CC BY
11
диапазоне изменения параметра и следует найти оптимальное значение величины Ь,2, которому соответствует максимальная работа сил трения.
В отличие от ДГ с корректором угловых колебаний для данного гасителя экстремальное значение Атах по мере увеличения передаточного отношения и смещается в сторону больших значений коэффициента ЬГ2. Причем Атах возрастает при уменьшении значений и.
Для ДГ с дифференциальным МПД
А = 71-Ь-т.-а5ша>, (3)
где а5та, — угол угловых колебаний звена 5 МПД, соединенного упругим и диссипативным элементами со стойкой.
В этой системе амплитуда угловых колебаний звена 5 убывает с увеличением передаточного числа и45, т.е. с ростом приведенных моментов инерции звена 5 ДГ и вала 2.
По этой причине работа сил вязкого трения за цикл колебаний А также уменьшается (рис.4а). Вместе с тем, как и для предыдущих вариантов ДГ, существует оптимальное значение коэффициента Ь05, при
котором достигается максимальная величина (рис,46).
Сопоставляя значения Адля различных вариантов ДГ при равных величинах I), отметим, что При и>4, большее рассеяние энергии колебаний за счет сил вязкого трения достигается в ДГ с корректором угловых колебаний по схеме 14.5-2
Библиографический список
1. Елисеев С.В., НерубенкоГ.П. Динамические гасители колебаний. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1982. - 144 с.
2. Швецов В.Т. О потерях на трение в зубчатых механизмах динамических гасителей колебаний/ Омск.политехн.ин-т.- Омск. 1990.-21 е.- Деп.вВИНИТИ 17.07.90.№3986 - В90.
3. Захарова Е.П., Швецов В.Т. К синтезу динамического гасителя с вязким трением, размещенного на быстроходном валу // Прикладные задачи механики. Омск, 1997,- С.74-78.
СТЕПАНОВА Елена Петровна, кандидаттехнйческих наук, доцент кафедры «Сопротивление материалов».
УДК 621.313
АР. А. ГОРОХОВ АН. А. ГОРОХОВ
ПРЕДПРОЕКТНЫЙ РАСЧЕТ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ
Представлен метод параллельного расчета нескольких вариантов по задаваемым диапазонам значений параметров, сопровождаемый поэтапным построением рельефов, позволяющий ускорить выбор рационального результата для уточненного задания на проектирование.
Проектирование процессов и аппаратов сопряжено с многоэтапными расчетами. В расчетные формулы обычно введены, кроме функциональных параметров, некоторые физические или математические постоянные и коэффициенты, которые определены исходными техническим заданием, условиями, ограничениями или найдены как промежуточный результат предыдущего этапа. Под этапом можно понимать расчет по некоторой формуле. Некоторые расчетные соотношения являются приближенными или эмпирическими. Практика расчетов с учётом упомянутых особенностей привела к необходимости широкого применения итерационных процедур повторения ряда этапов, увеличивающих трудозатраты, но обязательных для обеспечения результативности проектирования. Пособия по проектированию в различных областях техники и экономики рекомендуют преимущественное применение их при подборе рациональных решений, например, снижения шумадвига-телей'и кинематических передач или повышения эффективности распределения финансирования.
Предлагается заменить повторные циклы расчета с постепенным изменением значений функциональных параметров на параллельный расчет каждого этапа в пределах заранее задаваемых их диапазонов. Метод конкретизируем на примере, имеющем подобные особенности, например, предварительного
расчета тягового электромагнита. Различные методы расчетов [1,5,7] отличаются результатами, приводящими к расхождению с экспериментом до десятков процентов, так как физическая картина распространения магнитного поля имеет множество особенностей, зависящих от разнообразия конструкций сердечников и форм воздушного зазора. Алгоритм расчета по диапазонам основан на традиционных в конкретной сфере соотношениях между функциональными параметрами (рис.1). Некоторые формулы, содержащие более двух параметров, кроме констант и коэффициентов, предлагается упростить до зависимости между двумя параметрами, что приводит метод параллельного расчета к унифицированной для всех этапов.таблице (табл. 1). Расчетная таблица представлена прямоугольником, разделенным на ячейки. Столбцы обозначены буквами, а строки - цифрами. Цифро-буквенные обозначения представляют собой адреса ячеек поля результатов. В строку ячеек, размещенную под буквами, вносятся элементы диапазона одного из параметров. Здесь же может быть вписана формула пересчета параметра на константу и порядок размерности.
