Машиностроение

Методические указания предназначены для студентов бакалавриата и магистратуры направления «Конструкторско-технonогическое обеспечение машиностроительных производств».

Учебное пособие написано на основании многолетнего опыта преподавания в вузе и результатов анализа применения теории случайных импульсных потоков для решения практических задач. Оно состоит из двух разделов. Первый раздел посвящен устойчивости электрических систем к негативным факторам. Второй раздел отражает существующие возможности повышения вероятностных показателей отказоустойчивости системы.

Учебное пособие написано на основании многолетнего опыта преподавания в вузе и результатов анализа применения теории случайных импульсных потоков для решения практических задач. Оно состоит из двух разделов. Первый раздел посвящен устойчивости электрических систем к негативным факторам. Второй раздел отображает вероятностную связь между оборудованием и эффективностью применения средств защиты для управления безотказностью электрической системы.

Методические указания предназначены для студентов 1-го курса очной, очно-заочной и заочной форм обучения направления подготовки 15.03.03 «Прикладная механика» профиля «Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг» и содержат описание порядка прохождения и подготовки отчёта по ознакомительной практике.

В пособии представлена классификация и описано устройство основных узлов оборудования и аппаратуры, используемых при ручной и механизированной сварке неплавящимся электродом в среде защитных газов. Рассмотрены конструктивные особенности и даны технические характеристики источников питания и блоков подачи присадочной проволоки отечественного и импортного производства.

В практикуме описаны лабораторные работы, направленные на изучение методов подготовки конструкторской документации и проведение анализа с применением CAE- и CAD-пакетов.

Представлена краткая история развития станкостроения; изложены методы образования поверхностей, параметры движений, кинематические связи в металлорежущих станках. Рассмотрены принципы работы универсальных зубообрабатывающих, зубофрезерных, зубострогальных и других станков.

Всесторонне рассматриваются вопросы, связанные с разработкой, художественным конструированием и технической эстетикой, а также общие понятия конструирования технических изделий и особенности технического дизайна технологического оборудования. Исследованы как традиционные аспекты знаний дизайнера, так и специфические вопросы, возникающие при проектировании технологического оборудования, в том числе по безопасности, долговечности, экологичности и т. п., являющиеся базовой основой создания современного изделия.

Основное содержание настоящего учебного пособия – назначение, технические характеристики, кинематические схемы и устройство металлорежущих станков, используемых при выполнении работ по курсу «Оборудование машиностроительного производства». Учебный материал, представленный в пособии, позволяет студентам приобрести практический опыт проведения структурно-кинематического анализа, настройки параметров исполнительных движений станка и наладки технологического оборудования на различные виды работ.

Основное содержание настоящего учебного пособия – назначение, технические характеристики, кинематические схемы и устройство металлорежущих станков, используемых при подготовке по курсу «Оборудование машиностроительного производства». Учебный материал, представленный в пособии, позволяет студентам приобрести практический опыт проведения структурно-кинематического анализа, настройки параметров исполнительных движений станка и наладки технологического оборудования на различные виды работ.

