CC BY
10
отопления, и утилизирует тепло уходящих дымовых газов. WhisperGen тюгаСНР имеет размеры сравнимые с посудомоечной машиной. Из-за того, что все находится в одном блоке, удается избежать потерь теплоты при дви-жении дымовых газов. Природный газ сжигается в камере сгорания. Камера установлена в верхней части конструкции. Вода проходит в водяной рубаш-ке двигателя, где она нагревает-
ся и обеспечивает охлаждение для двигателя. При высоком теплопотреблении вспомогательная горелка обеспечивает до-полнительный нагрев. Двигатель имеет четыре поршня, рабочее тело - азот. Технические испытания установки проводились на серии одинаковых образ-цов. Основные результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1
:испытаний
Количество устройств, шт Суммарное время работы, ч Выработано электроэнергии, кВт*ч
62 92730 79317
Результаты расчетов показывают: одно устройство имеет среднее значе-ние полезной мощности около 1,3 кВт.
Исходя из всего вышесказанного, можно предположить, что новая волна развития использования двигателей Стир-линга может быть связана с низко-калорийным топливом таким как, например, уголь и древесина. Успех в со-здании конкурентоспособных на мировом рынке, высокоэффективных и эко-логически чистых машин Стирлинга может быть достигнут только как ре-зультат синтеза тщательной конструктивной проработки основных узлов машин Стирлин-
га, передовой технологии производства и высокого уровня научных исследований.
Список литературы:
1. Кашкаров А.П. Ветрогенераторы, солнечные батареи и другие полезные конструкции. М.: ДМК Пресс, 2011. - 144 с.
2. Сибикин Ю.Д., Сибикин М.Ю. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии М.: ИП РадиоСофт, 2008. - 228 с.
ФОРМИРОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОМ СТРУКТУРЫ МАГНЕЗИАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Мирюк Ольга Александровна
д - р техн. наук, профессор, Рудненский индустриальный институт
FORMATION OF THE COMBINED STRUCTURE MAGNESIAN MATERIALS
Miryuk Olga
Doctor of technical sciences, professor,Rudny Indutfrial Intfitute
АННОТАЦИЯ
В статье приведены результаты исследований влияния способов приго-товления масс на свойства и структуру магнезиальных композиций комбинированных структур. Обоснована целесообразность раздельного приготовления формовочных масс из магнезиальных композиций.
ABSTRACT
Results of researches of influence of ways of -mass preparation on proper-ties and Sructure of magnesium compositions of the combined Sructure are giv-en in article. Expediency of separate preparation of forming masses from magne-sium compositions is proved.
Ключевые слова: магнезиальные композиции; способы приготовления; структура.
Keywords: magnesium compositions; ways of preparation; Sructure.
Создание комбинированных структур направлено на со-вершенствова-ние свойств композитов за счет совмещения различных видов матрицы и ар-мирующего компонента. Необходимо развитие представлений о влиянии со-става матрицы на свойства строительных композиционных материалов.
Магнезиальные вяжущие, составляющей которых является оксид маг-ния, отличаются малой энергоемкостью производства, интенсивным тверде-нием, высокой прочностью, надежным сцеплением с заполнителями различного происхождения [1, с. 55]. Это предопределяет целесообразность формирования комбинированных структур на магнезиальной основе.
Возможности комбинаций для исследованных материалов расширяются также за счет сложного по составу смешанного магнезиального вяжущего, за счет разнообразия видов солевых затворителей.
Цель работы - исследование комбинации различного состава, объеди-няющие в структуре различные по размеру, форме и строению заполнители.
Формирование комбинированных структур нацелено на обоснование принципиальных подходов при создании композитов на основе комплексно-го использования техногенных материалов.
Разработанные нами композиционные материалы состоят из смешанно-го магнезиального вяжущего [2, с. 115]
(каустический магнезит и техноген-ный наполнитель) и заполнителей: зернистые отходы обогащения руд - хвосты сухой магнитной сепарации (СМС), древесные опилки; алюмо-силикатная микросфера и сочетания перечисленных компонентов.
Для создания комбинированных структур целесообразно использовать фракции малого размера (до 2,5 мм) для обеспечения большей однородности материалов. Волокнистые частицы, склонные к водопоглощению, увеличи-вают потребность в затворителе, способствуют снижению плотности струк-туры и уменьшению прочности при сжатии (таблица 1).
