CC BY
12УДК 621.924
ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВИБРОУДАРНОГО УЗЛА СТАНКА ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАКЛЕПА ДЕТАЛЕЙ ТВЕРДОСПЛАВНЫМИ ШАРАМИ
А. С. Мячин, П. Я. Крауиньш
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 Томский политехнический университет Российская Федерация, 634050, г. Томск Томской области, ул. Ленина, 30 Е-mail: mychin-a@iss-reshetnev.ru
В конструкции космического аппарата встречается большое количество деталей из металла, которые на данный момент невозможно заменить углепластиком. Для повышения надежности деталей их следует подвергать различным обработкам, одной из которых является пластическая деформация поверхностного слоя.
Ключевые слова: наклеп, поверхностная пластическая деформация, твердый сплав, надежность.
DYNAMIC MODEL OF VIBROIMPACT ASSEMBLY MACHINE FOR SURFACE PART WORK
HARDENING CARBIDE SPHERES
A. S. Myachin, P. Y. Krauinsh
JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Jeleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation
Tomsk Polytechnic University 30, Lenin Str, Tomsk, Tomsk region, 634050, Russian Federation Е-mail: mychin-a@iss-reshetnev.ru
The design of the spacecraft encounters a large number of metal pieces, but currently it is not possible to replace carbon. To improve the reliability of parts they should be subjected to various treatments, one of which is the plastic deformation of the surface layer.
Keywords: hardening, surface plastic deformation, hard alloy, and reliability.
Обработка деталей поверхностным наклепом при помощи шаров известна давно [1-2]. Сущность этого процесса заключается в том, что деталь устанавливается в вибрирующий контейнер, в котором размещается определенное количество шаров. Амплитуда, частота и направление одноосной или двухосной вибрации выбирается таким образом, чтобы при соударении с неподвижной деталью на ее поверхности возникала определенная локальная пластическая деформация. Класс деталей, подвергаемых поверхностному наклепу, достаточно широк: различные силовые кронштейны, испытывающие ударные нагрузки изгиба, рычаги, штоки гидроцилиндров и др.
В данной работе мы остановимся на анализе конструктивной схемы и динамической модели специального виброударного узла станка для обработки цилиндрических деталей. На рис. 1 приведена конструктивная схема такого узла.
Силовая камера включает в себе четыре кольцевых сегмента, попарно связанных между собой. Нижняя пара кольцевых сегментов совершает колебательное движение вдоль оси Х, а верхняя - вдоль ось Y. Каждая из пар связана с одноосным вибрационным исполнительным механизмом гидрообъемного типа, которые возбуждаются генератором на одной и той
же частоте, но с настраиваемым фазовым сдвигом между ними, меняющимся по определенному закону. В середине по оси симметрии этих кольцевых сегментов расположен некоторый участок длинной цилиндрической обрабатываемой детали.
В промежутке между кольцевыми сегментами и деталью расположены шары 3.
Рис. 1. Конструктивная схема: 1 - кольцевой сегмент оси Х; 2 - кольцевой сегмент оси 7; 3 - твердосплавный шарик; 4 - деталь; 5 - корпус
Решетневские чтения. 2015
Когда начинается процесс вибрации, шары под действием ортогональной вибрации связанных полуколец и при определенном среднем фазовом сдвиге между ними и медленной фазовой модуляции этого сдвига, равномерно располагаются по всей круговой поверхности вибрирующих кольцевых сегментов и одновременно с соударением с наружной поверхностью детали начинают ротационное движение. Совместно с соударением с поверхностью это ротационное движение обеспечивает ее равномерную обработку по всему периметру. Станок для наклепа цилиндрических деталей, например штоков гидроцилиндра, может иметь разные компоновки: либо с горизонтальной, либо вертикальной осью расположения цилиндрической обрабатываемой детали.
При вертикальном расположении оси детали для задания ротационного движения не требуется создания определенной фазовой модуляции. Достаточно иметь возможность создания определенного среднего фазового сдвига фаз между линейными колебаниями связанных пар кольцевых сегментов [3].
На рис. 2 приведена блок-схема динамической модели вибрационного станка по одной из координат в предположении, что шар соударяется с обрабатываемой деталью перпендикулярно к образующей цилиндрического тела. Это позволит нам увидеть всю суть процесса, где С и С2 - упругие составляющие поверхностей приспособления и заготовки, ал - пластическая составляющая заготовки, т - масса шарика.
Рис. 3. Структурная схема модели
Рис. 2. Блок-схема динамической модели вибрационного станка
На структурной схеме (рис. 3), приведены условия, при которых происходят переключения, связанные с отрывом шара от упругого покрытия полукольца и соударением с деталью, а также отключением вязкого сопротивления материала детали, когда кинетическая энергия шара израсходована и возврат его происходит под действием потенциальной энергии, накопленной во время удара шара по обрабатываемой детали.
Исследование модели показало, что при определенных параметрах жесткого покрытия, соизмеримого с контактной жесткостью «шар - обрабатываемая деталь» и выборе определенного зазора х0 и массы шара можно получить вблизи резонанса устойчивые режимы соударения шара по детали с высокой кинетической энергией, уровень которой зависит от амплитуды колебаний полуколец [4-5].