В крупной левой верхней ячейке размещается обозначение результата перекрестного преобразования по формуле, указанной под таблицей. Здесь же возможно конкретизировать один из вариантов рас-
/б Р. и Р- р..
Г, Л.Г Г Г„ /УПкЛгОоЦяУ
е - Е =2 •5 *рэ
5-= п '(Ь--£>-) 4
Эви1
= '5
Эм2
в-
К = е а
/ к,к/
г
ЭнкЭ Этш4
ЭяиЯ ЭжМ Эпб
3ж1
а-п
I
4 =4'Р-'/Х
л- = 71* /4
эвии
Эгш10-2
О^рвбоцИ'
6 = (£),-£>,)/2
"И*
р/ / 1 Л (ТИ*
«рАяв
II
/г = £ . 6
О^йш
С Спщ ^
Рис. 1. Алгоритм предлагаемого метода расчета по диапазонам Условные обозначения расчетных величин
Р - вес (сила тяжести) ползуна с якорем [Н.1; рс • сила смещения ползуна с якорем [Н.];
-электромагнитное усилие в воздушном зазоре [Н.]; С, - магнитная проводимость воздушного зазора [Гн. ]; 6-длина воздушного зазора [м ]; ~ магнитная постоянная (1,26 10'7) [Гн/м.];
- намагничивающая сила воздушного зазора [ А ]; суммарная намагничивающая сила намотки [А];
- площадь воздушного зазора и якоря [мг.|;
- площадь сечения гильзы под намоткой [м2.];
- площадь сечения полюса [м2.]; -диаметрякоря [м. ];
О, -О -
диаметр полюса [м. ];
Ф - магнитный поток [ Вб ]; Н - напряженность в гильзе [А. ]; В - магнитная индукция[Тл. ]; <) - диаметр провода намотки [мм.];
- число витков намотки; в - площадь сечения провода [м м1 ]; /-сила тока [А]; 1 - плотность тока [А/мм1]; I/ - напряжение (В ]; т - степень намагничивающего свойства; п - удельное сопротивление провода [м м2Ом / м]; у - коэффициент трения скольжения; к^к^к^/к^к^к,- коэффициенты запаса по инерции, возвратной пружине, выпучиванию потока в зазоре, потерям в стали, по срабатыванию, плотности намотки.
» " средний диаметр намотки м ];
G s Ю'-знаменатель
F s' b d Г h j
1,26 0,86 0,31 0,22 # 0,12
2 0,7 74 90 150 180 238
<1 0,45 60 72 121 144 192
26 Р, Ю3 6' 0.2 39 48 80 96 127
8 0,09 # 27 32 54 64 # 85
10 0,05 20 24 40 48 64
Этап 5 - 2. Расчет электромагнитной тяги
- обозначение репера первичного варианта расчета, ^ ^ V Л " обозначения реперов очередны* вариантов отбора, Первичный репер с элементами: Р6 = 102 л/рг4 = 10^0,6 = 102- 0,8 А.
чета. В столбец, находящийся рядом с цифрами, вносятся элементы диапазона другого параметра. Обычно в диапазоне каждого параметра достаточно выделить по пять промежуточных значений. В столбец левее цифр вписывается обозначение другого параметра и порядок размерности. Объем статьи позволяет изложить лишь принцип расчета, представленный конкретным алгоритмом, приведенным для иллюстрации.
