CC BY
1
УДК 621.08
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-601-602
ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ШЕСТИЗВЕННОГО МЕХАНИЗМА ПУТЕМ ОБЪЕДИНЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ, СФЕРИЧЕСКОЙ И ПАРАЛЛЕЛЕПИПЕДНОЙ
СТРУКТУРЫ
И.А. Романов, М.Р. Фаизов, Ф.Ф. Хабибуллин
Шестизвенный шарнирный механизм, полученный из сферического четырехзвенного механизма и механизма Беннета из четырех звеньев. Производиться подбор оптимальных размеров звеньев. Одно звено является исследуемым, под которое подбираются все параметры. Звено является место неподвижного положения. Учитывается вращение вокруг данного звена при реализации шарнирного механизма. Проектируется структурная схема для наглядного представления самого механизма. При исследовании учитывается пространственное перемещение всех звеньев, кроме самого исследуемого звена. На основе подбора происходит выявление оптимального размера длины звена, его угла наклона, углов наклона шарниров и теоретическое расположение высоты шарниров. Для более точного проектирования и реализации механизма используется несколько переменных для определения лучшего диапазона работоспособности данного механизма.
Ключевые слова: шарнирный механизм, беннетт, сферический механизм, высота шарниров, пространственное смещение, виртуальный шарнир.
Введение
Для реализации пространственного механизма нужно учитывать геометрическое пространство вращения и его геометрические параметры звеньев. В нашем случае реализовываем шестизвенный механизм с двумя кривошипными звеньями совершающие полное оборотное движение вокруг шарниров стойки. При реализации данного механизма следует учесть результаты новых пяти параметров совместного взаимодействия пространства и параметров звеньев.
На рисунке 1 представлена схема шестизвенного механизма ABCDEF, полученного объединением сферического четырехзвенного АВСК и механизма Беннета KDEF.
D
В этом шестизвенном механизме параметры сферических звеньев 1 и 2 могут быть заданы свободно, а звеньев 4 и 5 связаны геометрической зависимостью формулой 1.
l4 / sin а4 = l5 / sin а5 (1)
Параметры же комбинированного звена 6 и того же и звена 3 одинаковые, а значит значение и параметры будут равны между собой:
(2)
l6 / sin а6 = l3 / sin а3
Для определения угла наклона шарниров звена 6 используется формула 3:
а6 = arccos(cosaAKcosa4 -sinaAK sin а4этД) (3)
В данной формуле следует учесть вращения пространственного шарнира с осью пересечения звеньев сферического механизма, от их возможности полного вращения зависит вращение ведущих кривошипов. Следовательно, в формуле 3 учитываем вращения угла аАК и [¡-¡в 360 градусов. При исследовании результат представленный на рисунке 2 угол Д берется определенным значением, и результат находиться в зависимости от угла аАК в полный вращательный оборот в 360 градусов. По результату исследования по рисунку видно, что максимальное значение угла звена 6 достигается в 180 градусах, это и является оптимальным значением угла звена 6.
150А ~
28,7
0 град. 120 180 ак 240 ЗбС Рис. 2. Угол между шарнирами звена 6 601
На рис. 3 представлено пространственное определение угла наклона звена 6, а именно стойки. В данном случае учитывается вращение полных оборотов пространственных виртуальных шарниров при совместном движении. Как видно по рисунку максимальное значение подобно рисунку 2, но видно полное перемещение без разрывов.
где
Зёо V
Рис. 3. Угол между шарнирами звена 6, пространственный вид
Размер длины между шарнирами звена 6 определяется зависимостью данных заданных в формулу 4: -[lk sin a4 cos aAK cos Д -l4 (sin a4 cos aAK + sin aAK cosa4 sin Д)
_ sin a6!
l6 _ _
(4)
A _ (sin a4 cos aAK + sin aAK cos a4 sin Д )2 + sin2 aAK cos aAK cos2 Д В данном случае соотношение размера длины звена 6 определяется через виртуальное расстояние шарнира KL к углу алк, где результат представлен на рисунке 4.
<Л>т3боград'
Рис. 4. Размер длины звена стойки
По результату графика 4 следует учитывать полный оборот и максимальная длина звена lk, что указывает на длину звена 6 стойки равной 60 мм.