Дополнительно проведенные испытания образцов - призм на изгибе по-казали, что прочность композиции возросла
на 8 - 13% за счет древесных частиц. Следует учесть, что магнезиальные вяжущие выгодно отличаются повышенной прочностью при изгибе. Микроструктура комбинированных композитов характеризуется плотной упаковкой составляющих, надежным сцеплением камня вяжущего с заполнителями различного строения (рисунки 1 и 2).
При формовании комбинированных структур важен состав смешанного магнезиального вяжущего (таблица 2). Увеличение доли техногенного ком-понента снижает клеящие свойства теста вяжущего, повышает общую плот-ность композиции за счет возрастающей доли «тяжелого» компонента.
Таблица 1
Композиции на основе зернистых и волокнистых частиц
Доля хвостов обогащения руд, фракции 1,25 -0,63 мм % Древесные опилки Доля микросферы, % Средняя плотность, кг/м3 Предел прочности при сжатии, МПа
фракция, мм доля, %
85 1,25 - 0,63 15 - 1521 17
85 0,63 - 0,14 15 - 1699 18
85 2,5 - 1,25 15 - 1715 21
90 - - 10 1948 45
95 - - 5 2145 52
100 - - - 2240 58
Таблица 2
Композиции на основе отсева дробления и волокнистых частиц с использованием смешанных вяжущих различного состава
Доля техногенно-го компонента в вяжущем, % Доля отсева фракции 0,63 - 0,14 мм, % Древесные опилки Средняя плотность, кг/м3 Предел прочности при сжатии, МПа
фракция, мм доля, %
0 80 1,25 - 0,63 20 1658 46
0 80 0,63 - 0,14 20 1754 46
0 80 2,5 - 1,25 20 1617 50
30 80 1,25 - 0,63 20 1697 43
30 80 0,63 - 0,14 20 1860 45
30 80 2,5 - 1,25 20 1695 51
50 80 1,25-0,63 20 1728 35
50 80 0,63 - 0,14 20 1910 38
50 80 2,5 - 1,25 20 1725 39
70 80 1,25 - 0,63 20 1725 27
70 80 0,63 - 0,14 20 1960 24
70 80 2,5 - 1,25 20 1862 26
Высокая дисперсность и особенности морфологии микросферы оказы-вают двойственное влияние на композиции. Высокая удельная поверхность микросферы повышает вязкость массы. С другой стороны, за счет сфериче-ской формы и остеклованной гладкой поверхности частиц, при приложении нагрузки растет подвижность формовочной массы, что обусловлено сни-жением трения.
Присутствие микросферы ограничено 10% из-за ухудшения технологи-ческих свойств и понижения прочности композиционных материалов. Эф-фективность микросферы возрастает в комбинированных структурах, что способствует их однородности (рисунок 2).
Ж ГЯ
т - '¡и
- - ГМ
, -у;'/" •
' л. >
¿Й ш* I
ЯШЯ
2<ЖУ Х250 ЮОрт
12 €0 ВЕС
Рисунок 1. Композиция на основе хвостов СМС и древесных частиц
2<Ж\/ Х100 ЮОмт
12 60 ВЕС
* я,**! 1 " .
к^г** * ' ■■'ь 20 к V Х500 50|ЛТ) 12 €0 ВЕС
Рисунок 2. Композиция на основе микросферы и древесных волокон
Сравнительная характеристика композитов с древесными опилками и зернистыми частицами, указывает на предпочтительность сочетания микросферы с волокнистым компонентом (таблица 3).
Композиции проявляют чувствительность к последовательности сочетания компонентов при смешении массы (рисунок 3).
Для композиций с преобладанием зернистых заполнителей целесообразно первоначальное смешение этого компонента с затворителем, затем введение вяжущего, и в последнюю очередь древесных частиц.
Таблица 3
Композиции из поризованных и волокнистых частиц
Доля микросферы, % Древесные опилки Жидкое; твердое Средняя плотность, кг/м3 Предел прочности при сжатии, МПа
фракция, мм доля, %
5 1,25 - 0,63 10 0,40 1506 26
5 0,63 - 0,14 10 0,46 1567 23
5 2,5 - 1,25 10 0,40 1534 27
10 2,5 - 1,25 5 0,38 1455 27
В результате исследований определена целесообразность формирова-ния комбинированных структур, различающихся составом вяжущего и за-полнителя.
