CC BY
14у = 7,41 + ЗДх! + 1,3lx2 + 4,6x3 - 0,51x^2 + 1,94х±х3 + 1Дх2х3 -0,06x1x2x3
So, on the basis of the revealed regularities the influence of fire on the neighboring buildings taking into account wind is established that can be described in the form of the correction factor considering influence of wind which value makes a = 1,1.
Proposals for improving the regulatory framework for the requirements and calculation method for forecasting the thermal impact of fire on neighboring buildings, taking into account the wind, namely amendments to DSTU 9058: 2020 "Fire safety. Determination of fire distances between objects by calculation methods. Substantive provisions".
References
1. Roytman M Ya, Komissarov Ye P, Pchelintsev V A 1977 Thermodynamics and heat transfer in firefighting 297-298
2. Hrushevskiy B V, Yakovklev A I, Krivosheyev I A. and others Edited by Kuralenkin V F 1985 Fire Prevention in Construction M., HEFES, 4521
3. Romanenko PN, Koshmarov YA, Bashkirtsev MP 1978. Fire prevention in construction M Stroyizdat, 363
4. Pozdeev S V, Nekora O V, Pozdeev A V 2006 Methods for determining the modes of heating of concrete samples that simulate the state of the elements of building structures in case of fire Problems of fire safety 111 - 116
5. Abramov Yu.A., Basmanov A E 2004 Modeling of tank heating under the action of fire radiation Bulletin of the International Slavic University 7-9
6. Abramov Yu.A., Basmanov A E 2005 Estimation of fire danger of the tank with oil product at its heating from a flame of the next burning tank Radioelektronika i informatika №2 110-112
7. Abramov Yu.A, Basmanov A E 2006 Thermal processes in a heated tank Municipal economy of cities. Scientific and technical collection, Issue 67 357-362
8. Semerak M M, Mykhailyshyn M R 2017 Influence of wind speed on heat exchange processes between vertical steel tanks (on the example of a fire at the oil depot "BRSM Nafta") Fire safety 30 137-147
9. Nizhnyk V V, Shchipets S, Tarasenko O, Kropyvnytsky V and Medvid B 2018 A Method of Experimental Studies of Heat Transfer Processes between Adjacent Facilities International Journal of Engineering & Technology 7 (4.3) 288 - 292
10. Gudym V I, Labay V Y, Gavrilyuk A F 2013 Research and ways to reduce thermal radiation during fires Bulletin of the National University "Lviv Polytechnic" Theory and practice of construction 755 221-226
11. Emil Carlsson, 1999 Report 5051 - External fire spread to adjoining buildings - A review of fire safety design guidance and related research Department of Fire Safety Engineering Lund University
12. Collier Peter 1996 Method for determining safe separation distances between building in the event of fire issn:0111-8161
13. Incropera F.P. and De Witt D.P. 1996 Fundamentals of Heat and Mass Transfer John Wiley and Sons, New York, 4th edition
14. Baum H.R., McGrattan K.B., and Rehm R.G. 1997 Three Dimensional Simulations of Fire Plume Dynamics Journal of the Heat Transfer Society of Japan, 35(139):45 - 52
15. Zhang, D., Xue, W. 2010 Effect of Heat Radiation on Combustion Heat Release Rate of Larch. Journal of West China Forestry Science 39 148
16. Pullins C A 2011 High temperature heat flux measurement: sensor design, calibration, and applications Virginia Polytechnic Institute and State University.
17. Nizhnyk V V, Pozdeev S V, Feshuk Yu.L 2018 Methodology for forecasting the limits of fire resistance of wooden columns with fire protection International Scientific Journal Internauka 14 74 - 81.
АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИВОДОВ ПОДАЧИ СТАНКОВ С ЧПУ
Емельянова И.В.
Самарский государственный технический университет, доцент, к.т.н., Россия Емельянов Н.В. Самарский государственный технический университет, старший преподаватель, Россия
ANALYSIS OF DYNAMIC PARAMETERS OF FEED DRIVES FOR CNC MACHINES
Emelyanova I.