В таблице с чередованием пропущены адреса соседних строк и столбцов, чем создан резерв ячеек, упрощающий возможные преобразования массива при учете промежуточных вариантов. Из двадцати пяти результатов, получаемых на каждом этапе, в диапазон очередного этапа включается четыре - пять значений, иначе объем вычислений разрастается лавинообразно. Рекомендуется среднее значение диапазона обозначать символом первичного репера [4], так как метод предусматривает по окончании расчета расстановку очередных реперов, в том числе, от последнего этапа к началу. Наличие двадцати пяти вариантов предусматривает построение пространственных рельефов для каждого этапа с целью предупреждения ошибок и некорректных оценок, нарушающих общую форму, например, плавность, рельефа.
Процесс локального машинного расчета, модернизированный и рекомендуемый авторами, проследим на примере из указанной таблицы. Произвольно отмечаем одну из ячеек листа Microsoft Excel, например, «В24» и вносим в неё и в последующие ячейки столбца «В» другие значения элементов диапазона первого параметра (в нашем случае - числителя). Затем выбираем ячейку листа Microsoft Excel в соседнем столбце, но строкой выше, то есть «С 23». В отмеченную ячейку и последующие в строке «23» вносим значения элементов диапазона другого параметра (в нашем случае - знаменателя). Поскольку результатами расчета по диапазонам, в данном случае, являются значения корня из дроби, то следует ввести в машину соответствующую формулу. Следовательно, в левую верхнюю ячейку листа Microsoft Excel, ограниченную строкой и столбцом, вносим знак «равно», слово «корень». Затем в круглых скобках последовательно до-I бавляем обозначение «смешанной ссылки» на пер-
вый столбец, то есть «$В». Далее вводим вторую часть адреса значения первого элемента диапазона числителя, то есть, «24». Потом следуют: - знакделения «/» и первая часть адреса первого элемента диапазона знаменателя, то есть «С. Заканчиваем выражение внесением «смешанной ссылки» на первую строку, то есть «$23». Копируем образованную формулу: « = КОРЕНЬ($В24/С$23». Выделяем оставшуюся часть столбца рамкой и вставляем из буфера формулу. Затем выделяем рамкой оставшуюся часть столбцов и вставляем из буфера формулу. Результаты расчета воспроизводятся в ячейках автоматически без замедления. Ввод других формул для очередных этапов аналогичен. Продукт Microsoft Excel позволяет механизировать выполнение всех операций по построению изометрического изображения по данным каждой расчетной таблицы. Для построения таблица выделяется контуром. Затем используется «Мастер построения диаграмм». Необходимые условия построения и оформления вводятся на четырех последовательных шагах. На первом устанавливаются: - тип (поверхность) и вид (прозрачный). На втором выводится образец, по которому можно установить ракурс более четкий для восприятия. На третьем шаге желательно убрать с листа табличку координат (легенду), добавить обозначения осей и разметить плоскости координатными линиями. На четвертом шаге изображение воспроизводится совместно с расчетом. Далее, отмечая правой клавишей «мыши» основание
или ограничивающие стенки, указываем на прозрачность (формат) их исполнения и заливку рамки белым цветом. На этом подготовка изометрического изображения закончена, оно может быть скопировано и вставлено в документ предпроектного расчета. Реперы можно вводить через программу СгеГОИАШ после экспорта в неё полученного изометрического изображения.
Процедура обратного смещения репера не требует повторного расчета, так как система «таблица и рельеф» содержат необходимый резерв рассчитанных ранее значений. Положение репера отбора рекомендуется обозначить на построенных ранее рельефах поверхностей (рис. 2), что необходимо для перепроверки совместимости откорректированного варианта. Искомые скорректированные варианты зачастую находятся на соответствующих линиях уровня рельефа или наибольшего ската, то есть, на изометрическом изображении наглядно представлены эффективные направления для итерации. При расчете одного из предпоследних этапов может выясниться, что, отмеченный в таблице первичным репером, результат не удовлетворительный, например, двенадцать тысяч витков и это слишком много и нетехнологично при намотке катушки электромагнита. Тогда необходимо из ближайшей окрестности первичного репера выбрать несколько меньшее значение, например, пять тысяч семьсот шестьдесят, и отметить его символом очередного репера отбора. Кроме ячейки результата в таблице отмечают очередным репером соответствующие элементы репера в строке и столбце. Этим очередным репером в дальнейшем будут отмечены ячейки в таблицах предыдущих этапов расчета. Значение допустимого тока, отмеченное очередным репером на соответствующем этапе, после такой элементарной процедуры дает иное значение диаметра провода намотки электромагнита. Разные формы реперов служат ориентирами. Диаметр провода согласно алгоритму рассчитывался на десятом этапе [2]. Значения вариантов отбора вносим в сводную таблицу. В выделенном варианте вместо напряжения двенадцать вольт требуется лишь шесть вольт. Соответственно снизилась намагничивающая сила [3]. Продолжая обратную расстановку очередного репера, через несколько этапов, по
соответствующим таблице или рельефу, выясняем, что отмеченное значение указывает на необходимость уменьшения воздушного зазора тягового электромагнита [6]. Двадцать пять вариантов определяют бесчисленное множество промежуточных точек рельефа, следовательно, простор для отбора вариантов неограничен. Итерация по отбору рационального варианта из расчетной превращается в графическую, наглядность которой способствует ускорению процедуры.