Рассматриваются специализированные лесопожарные машины, необходимые для тушения лесных пожаров. Представлен обзор отечественной и зарубежной современной лесопожарной техники и методов борьбы с лесными пожарами. Отмечается, что общим недостатком тепловой защиты лесопожарной машины является быстрый нагрев поверхностей ограждений кабин при ликвидации пожаров в экстремальных условиях. Следовательно, проблема повышения эффективности функционирования лесопожарной машины при тушении пожаров, задачи обеспечения работоспособности, оптимизации параметров и режимов работы, разработка и создание новых огнезащитных материалов, повышение показателей эргономики кабины и безопасности условий труда оператора остаются актуальными. Приводится обоснование оптимизации параметров и режимов работы лесопожарной машины на основе заданной тактической схемы организации тушения лесного пожара. В качестве целевой функции математической задачи оптимизации принята производственная мощность, т. е. площадь, которую можно потушить при помощи лесопожарной машины. В качестве управляющих факторов рассматриваются параметры основного и вспомогательного оборудования: производительность насосов, подающих воду и водные растворы пенообразователей; вместимость водного бака; время оцениваемого периода тушения лесного пожара и огнезащитные свойства элементов конструкции лесопожарной машины, а именно температура самовоспламенения теплоизоляции ограждения кабины. Математическая задача оптимизации решается аналитическим методом. Для проведения численных расчетов и программной реализации используются методы вычислительной математики и прикладного программирования. Решение задачи позволяет рассчитать производственную мощность лесопожарной машины, определить требуемые огнезащитные свойства поверхностей ограждений кабины и предложить новые конструкционные огнезащитные материалы, рекомендовать основное и вспомогательное оборудование. Улучшение эргономических показателей кабин во время тушения пожаров повысит безопасность условий труда оператора. Эффективная работа лесопожарной машины во время борьбы с огнем способствует снижению ущерба, наносимого окружающей среде, и убытков, являющихся последствием уничтожения миллионов гектаров леса.

В методических указаниях изложена информация по общему устройству механизмов и систем двигателя внутреннего сгорания, их назначение и взаимодействие в рабочем процессе.

В методических указаниях дано краткое изложение вопросов теории теплоотдачи при вынужденном движении жидкостей и газов в трубах, приведён порядок выполнения лабораторной работы «Определение коэффициента теплоотдачи при движении воздуха в трубе» и подготовки отчета.

Настоящие задания представляют собой варианты задач для проведения контроля знаний по разделу «Определение коэффициентов местных сопротивлений».

Изложены основы аналоговой электроники. Рассмотрены базовые элементы электронных устройств: полупроводники, диоды, биполярные и полевые транзисторы. Даны основы усилительной техники на биполярных и полевых транзисторах, операционных усилителей, генераторов гармонических и импульсных сигналов, активных фильтров и вторичных источников питания.

Предназначено для самостоятельной подготовки студентов к выполнению лабораторных работ по курсу «Электрические измерения неэлектрических величин». Рассмотрены основы электрических измерений на примерах мостовых схем. Исследованы методы определения методической погрешности измерений, обусловленной влиянием измерительных приборов.

Изложены основы проектирования двигателей с замкнутым дрейфом электронов и вынесенной зоной ускорения. Рассмотрены физические процессы, определяющие эффективность электроракетных двигателей. Дана оценка расхода рабочего вещества и напряжения разряда в двигателе. Приведены подробные рекомендации, алгоритмы и примеры расчета конструкционных параметров двигателей такого типа.

Рассмотрены особенности устройства автотранспортных средств, работа их основных систем, агрегатов и узлов, правила содержания автомобилей. Во второй части представлены системы зажигания автомобилей, реально эксплуатирующихся на территории России, начиная с батарейно-катушечных и заканчивая объединенными системами электронного управления; показаны схемы и конструкции трансмиссий, в том числе машин повышенной проходимости, описана подвеска автомобилей и устройство их колес.

Рассмотрены особенности устройства автотранспортных средств, работа их основных систем, агрегатов и узлов, правила содержания автомобилей. В первой части приведена история развития, классификация автотранспорта и показана его роль в современной жизнедеятельности человека; рассмотрено устройство автомобиля в целом, а также термодинамические основы и рабочие циклы транспортных двигателей. Подробно освещено устройство поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Описано устройство основных узлов и систем оборудования для контактной сварки. Приведена классификация машин контактной сварки по схемам источников питания. Представлена современная аппаратура управления машинами контактной сварки.

Дана классификация и описано устройство типовых узлов оборудования и аппаратуры, используемых при автоматической дуговой сварке плавлением в среде защитных газов. Приведены конструктивные особенности и технические характеристики сварочных автоматов общего и специального назначения отечественного и импортного производства.

Изложены материалы по темам курса «Организация и технология испытаний», представлены основные понятия, термины и их определения. Приведен иллюстративный материал по темам.

