость в связи

с большой протяженностью воздушных распределительных сетей.

В отечественных распределительных сетях среднего напряжения ос-

нащенность средствами телекоммуникаций является достаточно низ-

кой. Очевидно, что в такой ситуации не приходится говорить о долж-

ном уровне управляемости сетей данного класса напряжений.

Повреждения линии могут привести и к ухудшению электроснаб-

жения двигательной нагрузки, например, при близких коротких замы-

каниях наблюдается значительное снижение напряжения на сборных

шинах. Кроме того, воздушный ввод линии исключает применение

традиционных трансформаторов тока нулевой последовательности для

выявления и отключения однофазных замыканий на землю, вследствие

чего напряжение неповрежденных фаз возрастает до линейного, что

негативно влияет на изоляцию электродвигателей. «Земля» на сборных

шинах может сохраняться достаточно длительное время, что также

повышает вероятность возникновения других повреждений в сети.

Для повышения надежности электроснабжения потребителей це-

лесообразно установить разделительный трансформатор. Введение

в электрическую схему трансформатора не допускает значительного

снижения напряжения на сборных шинах при близких коротких за-

мыканиях, а гальваническая развязка сетей исключает любое влияние

однофазных замыканий на воздушной линии на электроприемники,

присоединенные к сборным шинам.

Отсутствие дистанционно управляемых элементов сети сущест-

венно ограничивает возможности всей системы в целом: отсутствует

возможность оперативной переконфигурации схемы сети; нет ин-

формации о параметрах режимов в конце линии и на ответвлениях;

отсутствует возможность сбора статистики о повреждаемости линий

на отдельных участках; отсутствует возможность сбора данных

о качестве и надежности электроснабжения конечных потребителей;

сеть не визуализирована и неуправляема.

157

Одним из решений задачи эффективного управления и монито-

ринга распределительными сетями является внедрение на магист-

ральные участки линий и ответвления интеллектуальных устройств,

обладающих возможностями сбора и передачи информации о пара-

метрах режимов работы линий.

Для отключения воздушной линии при коротких замыканиях за

разделительным трансформатором устанавливается вакуумный рек-

лоузер РВА/TEL-10-12,5/630 – автоматический пункт секционирова-

ния воздушных и комбинированных линий электропередачи номи-

нальным напряжением до 10 кВ, включающий в себя коммутацион-

ный модуль с вакуумным выключателем, систему измерения токов

и напряжения и шкаф управления с микропроцессорной защитой

и автоматикой.

Вакуумный реклоузер выполняет следующие функции: автомати-

ческое отключение поврежденных участков линии; автоматическое

повторное включение; автоматический ввод резервного питания; опе-

ративная местная и дистанционная реконфигурация сети; диагности-

ка состояний собственных элементов; измерение параметров режи-

мов работы сети; ведение журналов оперативных и аварийных собы-

тий в линии; интеграция в различные системы дистанционного

управления.

В вакуумном реклоузере реализованы большое количество за-

щит, автоматики и различная дополнительная функциональность.

Защита от однофазных замыканий на землю выполнена токовой

с контролем 3Iо посредством датчика тока нулевой последователь-

ности. Однако установка реклоузера за разделительным трансфор-

матором (относительно остальной части сети) для него не является

типовой, и поэтому токовая защита от замыканий на землю оказы-

вается неработоспособной по своему принципу действия, а других

видов защит, реагирующих на данный вид повреждения, в рекло-

узере не предусмотрено.

Известно, что при однофазном замыкании на землю напряжение

в одной (поврежденной) фазе снижается, а в неповрежденных фазах

остается на уровне номинального. Основываясь на этом факте, можно

построить простую защиту от однофазных замыканий на землю по

напряжению с контролем фазных напряжений. Аппаратно данную

защиту можно выполнить, используя возможность дистанционной

передачи и приема данных в реклоузере. Так как приемник и пере-

датчик находятся на небольшом удалении (до 3 км) и в зоне прямой

видимости, то возможно использовать радиомодемы небольшой

158

мощности. На приемном пункте (компьютере) необходимо устано-

вить программное обеспечение, которое могло бы обмениваться дан-

ными с реклоузером и просчитывать алгоритм работы защиты от од-

нофазных замыканий на землю.

Предлагается схема управления реклоузером через радиомодем

(рис. 1).

Радиочастота

Шкаф

управления

Радиомодем Радиомодем Компьютер

Рис. 1. Схема управления реклоузером через радиомодем

Согласно этой схеме, данные, полученные из шкафа управления,

преобразуются в радиомодеме и передаются через антенну. На дру-

гой стороне антенна получает сигналы, которые преобразуются в ра-

диомодеме и передаются на компьютер.

Компьютер необходимо оснастить информационной системой,

позволяющей выполнять следующие функции: считывание информа-

ции с реклоузера, управление вакуумным реклоузером, определение

однофазного замыкания на землю, самостоятельное принятие реше-

ний при возникновении нештатных ситуаций.

В качестве примера рассмотрим набор продукционных правил,

используемых в системе в случае возникновении нештатной ситуа-

ции. В качестве модели представления знаний используется продук-

ционная алгебра. Приведем пример продукции при аварии.

Признаком аварийной ситуации является условие:

((Ur<Uуст1) and (Us>Uуст2) and (Ut>Uуст2)) or

((Us<Uуст1) and (Ur>Uуст2) and (Ut>Uуст2)) or

((Ut<Uуст1) and (Us>Uуст2) and (Ur>Uуст2)) = true,

где Us, Ur, Ut – параметры напряжения на трех фазах напряжений,

подключенных к реклоузеру; Uуст1, Uуст2 – установленные пара-

метры напряжения, задаваемые в процессе конфигурации.

Данное правило можно описать с помощью структурной схемы,

приведенной на рис. 2.

159

Рис. 2. Структурная схема признака аварийной ситуации

Информационная система для дистанционного управления рекло-

узером выполняет следующие функции:

1) обеспечивать взаимодействие с устройствами «Реклоузер» через

стандартный COM-порт компьютера; позволять настраивать парамет-

ры используемого COM-порта;

2) обеспечивать обмен данными и управляющими командами

с устройством «Реклоузер»:

–

получать текущие напряжения Ur, Us, Ut на фазах;

–

реализовывать команду управления «Отключить реклоузер»

и «Включить реклоузер»;

160

3) обеспечивать два режима опроса подчиненного устройства

(реклоузера):

– циклический – период опроса должен настраиваться;

– ручной – выполнение опроса по команде оператора;

4) обеспечивать возможность хранения и логической обработки

принятой информации;

5) реализовывать возможность выполнения автоматического от-

ключения реклоузера через заранее заданный тайм-аут в случае от-

сутствия реакции диспетчера на сообщение об аварии;

6) опрашивать несколько реклоузеров, подключенных параллель-

но через разветвитель к COM-порту компьютера;

7) обеспечивать ведение протоколирования работы информацион-

ной системы, которое должно содержать:

– время старта программы;

– время выдачи команды опроса и ее результаты в виде значений

контролируемых параметров;

– время выдачи команды управления, ее результаты;

– сообщения об авариях;

– время завершения работы;

8) после старта окно информационной системы должно отобра-

жаться на экране поверх всех окон и быть доступно в любой момент

для выполнения следующих функций:

– просмотр текущего значения контролируемых параметров;

– доступ к командам управления через контекстное меню;

– автоматическая сигнализация о наличии аварийной ситуации.

Информационная система состоит из нескольких модулей, каж-

дый из которых должен выполнять определенные функции (рис. 3).

Рис. 3. Структура информационной системы «Реклоузер»