Метод параллельного расчета по диапазонам с поэтапным сопровождением рельефами дополняет арсенал итерационных методов, предусматривает выполнение их машинным путем, выгодно отличается уменьшенной трудоемкостью и способствует повышению четкости соблюдения направления шагов итерации на всех этапах в установленных пределах значений.
Библиографический список
1. Буль Б.К. Основытеории и расчёта магнитных цепей. М,-Л. Энергия. 1964.
2. Краткий справочник по химии: ред. О. Д. Куриленко;- К.: Наукова думка, 1974.
3. Лгобчик М А. Силовые электромагниты аппаратов и устройств автоматики постоянного тока. (Расчёт и элементы проектирования) М. Энергия, 1968.
4. Математическая энциклопедия: в 5 т, / ред, И. М. Виноградовым.: Советская энциклопедия, 1977.
5. Миловэоров И. Н. Электромагнитные устройства автомати-ки.-М: Энергия, 1983.
6. СливинскаяА. Г. Электромагниты и постоянные магниты. М„ 1972.
7. Сотсков Б.С. Основы расчёта и проектирования электромеханических элементов автоматических и телемеханических устройств. М.: Энергия 1965.
ГОРОХОВ Арсений Анатольевич, начальник отдела, Центр внедрения новой техники и технологий. ГОРОХОВ Андрей Арсеньевич, ведущий инженер-электронщик, Управление Центробанка по Омской области.
У наших коллег
ИНТЕГРАЦИЯ НГТУ И СО РАН
23 июня состоялось учредительное заседание Совета по интеграции в области образования и науки Новосибирского государственного технического университета и Сибирского отделения Российской академии наук.
Руководители академических институтов и ученые СО РАН, члены ректората и деканы НГТУ собрались вместе, чтобы систематизировать и расширить свое сотрудничество.
Ученые обсудили концепцию повышения качества инженерного образования в рамках взаимодействия НГТУ — СО РАН, меры повышения эффективности и финансовой поддержки совместных интеграционных проектов, а также приняли положение о Совете. Кроме развития физико-технического направления с использованием научного потенциала СО РАН и его уникального технического оборудования, большое внимание уделено вопросам формирования комплексных научных коллективов для участия в совместных научных разработках специалистов НГТУ и СО РАН.
Были заслушаны доклады: «О повышении качества инженерного образования в рамках интеграционного сотрудничества НГТУ— СО РАН» (ректор НГТУ проф. Н. Пустовой), «Некоторые вопросы развития физико-технического образования» (ак. С. Багаев), «Центры коллективного пользования СО РАН — база для научных исследований и подготовки специалистов высшей квалификации» (ак. Г. Кулипанов), «О сотрудничестве в области 1Т — технологий» (ак. Ю. Ершов) и др.
Технический университет в течение долгих лет взаимодействует с Сибирским отделением РАН в подготовке специалистов технического профиля, прежде всего студентов физико-технического факультета и ряда специальностей на других факультетах. На этом новом этапе развития отношений между НГТУ и СО РАН взаимодействие станетпостоянным.
Пресс-служба НГТУ