По формуле 5 находиться высота правого шарнира А звена 6:
h2 _ —[l 4 sina4 cos Д -lk(sinaAK + sina4 sin Д cosaAK)]
(5)
A
360
Рис. 5. Высота шарнира А звена 6 (стойки)
По результату исследования видно, что данное значение обязательно должно равняться нулю.
602
С помощью формулы 6 находиться высота левого шарнира F звена 6:
h3 = A[l k cosaAK(sinaAK cosa4 + sina4 cosaAK sinД) -14 sinaAK + cos Д cosa6)]
(6)
Pitc. 6. Высота шарнира F звена 6 (стойки)
По результату исследования видно, что данное значение обязательно также равняться нулю. Угол Ayi определяет наклон правого шарнира звена 6 по формуле 7:
. , . cos Pj
Ayj = arccos(- sin а 4 cos а ak-L-L)
sin а 6
(7)
°град. i ¡7ГТ--^Трад,
Рис 7. Угол наклона шарнира А звена 6
На рисунке 7 учитываем максимальный оборот вращения обоих параметров. Максимальный угол наклона правого шарнира составляет 120 градусов.
Угол Aj2 определяет наклон левого шарнира звена 6 по формуле 7:
= arccos [——— (cos аАК sin а4 + cos а4 sin аАК sin Д)]
sin а.
(8)
180 240 ,, 360 Рис 8 угол наклона шарнира F звена 6
По рисунку 8 видно, что также, как и на 7 рисунке что наклон левого шарнира составляет 65 градусов. В приведенных выражениях в дополнение к принятым ранее обозначениям приведены oak - угол между осями шарниров A и K сферического четырехзвенного механизма с вращательными парами, lk - длина отрезка AK, перпендикулярного оси SK.
В общем случае оси шарниров Д и F звена 6, а также оси шарниров C и D звена 3 перекрещиваются, в частном же случае могут быть параллельными или пересекаться.
Характер движения звеньев 1 и 5, связанных со станиной 6, зависит от вида сферического шарнирного механизма из четырех звеньев ДВСК. Как и в рассмотренном выше шестизвенном механизме на рисунке 1, звенья 1 и 5 могут быть либо кривошипами, либо звено 1 балансиром, а звено 5 кривошипом и наоборот.
Заключение. Исследовано математическая модель геометрии и пространственных параметров ше-стизвенного механизма путем объединения сферической и параллелепипед структуры. Исследование механизма подводиться через звено, которое является стойкой. При получении звена учитывается полный оборот вращения пространства. По полученным данным находиться оптимальная длина звена, угол наклона звена, теоретическая высота шарниров, и их углов наклона в пространстве.
Список литературы
1. Кесель Л. Г. Влияние деформации плоского зеркала коаксиального лазера на характеристики выходного излучения // Вестник Казанского технического университета им. А. H. Туполева. 2021. Т. ll, № 1. С. 15-20.
2. Батищева К. А., Вымпина Ю. H. Влияние способа обработки алюминиево-магниевого сплава на структуру кольцевых осадков, формирующихся при испарении капель коллоидных растворов // Вестник Казанского технического университета им. А. H. Туполева. 2021. Т. ll, № 1. С. 31-33.
3. Ефремова Е. С., Mифтахов Б. И., Солдаткина К. В. Имитационное моделирование неподвижного приемника вихревой системы воздушных сигналов // Вестник Казанского технического университета им. А. H. Туполева 2021. Т. ll, № 1. С. 102-108.
4. Иванов В. К. К задаче аналитического проектирования мехатронных систем // Вестник Казанского технического университета им. А. H. Туполева 2021. Т. ll, № 1. С. 6l-l0.
5. Валиуллина Д. M., Козлов В. К., Садыков Э. M. Исследование корреляций между характеристиками трансформаторного масла // Вестник Казанского технического университета им. А. H. Туполева. 2021. Т. ll, № 1. С. 62-66.
6. Кесель Б. А., Кесель Л. Г. Энергоэффективность мобильной газотурбинной электростанции малой мощности для электроснабжения буровой // Вестник казанского технического университета им. А. H. Туполева. 2021. Т. ll, № 1. С. ll-l5.