Комбинированная волокнистая структура с плотным мелкозернистым заполнителем. Введение древесных частиц
в мелкозернистые формовочные массы на основе дробленых отходов хвостов СМС обеспечивает получение композиций, предназначенных, в том числе для интенсивного уплотнения, распространенного в технологиях отделочных и стеновых материалов (ри-сунок 1). Варьирование соотношением
«зернистый заполнитель: древесные опилки» в интервале при сжатии 5 - 10 МПа. При уплотнении формовочных масс
от «5:95» до «25:75», размерами указанных частиц «0,315 прессованием прочность при сжатии возрастает в 1,8 - 2,3
- 0,63 мм» и «0,63 - 1,25 мм» обеспечивает получение ком- раза. позитов средней плотности 850 - 1300 кг/м3 и прочности
Рисунок 3. Способы приготовления масс для комбинированных структур
Комбинированная волокнистая структура с пустотелым мелкодис-персным заполнителем. Методом математического планирования выявлена зависимость прочности композиций от состава и доли смешанного вяжущего и состава комбинированного заполнителя (рисунок 2). Регулирование веще-ственным составом формовочной массы с интегральным заполнителем мож-но получать материалы с широким интервалом свойств: средняя плотность 850 - 1450 кг/м3, прочность при сжатии 3 - 40 МПа с учетом состава вя-жу-щего и заполнителя. Для достижения наибольших показателей прочности композиций предпочтительны формовочные массы с содержанием не более 50% заполнителя при преобладании в нем зольной микросферы (не менее 50%).
Комбинированная структура с пенополистиролом. Выявлена целесо-образность формирования комбинированной структуры магнезиального по-листиролбетона за счет введения в формовочную массу частиц микросферы и древесных частиц размером 0,315 - 0,63 мм (рисунок 4). Сочетание «древесные опилки - гранулы пенополистирола» позволяет снизить плот-ность материала до 15% при со-
хранении прочностных показателей. Сочета-ние «микросфера - гранулы пенополистирола» обеспечивает снижение плотность материала до 10% при повышении прочностных показателей до 15%.
Наличие мелких поризованных частиц повышает однородность фор-мовочной массы, способствует равномерному распределению обмазки теста вяжущего вокруг гранул пенополистирола. Композиции комбинированной структуры характеризуются средней плотностью 400 - 600 кг/м3 и прочно-стью при сжатии 3 - 6 МПа.
Предложены составы магнезиальных композиций на смешанном вяжу-щем и комбинации поризованных заполнителей «пенополистирол - древес-ные частицы - зольная микросфера». Оптимизация соотношения частиц и размеров каждого из заполнителя позволяет получить комбинированную структуру максимально «упакованную» порами различного строения с ми-нимальным расходом каустического магнезита, характеризующуюся сред-ней плотностью 350 - 650 кг/м3 и прочностью при сжатии 1 - 7 МПа (рисунок 5).
* * '■ ' " '
20кУ . Х100 ЮОцт Ь . ,10 62 ВЕС
- - . •'
И м.
<9
Ш МОрт
10 62 3
20кУ Х2,500 10цт
10 62 ВЕС
Рисунок 4. Композиции комбинированной структуры с пенополистиролом
у '.^Я //Л Г ^ г '
* ¡¿< - 4-' ^ 3
кЛнН!^* /1 .■ Ш ■ ■ ^ I ' <2
* V ВВН. ■>" й
/ЯМА' ^да®
* А Г? Д ^ Л 4 г ((Г. - ^ Л» ^ ^ г-
; н ■ЧР + .
_ 20 кУ Х250 100|»т V} 10 62 ВЕС
Рисунок 5. Композиции из опилок, пенополистирола и микросферы
Выводы. Показаны преимущества и целесообразность создания компо-зиционных материалов комбинированного строения. Сочетания зернистой, волокнистой и ячеистой структур обеспечивают создание композитов с за-данными
свойствами. Способ приготовления формовочных масс ком-биниро-ванных структур определяется технологическими факторами и зависит от состава комбинированного заполнителя.
Список литературы: 2. Мирюк О.А. Смешанные магнезиальные вяжущие. -
1. Бердов Г.И., Зырянова В.Н. Пути совершенствования LAP LAMBERT Academic Publishing. -2014. - 128 с. технологии и свойств строительных материалов //Известия вузов. Строительство. -2010. - №4. - С. 51 - 63.