Samara state technical University associate Professor candidate of technical Sciences, Russia
Emelyanov N. Samara state technical University senior lecturer, Russia
Аннотация
В статье рассматривается достижение точности обработки на станках с ЧПУ путем применения инновационных методов в моделировании и проектировании систем обработки, приводов и технологических процессов. Топологический метод анализа включает визуализацию системы в виде матриц блочных графов с различной степенью детализации между верхним и нижним уровнями иерархии. Этот подход сочетает в себе преимущества теории графов и эффективность методов декомпозиции, он также обладает визуальной ясностью, которая присуща как топологическим моделям, так и структурным матрицам, а также упругостью линейной алгебры как части исследования на основе матриц. Основное внимание в исследовании уделяется проектированию автоматизированных рабочих станций, систем, машин и агрегатов, которые могут быть разбиты на взаимосвязанные части и представлены в виде алгебраических, топологических и теоретико-множественных моделей. Каждая модель может быть преобразована в модель другого типа и, как следствие, может быть интерпретирована как система линейных и нелинейных уравнений, решения которых определяют параметры системы. В данной статье анализируются динамические параметры машины 1716PF4 на этапах проектирования и эксплуатации. Исследовав влияние динамики системы на качество компонентов, авторы разработали ряд практических рекомендаций, которые позволили значительно уменьшить амплитуду относительного движения, исключив некоторые резонансные зоны в диапазоне скоростей шпинделя 0... 6000 мин. 1 и повысить точность обработки.
Abstract
The article considers achieving the machining accuracy of CNC machines by applying innovative methods in modelling and design of machining systems, drives and machine processes. The topological method of analysis involves visualizing the system as matrices of block graphs with a varying degree of detail between the upper and lower hierarchy levels. This approach combines the advantages of graph theory and the efficiency of decomposition methods, it also has visual clarity, which is inherent in both topological models and structural matrices, as well as the resiliency of linear algebra as part of the matrix-based research. The focus of the study is on the design of automated machine workstations, systems, machines and units, which can be broken into interrelated parts and presented as algebraic, topological and set-theoretical models. Every model can be transformed into a model of another type, and, as a result, can be interpreted as a system of linear and non-linear equations which solutions determine the system parameters. This paper analyses the dynamic parameters of the 1716PF4 machine at the stages of design and exploitation. Having researched the impact of the system dynamics on the component quality, the authors have developed a range of practical recommendations which have enabled one to reduce considerably the amplitude of relative motion, exclude some resonance zones within the spindle speed range of 0.6000 min-1 and improve machining accuracy.
Ключевые слова: методика, CAD-технологии, металлорежущий станок, ЧПУ, инновационные технологии.
Keywords: technique, CAD-technologies, the Metal-cutting machine tool, CHPU, innovative technologies.
Современные промышленные предприятия, производящие сложную наукоемкую продукцию, применяют информационные технологии - один из инструментов повышения эффективности процесса проектирования и производства продукции.
Конструктивное развитие технологических систем сопровождается повышением производительности, надежности при сохранении высокой точности и качества обработки. В связи с этими тенденциями можно выделить ряд основных инновационных направлений: увеличение диапазона и максимальной частоты вращения шпинделя привода главного движения ПГД; рост энерговооруженности, мощности и крутящих моментов ПГД и привода подачи ПП; сокращение времени смены инструмента; применение систем технической диагностики СТД с расширенными функциональными возможностями по обеспечению и повышению параметрической надежности станка; применение систем активного контроля САК с повышенной точностью коррекции размеров обрабатываемой детали; повышение точности позиционирования исполнительного органа ИО и стабильности сохранения размеров обрабатываемых деталей.
В процессе конструкторской, технологической подготовки производства и научных исследованиях
используют CAD/CAM/CAE - технологии при решении задач, связанных с обеспечением надежности оборудования и повышением точности обработки [1-6].
Их решение осуществляется по трем основным направлениям: первое относится к этапу проектирования, когда показатели обеспечиваются конструктивными методами (анализ и синтез систем на основе CAD/CAE-технологий); второе - связано с изготовлением и сборкой изделия (CAM-технологии); третье направление - с обеспечением эксплуатационной надежности, которая зависит от стабилизации условий эксплуатации и технического обслуживания (ремонт, диагностика и т.д.).
Новые технологии конструирования реализованы в универсальных графических системах проектирования. По спектру решаемых задач их можно условно разделить на три класса [1, 6].
Легкие САПР - AutoCAD (AutoDesk Inc., США), Компас-график (АО Аскон, Россия), CADdy (Ziegler, Германия) и др. По своей сути такая САПР позволяет существенно облегчить процедуру подготовки конструкторской документации.