Рис. 4. Временная диаграмма устойчивого виброударного режима
По оси абсцисс - время t, по оси ординат: скорость v2, координаты x и х2, усилие Р и кинетическая энергия шара Е.
Таким образом, моделирование представленного на рис. 4 виброударного процесса наклепа поверхностного слоя детали с применением специального устройства показывает, что в нем могут быть получены эффективные режимы наклепа. Отметим также, что в данной работе не рассматриваются вопросы, связанные с созданием циркуляционного движения шаров, однако возможное взаимодействие шаров во время свободного полета учтено некоторым интегральным коэффициентом вязких потерь.
Библиографические ссылки
1. Фундаментальные исследования : научный журнал. 2012. № 6, ч. 3. Анализ способов обработки поверхностно-пластическим деформированием / А. В. Ежелев, И. Н. Бобровский, А. А. Лукьянов.
2. Мороз, Братченко О. В., Фомш О. В. Схвдно-£вропейський журнал передових технологш. Харшв. 2010. № 3/9(45). C. 7-10.
3. Бабицкий В. И. Теория виброударных систем. М., 1978.
4. Петросов В. В. Гидродробеструйное упрочнение деталей и инструмента. М., 1977.
5. Гончаровский И. Ф., Фролов К. В. Теория вибрационной техники и технологии. М., 1981.
References
1. The scientific journal "Basic research" number 6 of 2012 (Part 3) "Analysis of ways to handle surface-plastic deformation" Eghelev A. V., Bobrowski I. N., Lukyanov A. A.
2. Moroz, Bratchenko O. V., Fomin O. V. Shidno-Gvropeysky advanced tehnologiy magazine. Harkiv. 3/9 (45) 2010. P. 7-10.
3. Babitsky V. I. The theory of vibro-impact systems. Moscow 1978.
4. Petrosov V. V. Gidrodrobestruynoe hardening of parts and tools. Moscow, 1977.
5. Goncharovskiy I. F., Frolov K. V. The theory of vibration engineering and technology. Moscow, 1981.
© MSHHH A. C., KpayHHtm n. 2015
УДК 629.7.01
ПРИМЕНЕНИЕ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ В АВИАЦИИ
Н. В. Никитевич, А. Ю. Ромушкин, В. В. Лукасов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: nikolai.taishet@mail.ru
Авторы раскрывают тему развития самолетов, работающих на энергии солнца, говорят о достоинствах и недостатках солнечных батарей, представляют характеристики проектов.
Ключевые слова: самолет, солнечная батарея, Sunrise, SolarChallenger, SolarEagle, Zephyr, Sunseeker II, Solarlmpulse, авиация.
APPLICATION OF SOLAR BATTERY IN AVIATION
N. V. Nikitevich, A. Yu. Romushkin, V. V. Lukasov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: nikolai.taishet@mail.ru
The authors focus on aircraft operating on the energy of the sun, the research speaks about the advantages and disadvantages of solar panels; there are the characteristics of the projects.
Keywords: Plane, solar battery, Sunrise, Solar Challenger, Solar Eagle, Zephyr, Sunseeker II, Solar Impulse, aviation.
Солнечная энергия в сознании рядового потребителя пока еще ассоциируется со ставшими уже привычными панелями на крышах, позволяющими обрести энергонезависимость и, в некоторых случаях, незначительно снижающих счета за электричество. Солнечная батарея - несколько объединенных фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) -полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток. Солнечные батареи имеют преимущества: доступность, всепогодность, не требуют запасов топлива.
На земле солнечные батареи используются для подзарядки электромобилей, устанавливаются на крышах машин; на крышах зданий для их энергообеспечения; для портативной электроники, для обеспечения электричеством или подзарядки; в населенных пунктах для их электрификации. Помимо достоинств, такие батареи обладают и недостатками: снижение эффективности в пасмурную погоду и необходимость в аккумулировании энергии.
Идея использования солнечных батарей в качестве источника энергии получила развитие и в авиации.
4 ноября 1974 года можно считать началом эры солнечной авиации. Беспилотный летательный аппа-
рат (БПЛА) американской компании AstroFlight с солнечной энергоустановкой Sunrise I впервые поднялся в небо. Всего через год был построен улучшенный образец БПЛА на солнечной тяге - Sunrise II, он имел большее значение тяги и существенно меньшую массу, поэтому получили увеличение скорости набора высоты [1].
В 1980 годуамериканской фирмой AeroVironmen были предприняты попытки создания пилотируемого самолета на фотоэлектрических элементах для перелета из Франции в Великобританию. Первый созданный образец оказался неудачным, зато второй вариант - SolarChallenger - стал первым в истории самолетом, пролетевшим на солнечной энергии расстояние в 262 километра от Парижа до британского города Мэнстон.
Продолжительность полета современных беспилотных летательных аппаратов ограничена в основном запасами топлива. Перевод на энергообеспечение от солнечных батарей и аккумулирование энергии позволит намного увеличить время пребывания в полете.
Компанией Boeing строится самый мощный из всех существующих ныне летательных аппаратов -солнечный беспилотный самолет SolarEagle, способный находиться в воздухе без посадки в течение 5 лет.