Рассмотрены проблемы описания и обобщения экспериментальных данных по растворимости веществ в различных сверхкритических флюидных растворителях. Проведен анализ различных экспериментальных и аналитических методов определения критических параметров вещества, представлена методология описания растворимости веществ в сверхкритических флюидах. Описаны математические методы определения давления насыщенных паров и их влияние на точность описания растворимости. Представлены основы энтропийного метода теории подобия и его применение при обобщении экспериментальных данных по растворимости.

Рассмотрены организационно-экономические процессы в экономике, особенности их функционирования и развития, выделены основные преимущества и проблемы развития интеграционных структур, на примере РТ подробно рассмотрены ключевые интеграционные процессы.

Для самостоятельной работы студентов, обучающихся по направлению «Теплотехника и теплоэнергетика» (магистерская программа «Энергетика теплотехнологии») очной и заочной форм обучения. Содержит краткий курс лекций, контрольные вопросы, тестовые задания. Включает задания для контрольной работы по дисциплине «Основы трансформации теплоты».

Практикум содержит теоретический и методический материал для выполнения лабораторных работ по курсу «Основы механической об-работки конструкционных материалов». Приводятся сведения о способах и методах слесарной и механической обработки конструкционных материалов в условиях мастерских сельскохозяйственных предприятий, даются рекомендации по применению правил и приемов безопасной работы при выполнении типовых технологических процессов изготовления деталей и оформлению отчета по лабораторной работе.

Изложены теория и методика выполнения лабораторных работ по дисциплинам Б1.В.ОД.3 «Компрессорные установки и газоперекачивающие агрегаты», Б1.В.ОД.4 «Основы проектирования компрессорных установок и газоперекачивающих агрегатов». Содержит девять лабораторных работ по описанию конструкции центробежного компрессора (ЦК), монтажу, подготовке к работе и эксплуатации ЦК, экспериментальному определению характеристик ЦК и сети, экспериментальному определению мощности ЦК, способам регулирования характеристик ЦК и сети, определению вибрационных и шумовых характеристик ЦК и его переходных режимов, расчету осевой газодинамической силы.

Рассмотрены оборудование и инструменты, применяемые в технологиях классической и художественной обработки металла, древесины, стекла, камня и полимеров.

В учебном пособии изложены основные принципы построения объемных моделей деталей и сборочных единиц автотракторной техники. Приведены примеры основных формообразующих операций, описана технология получения плоских проекций трехмерньих моделей деталей и сборочных единиц, приведена информация об использовании системы КОМHАС-ЗD в практике компьютерного моделирования.

Предназначено для самостоятельной работы студентов при изучении дисциплины «Дереворежущие станки и инструменты». Приведено описание основ прикладных и научных исследований при создании новой техники автоматизированных производств, современных технологий и способов проектирования. Представлены решения и расчеты конкретных конструкторско-технологических задач, направленных на создание и эксплуатацию нового роботизированного энергосберегающего оборудования повышенной производительности для обработки древесины и других твердых материалов.

Кратко рассмотрены общие вопросы и положения, представляющие наибольшую трудность для аспирантов при написании диссертации и автореферата диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Представлена методика оценки показателей надежности электромагнитных электрорадиоэлементов с учетом их конструктивного исполнения, технологии изготовления и изменения характеристик материалов в условиях эксплуатации. Показано, что в процессе длительной эксплуатации сопротивление электрической изоляции существенно изменяется, и это приводит к снижению надежности аппаратуры. Рассмотрены причины отказов электромагнитных компонентов (магнитопроводов, обмоток, ферритовых материалов), приведены результаты исследования их надежности.

Кратко изложены основы теории современного автоматизированного электропривода. Рассмотрены принципы построения и составные части электроприводов, их характеристики в статических и динамических режимах работы с двигателями постоянного и переменного тока, а также основные принципы управления и проектирования.