САПР среднего уровня - SolidWorks одноименной американской компании, SolidEdge (Unigraphics Solutions, США), Autodesk Mechanical
Desktop (AutoDesk Inc.), Компас 3D (компания Ас-кон). Совместно со специализированными приложениями таких фирм-разработчиков, как ANSYS, Delcam plc., CADSI, Surfware Incorporated, Structural Research & Analysis Corporation и др. они позволяют автоматизировать все основные этапы проектирования нового изделия.
Тяжелые САПР - это так называемый класс САПР полного цикла, предназначенных для автоматизации всех процессов от конструкторской идеи до выпуска готового изделия [6].
Для решения задач анализа и синтеза приводов системы необходима разработка математических моделей, исходя из того, что производственная погрешность при механической обработке является функцией ряда составляющих погрешностей, обусловленных погрешностями технологической системы и системой ЧПУ (рис.1).
Рис. 1. Граф металлорежущего станка с ЧПУ
При этом точность обработки деталей сложного контура снижается за счет погрешностей, возникающих из-за многократно повторяемого изменения направления движения исполнительного органа, одновременной работой обоих приводов подач по различным координатам, что ведет к скачкообразному движению исполнительного органа, перекосу суппорта, зоне нечувствительности при реверсе и возникновению нежелательных фрикционных колебаний. Указанные факторы формируют погрешности, вносимые жесткостью технологической системы и сумму погрешностей формы обработанных деталей, обусловленные влиянием динамических процессов автоматизированного станочного комплекса.
Всякая динамическая система, представляющая собой совокупность линейных и нелинейных элементов, соединенных в определенной последовательности, в зависимости от типа исследуемой математической модели физических компонентов системы, может быть описана в виде
^ = 1 = 1, 2, 3,....,П ; где e, x - соответственно входное воздействие и реакция системы, L - операторная функция.
Параметры динамических систем, их связи могут быть представлены системой дифференциальных уравнений, передаточной функцией, временными, частотными характеристиками и др. [5, 6].
Для решения конкретных задач оказывается наиболее рациональной та или иная форма задания системы.
Так, например, для АСУ системы привода главного движения, передаточная функция может быть записана в виде:
W = [1+W/W] W W ,
сист. k 1 осн мс
где (1+W /W ), W - соответственно переда-
к 1 осн
точная функция вспомогательного канала управления и функция основного канала СУ, формируемые параметрами механической системы, сигналами рассогласования и промежуточных усилителей; передаточными функциями исполнительного двигателя; корректирующих устройств и системы "шпиндель-заготовка - процесс резания".
САЕ системы ANSYS [1], Nastran, Win Mashine и др. позволяют в дальнейшем провести углубленный анализ влияния различных факторов на эксплуатационные характеристики шпиндельного узла (рис. 2).
Рис. 2. 1-ая форма колебаний шпинделя станка на частоте 785 Гц (7516 об/мин)
Результаты исследования первых трех собственных частот и форм колебаний в десяти поперечных сечениях и на конце шпинделя показали, что:
- собственные формы колебаний являются связанными, однако каждой из частот соответствуют преимущественно колебания в одной из плоскостей, характеризуемой эллипсом рассеяния ± 3 мкм;
- на величину поля рассеяния (девиация оси шпинделя) оказывает большое влияние характеристики жесткости шпиндельного узла и погрешности изготовления опор.
При представлении математической модели системы привода подачи, АСУЭП в векторах пространства состояний, система матричных уравнений имеет вид:
[А] м = и м + [и ] т,
И {и} = [К ] {х} + [Н] Ш;
рег 2
где [А], [В], И, [К ], [Н ], [Н ] - соответ-
рег 1 2
ственно - матрицы коэффициентов системы привода с координатами переменных- {х}, вектора управления - {и}, собственных операторов регуляторов, законов регулирования и коэффициентов вектора внешних воздействий -Щ на исполнительный орган -[Н ] и регуляторы - [Н ]•
Структура механической части привода подачи станка, может быть приведена к трехмассовой расчетной модели (рис.3), параметрами которой являются, движущие и нагрузочные моменты - Ы-,
приведенные податливости - 1/ Су (или жесткости
- С-) и приведенное демпфирование - Ъ .
Рис.3. Структурная блок-схема механической части привода
где X- - 1 = (1, 2, 3) - переменные, описывающие
Система дифференциальных уравнений для расчетной схемы,
Которая входит составным звеном математи- - V • /1 о -зч
^ ^ состояния электрической системы; Х- - J = (1, 2, 3)
ческой модели следящего привода, описываемого в J
матричной форме: переменные, описывающие состояния механиче-
ской системы; [В^ ], [А^], [А^] - блочные матрицы
коэффициентов электрической части; [^], [А12], [А22] - блочные матрицы коэффициентов механической системы (рис. 4).