I. Mуратаев Ф. И., Евлампьев А. В., Mуратаев Т. А. Анализ причин развития стресс коррозии аустенит-ных сталей и сварных соединений // Вестник казанского технического университета им. А. H. Туполева.
2021. Т. ll, № 1. С. l6-8l.
8. Физическое моделирование теплогидравлических характеристик каналов с овально-траншейными вихрегенераторами / А. А. Mиронов, С. А. Исаев, А. H. Скрыпник, И. А. Попов, Ю. Ф. Гортышев // Тепловые процессы в технике. 2020. Т. 12, № 9. С. 386-402.
9. Фаизов M. Р., Mудров А. П. Исследование движения сферического тренажера // Вестник Mосковского авиационного института. 2019. Т. 26, № 1. С. 182-191.
10. Skrypnik Д.№, Shcelchkov Д.^, Gortyshov Yu.F., Popov IA. Artifician neural networks application on friction factor and heat transfer coefficients prediction in tubes with inner helical-finning. Applied Thermal Engineering, 2022, vol. 206, p. 118049.
II. Рощин В. В., Хабибуллин Ф. Ф., Ерахмадов С. H. К оценке температурного состояния шарикоподшипников опор гтд повышенной теплонапряженности // Вестник Казанского государственного технического университета им. А. H. Туполева. 2019. Т. l5, № 3. С. 66-69.
12. Mоделирование динамики двухфазного потока в сепараторе / И. M. Баянов, Ю. Ф. Гортышов, В. Г. Тонконог, M. И. Тонконог // Вестник Казанского государственного технического университета им. А. H. Туполева. 2013. № 4. С. 34-42.
13. Lustin ДЮ., Egorov S.V. Defining relation of vibration of vehicle suspension with the mass and rigidity design deviations. International Journal of Applied Engineering Research, 2015, vol. 10, no. 24, pp. 44629- 44635.
14. Конструктивное моделирование процессов синтеза: монография В. А. Райхлин, И. С. Вершинин, Р. К. Классен, Р. Ф. Гибадуллин, С. В. Пыстогов. Казань: Фэн, 2020. 248 с.
15. Вершинин И. С. Конструктивное моделирование систем ассоциативной стеганографии // Mатематиче-ские методы в технике и технологиях - MMIT. 2020. Т. 12-3. С. l3l-l44.
16. Snegurenko ДР., Zaydullin S.S., Novikova S.V., Valitova N.L., Kremleva E.S. Technology of multilevel in-teruniversity indicators as a factor for increasing academic mobility. Experience based on russian federal educational standards. Integration of Education, 2022, vol. 26, no. 1 (106). P. 55-ll.
11. Ассоциативная стеганография текстовых сообщений / И. С. Вешинин, Р. Ф. Гибадуллин, С. В. Пысто-гов, В. А. Райхлин // Вестник московского университета. Серия 15: Вычислительная математика и кибернетика. 2021. № 1. С. 3-14.
18. Gibadullin R.F., Vershinin I.S., Volkova M.M. Software Development for Placing Tiles in TwoDimensional Space. International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies - 2020 (FarEastCon 2020). P. 92ll369.
19. Pikuleva N.I. Querying big graphs in data flow language / N. I. Pikuleva, Д. S. Khafizova, D. Д. Gashigullin // Proceedings - 2021 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, ГСШДМ 2021, Sochi, ll-2l мая 2021 года. Sochi, 2021. P. 455-460. DOI l0.ll09/TCŒAM5l226.202l.9446339. EDN YVZNIN.
20. Разработка сервиса для генерации словоформ в корпусной лингвистике / M. Р. Сибгатуллин, Р. Ш. Mинязев, И. И. Сафиулин [и др.] // Инженерный вестник Дона. 2022. № 6(90). С. ll-8l. EDN XOQRRJ.