Изложены основы современной цифровой электроники. Рассмотрены импульсный режим работы электронного устройства, схемы и характеристики различных аналоговых ключей (коммутаторов). Приведены классы логических элементов и их параметры, показаны особенности логических элементов различных логик. Рассмотрены комбинационные цифровые устройства: шифраторы, дешифраторы, преобразователи кодов, мультиплексоры и демультиплексоры, сумматоры и компараторы. Дано описание последовательностных цифровых устройств: триггеров, счетчиков импульсов и регистров. Рассмотрены программируемые логические интегральные схемы, описаны их классы. Приведены базовые сведения о микропроцессорах и микроконтроллерах.

Изложены основы аналоговой электроники. Рассмотрены базовые элементы электронных устройств: полупроводники, диоды, биполярные и полевые транзисторы. Даны основы усилительной техники на биполярных и полевых транзисторах, операционных усилителей, генераторов гармонических и импульсных сигналов, активных фильтров и вторичных источников питания.

Представлены четыре лабораторные работы по дисциплине «Учебно-технологический практикум».

Издание содержит материалы, необходимые для выполнения и оформления типовых домашних заданий по модулям 5–7 курса «Основы теории цепей» (второй семестр обучения). Рассмотрено применение методов классического и операторного анализа переходных процессов. Показаны мгновенные распределения токов и напряжений по длине линии с распределенными параметрами в различных режимах ее работы.

Рассмотрено применение законов Кирхгофа и метода узловых потенциалов. Показаны преобразование «треугольник — звезда», график зависимости выделяемой на нагрузке мощности от сопротивления нагрузки, использование условия возникновения резонанса в цепи для поиска резонансных частот, применение метода контурных токов и расчет мощности гармонически изменяющегося тока. Приведено решение типовых заданий, в качестве примера проанализировано решение домашнего задания по теме «Цепи несинусоидального тока». Описано прохождение негармонических сигналов через цепи с комплексны частотно-зависимым импедансом. Рассмотрены способы расчета активной мощности негармонического переменного тока, выделяемой на нагрузке.

Даны основы применения микроконтроллеров для управления электронными устройствами. Приведены примеры подключения к микропроцессору внешних устройств с параллельным и последовательным интерфейсом. Рассмотрено управление программой микропроцессора по флагам простейшего кнопочного пульта и прерывание исполнения программы от внешнего устройства и таймера микроконтроллера.

Рассмотрены вопросы моделирования простых схем, процессы оптимизации этих схем, а также процессы цифровой модуляции сигналов, характерных для современных протоколов проводной (DSL) и беспроводной связи (Wi-fi, Wimax, LTE).

Рассмотрены основные темы курса «Электроника». Приведены краткие теоретические сведения, примеры расчета и проектирования электронных устройств, контрольные вопросы, сформулированы программы выполнения лабораторных работ по каждой теме и требования к оформлению отчета. Все работы могут выполняться с применением как реальных элементов электроники и реальной измерительной аппаратуры, так и программ-симуляторов, таких как Proteus, Electronics Workbench, Microсap и т. п.

Рассмотрены вопросы, связанные с планированием и проведением эксперимента в электронной промышленности и наноинженерии, анализом полученных результатов и практическим применением методов моделирования технологического процесса и параметров его продукта. Представлена методология планирования и обработки результатов многофакторного эксперимента. Описано домашнее задание и даны рекомендации к его выполнению.

Приведена постановка задачи численного моделирования при определении устойчивости конструкций трубных пучков теплообменных аппаратов в соответствии с подходом А.М. Ляпунова. Представлен переход к критериальным оценкам для крупномасштабного трубного пучка на основе теории подобия и анализа размерностей применительно к исследованию динамики и прочности конструкций ядерных энергетических установок (ЯЭУ) в турбулентных потоках однофазного теплоносителя при выборе и обосновании условий нормальной эксплуатации.

Рассмотрены характерные особенности механической обработки деталей из цветных сплавов, приведены справочные данные по выбору материалов и геометрических параметров режущей части инструмента, назначению элементов режима резания на операциях точения, обработки отверстий и фрезерования типовых марок цветных металлов и сплавов (алюминиевых, магниевых, медных). Приведены примеры назначения элементов режимов резания при различных формообразующих операциях.