[Ь}] с 1 [ A11 : A12 J [b}] с 1
ы. _ A21_ [ A221 ы
1 0 ^зад
0 0 MC1
0 0 MC2
0 [ ß21 MC3
Рис. 4. Привод продольной подачи станка мод. 1716ПФ4
В процессе решения задачи синтеза отдельные детали, механизмы, объединяются в сборочный узел через соединения того или иного вида. При этом проектирование механической системы, например, шарикового винта с заданными служебными свойствами (рис. 5) невозможно без расчета
его конструктивных элементов (ходовой винт, опоры качения, винт-гайка) и соединений (в CAD/CAE-системах), проводимого на всех этапах создания станка: проектирование, изготовление и сборки
а)
6.МК
О гоо 400 600 800 ЮОО в, к г
б)
Рис. 5. а) - расчет передачи винт-гайка в САЕ системе; б) -зависимость осевого перемещения передачи винт-гайка качения дот нагрузки Q при различной величине предварительного натяга (основные данные передачи d0 = 50,8; t = 8; d1 = 4,76; z = 84); сплошные линии - экспериментальные кривые; штриховые -расчетные [по Решетову Д.Н.] с учетом погрешности изготовления реальной передачи; расчетные зависимости, полученные в САЕ системе WinMachine: *, Л) - сплошные линии - с учетом погрешности изготовления; штрих-пунктирные - для идеально точной передачи
По данной методике, в частности, проведены расчеты корпусных деталей (рис.6)
б)
Рис. 6. Пространственная деформация корпуса опоры шарикового винта привода продольной подачи
токарного станка с ЧПУ: а) аналитическое решение методом МКЭ, б) экспериментальные данные
шарикового винта привода продольной подачи токарного станка с ЧПУ, с целью выявления степени влияния пространственных деформаций на величину зоны нечувствительности при реверсе
ЗНПР, являющейся одной из важнейших эксплуатационных характеристик при обработке деталей сложного контура [2, 4].
Рис. 7. Жесткость привода продольной подачи станка мод. 1716ПФ4
Сравнение результатов расчета показало удовлетворительное совпадение с экспериментальными данными станка модели 1716ПФ4 (рис.7), полученными на экспериментальной установке станка [3].
Список литературы
1. Басов К. А. ANSYS и Virtual Lab. Геометрическое моделирование. - М.: ДМК Пресс, 2006. -240 с.
2. Емельянов Н.В. Повышение параметрической надежности станков с ЧПУ//С6. трудов второй Всерос. конфер. молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России». Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009.- С. 6-7.
3. Емельянов Н.В. Установка для проведения экспериментальных исследований приводов станков с ЧПУ. Межвуз. н-метод сб-к «Совершенствование графической подготовки учащихся и студентов». САРАТОВ, СГТУ. - 2007. - 4 с.
4. Емельянов Н.В., Зубенко В.Л. Повышение надежности и точности автоматизированных станочных систем автомобильного производства. Межвуз. сб. науч. статей «Актуальные проблемы автотранспортного комплекса». САМАРА: Самар. гос. техн. ун-т, 2009.- 18-27 с.
5. Кук Д., Бейз Г. Компьютерная математика. - М.: Наука, 1990. - 384 с.
6. Ли К. Основы САПР (САО/САМ/САБ). -СПб.: Питер, 2004. -560 с.
УЛУЧШЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ РОТОРОВ ПАРОВЫХ ТУРБИН ПУТЕМ
ПОНИЖЕНИЯ ИХ ВИБРАЦИИ
Жацсыльщ А.М.
НАО «Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина»
старший преподаватель, м.т.н Энергетического факультета г. Нур-Султан, Республика Казахстан
IMPROVING RELIABILITY INDICATORS OF STEAM ROTORS TURBINES BY REDUCING
THEIR VIBRATION
Zhaksylyk A.
NCJSC «S. Seifullin Kazakh Agrotechnical University», Senior lecturer, Faculty of Energy Nur-Sultan, Republic of Kazakhstan
Аннотация
Перед паротурбостроением и энергетикой в Казахстане прежнему стоят вопросы улучшения показателей надежности, экономичности, маневренности и ремонтопригодности турбоагрегатов. Настоящее