Романов Илья Александрович, инженер, Россия, Казань, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ,
Фаизов Марат Рауфович, аспирант, [email protected], Россия, Казань, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ,
Хабибуллин Фаниль Фаргатович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Казань, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ
STUDY OF GEOMETRICAL PARAMETERS OF A SIX-BANK MECHANISM BY COMBINING SPATIAL MECHANISMS,
SPHERICAL AND PARALLELEPIPEDAL STRUCTURE
I.A. Romanov, M.R. Faizov, F.F. Khabibullin
A six-bar hinge mechanism derived from a spherical four-bar mechanism and a four-bar Bennett mechanism. The selection of optimal link sizes carried out. One link is the one under study, for which all parameters selected. The link is a place of fixed position. Rotation around this link taken into account when implementing the hinge mechanism. A block diagram being design visually represent the mechanism itself. The study takes into account the spatial movement of all links except the link under study. Based on the selection, the optimal size of the link length, its angle of inclination, the angles of inclination of the hinges and the theoretical location of the height of the hinges identified. To more accurately design and implement a mechanism, several variables used to determine the best operating range for a given mechanism.
Key words: hinge mechanism, Bennett, spherical mechanism, hinge height, spatial displacement, virtual hinge.
Romanov Ilya Aleksandrovich, student, Russia, Kazan, Kazan National Research Technical University named after. A.N. Tupolev - KAI,
Faizov Marat Raufovich, master's, assistant, [email protected], Russia, Kazan, Kazan National Research Technical University named after. A.N. Tupolev - KAI,
Khabibullin Fanil Fargatovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected] , Russia, Kazan, Kazan National Research Technical University named after. A.N. Tupolev - KAI
УДК 629.048.7
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-605-606
ПРОБЛЕМЫ И НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ В ЭЛЕКТРОБУСАХ
Н.В. Савенков, Е.А. Покинтелица, А.М. Моржухин
В данной работе рассмотрены сопутствующие проблемы эксплуатации электробусов на городских маршрутах в отношении поддержания требуемой температуры пассажирского салона и рабочего места водителя, взаимосвязь этого процесса с запасом хода при применении различных систем терморегуляции. В качестве альтернативы предложены системы на основе теплоаккумулирующих материалов, функционирующих на основе фазовых переходов первого рода. Проведен критический анализ, сформулированы направления по дальнейшему развитию системы.
Ключевые слова: электробус, система терморегуляции, обогрев, высоковольтные батареи, тяговый электропривод, энергетическая эффективность, теплоаккумулирующие материалы.
Актуальность использования систем терморегуляции в электробусах заключается в нескольких аспектах:
- во-первых, необходимо увеличение энергоэффективности. Терморегуляция позволяет поддерживать оптимальную температуру внутри салона и батарейного отсека электробуса. Это помогает снизить потребление электрической энергии на отопление и охлаждение, что в свою очередь увеличивает дальность поездок и экономит заряд высоковольтных батарей (ВВБ);
- во-вторых, важно уделять внимание комфорту пассажиров, т.к. использование системы терморегуляции обеспечивает оптимальные микроклиматические условия в салоне электробуса как в летний, так и зимний периоды, что повышает качество общественного транспорта;
- в-третьих, необходимость повышения надежности и долговечности ВВБ, т.к. высокие или низкие температуры могут негативно сказаться на ресурсе ВВБ электробуса. Системы терморегуляции позволяют поддерживать ВВБ в оптимальных условиях, предотвращая их перегрев или переохлаждение;
- в-четвертых, электробусы, оснащенные системами терморегуляции, могут работать эффективно в любых климатических условиях наравне с традиционными автобусами;
- в-пятых, одно из главных достоинств использования электробусов - уменьшение негативного воздействия на окружающую среду. Электробусы сами по себе являются экологически чистым видом транспорта, но использование систем терморегуляции, рабочий процесс которых не предусматривает использование энергии сгорания углеводородного топлива, помогает дополнительно снизить негативное воздействие на окружающую среду. Благодаря энергоэффективности и рациональной работе ВВБ, ресурсов требуется меньше, что увеличивает экологическую эффективность электробусов.
В целом, использование систем терморегуляции в электробусах важно для увеличения их энергоэффективности, комфорта пассажиров, надежности ВВБ и уменьшения негативного воздействия на окружающую среду. Это делает данный вид транспорта более конкурентоспособным и привлекательным по сравнению с традиционными автобусами.
При разработке перспективных конструкций электробусов, необходимо принимать во внимание основные требования, предъявляемые ГУП «Мосгортранс» [1]:
1. Общая пассажировместимость - 85 чел.;