К ДИНАМИКЕ МЕХАНИЗМА ВРАЩЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО КРАНА-МАНИПУЛЯТОРА
Григоров Божидар Бориславов доктор, доцент, Технический университет-София, Болгария
Митрев Росен Пешев доктор, доцент, Технический университет-София, Болгария
АННОТАЦИЯ
Работа посвящена моделированию динамики механизма вращения автомобильного гидрав-лического крана-манипулятора. Для целей настоящего исследования, кран рассматривается как кинематическая цепь с тремя степенями свободы - одна степен свободы имеется у сов-местно вращающихся опорно-поворотной колонны и двух звеньев стрелы, а две степени свободы - у груза, представленного как сферический маятник. Для получения дифференци-альной модели механической системы используются уравнения Лагранжа второго рода, а изменение давления в полостях приводного гидроцилиндра описывается двумя дифферен-циальными уравнениями первого порядка. Численное решение полученной диф-ференци-альной модели и анализ полученных результатов показывает, что предложенная методика может быт с успехом использована для решения такого рода динамических задач.
ABSTRACT
The work is devoted to the modeling of the dynamics of the automobile hydraulic crane rotation mechanism. For the purpose of this invefligation, the crane is regarded as a kinematic chain with three degree of freedom - one degree of freedom available for the rotating column and two degrees of freedom for the payload, presented as a spherical pendulum. The derivation of the differential equations for the mechanical sy^em motion is performed by use of Lagrange equations of the sec-ond kind and the change in pressure in the driving cylinder chambers is described by two fir& order differential equations. Numerical solution obtained from the solution of the sy^em of differential equations and analysis of the received results shows that the proposed technique can be successfully used for solution of such type of dynamical problems.
Ключевые слова: механизм вращения, кран-манипулятор, динамика
Keywords: rotating mechanism, crane, dynamics
1. Введение
Автомобильные самонагружающиеся краны-манипуляторы представ-ляют собой шарнирно-сочлененные стрелы, приводимые в движение гидрав-лическими устройствами. Обычно они монтируются позади кабины или в конце грузовой платформы транспортного средства. Эти конструкции снаб-жаются разнообразным грузоподъемным оборудованием и предназначены для работы в разных отраслях экономики - в торговле, в строительстве, в металлургии и в лесной промышленности. Автомобильные краны-манипуляторы имеют широкий диапазон технических характеристик и для некоторых моделей грузовой момент может достигать 150 [tm], а вылет - до 30 [m]. Это предполагает значительные инерционные нагрузки на металли-ческую конструкцию и на привод, порождаемые грузом и элементами стрел при их движении. Исследование динамических процессов, наблюдающихся при работе манипулятора, сосредоточено в ряд направлении, основные из которых: 1) Определение статических и динамических сил, действующих на элементы стрел, прежде всего для оптимизации их конструкции, а также определение коэффициента динамичности для проведения расчета напряжен-но-деформированного состояния элементов стрел и расчета параметров гид-ропривода; 2) Определение динамической устойчивости базовой машины против опрокидывания; 3) Исследование точности позиционирования, осо-бенно при гибкой подвеске груза.
В большинстве случаев, возможно регулировать динамические процес-сы прежде всего уменьшением скорости движения, что ведет с одной стороны к увеличению времени цикла и уменьшению производительности, а с другой стороны - к уменьшению энергетической эффективности, особенно для гид-ропривода.
Автомобильные краны-манипуляторы обычно конструируются как от-крытые кинематические цепи, состоящие из звеньев, связанных между собой вращающимися или скользящими парами, при том число звеньев достигает до 4-5. Возможное относительное движение между звеньями позволяет как пространственное движение груза по определенной траектории, так и значи-тельную свободу при его позиционировании. Вот почему, для исследования динамических процессов, механическую систему нужно представить как мно-гомассовую систему.
Исследование динамических процессов в механизме вращения крана представляет интерес прежде всего для проектировщика машины, так как механизм служит для перемещения больших масс на больших расстояниях от оси вращения (до нескольких десятков метров). В этом случае следует ожидать наличие значительных статических и динамических нагрузок, по-рожденных силами тяжести и инерцией звеньев механизма и груза. Дополни-тельно, свободно висящий на конце стрелы груз имеет поведение раскачи-ва-ющегося маятника, что в значительной степени увели-