Издание состоит из двух частей. Первая часть посвящена теоретическим основам статики и кинематики жидкости, расчетам трубопроводов и силового воздействия потока жидкости на ограничивающие его преграды. Во второй части рассмотрены рабочие схемы и характеристики объемных гидроприводов и их устройство, а также лопастные насосы и турбины, гидродинамические передачи и пневматический привод. Приведены решения типовых задач по основным направлениям. Настоящее издание дополнено краткими основными сведениями по безопасности, испытаниям и эксплуатации гидропривода.

Представлены классификация и обозначения смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), используемых при обработке резанием металлов. Рассмотрены функциональные и эксплуатационные свойства, состав, области применения основных видов СОТС (жидких, твердых, газообразных и пластичных). Особое внимание уделено водным и масляным смазочно-охлаждающим жидкостям. Даны рекомендации по выбору СОТС.

Представлена лабораторная работа, посвященная определению коэффициента теплопередачи ограждения холодильной камеры расчетным и экспериментальным способом. Приведены описание холодильной камеры и схемы замера температур, дана методика проведения испытаний и обработки экспериментальных данных.

Спектр вероятных аварийных сценариев работы эскалаторов может быть проанализирован с помощью вычислительного эксперимента на основе имитационной модели, которая описывает реальные свойства (поведение) объекта в ряде ключевых (опорных) состояний. Опорные точки состояний исследуемого объекта должны однозначно определяться совокупностью граничных условий, например, с помощью измерительных средств. Адекватно настроенная модель позволяет интерполировать промежуточные и, экстраполировать вероятные состояния исследуемого объекта. Подобный подход позволяет отказаться от проведения полномасштабных натурных испытаний с нагружением конструкции до предельного состояния, и тем самым сохранить ресурс по несущей способности конструкции в целом. Цель проведенных исследований состояла в оценке рисков при эксплуатации тоннельных эскалаторов типа ЭТ-2М, оборудованных аварийным тормозом с постоянным моментом, без нагружения элементов конструкции до предельного состояния. Были использованы следующие методы исследований: вибропортретирование с помощью виброизмерительного комплекса; моделирование динамических процессов с использованием специализированных модулей SolidWorks Motion (комплексный кинематический и динамический анализ механизмов) и SolidWorks Simulation программного комплекса SolidWorks. Практическая значимость исследований связана с повышением надежности эксплуатации тоннельных эскалаторов, оборудованных аварийными тормозами с постоянным моментом, путем экстраполяции технического состояния на основе численного эксперимента средствами автоматизированного проектирования.

В статье исследована возможность оптимизации геометрии и массы балки исходя из условий обеспечения местной устойчивости. Предмет исследования – коробчатая балка с криволинейными стенками. Данный тип балки не является распространенным, так как он не изучен должным образом, что говорит об его новизне. Однако проведенные исследования и испытания доказывают, что данный тип балки превосходит текущие типы балок по показателям местной устойчивости. Это говорит об актуальности дальнейших исследований и использовании балок с криволинейными стенками в конструкциях, в которых основным аспектом выбора геометрических размеров балки является местная устойчивость. Для оптимизации данного типа балок был проведен численный эксперимент с помощью метода конечных элементов в среде ANSYS. Эксперимент подтвердил возможность геометрической оптимизации с сохранением аналогичных показателей местной устойчивости. Результатами данного исследования являются полученные расчетные формулы. Первая формула необходима для нахождения напряжений потери местной устойчивости коробчатых балок с оптимизированными криволинейными стенками. Данная формула была выведена с помощью аппроксимации результатов численного эксперимента с помощью метода наименьших квадратов в среде MathCAD. Вторая полученная формула необходима для определения выигрыша по массе при использовании оптимизированной геометрии.

Грузозахватные приспособления применяются при любой грузоподъемной операции и служат для крепления груза к строительной машине, в большинстве случаев, к крюку подъемного крана. От правильного выбора приспособления, его технических характеристик, параметров надёжности, а также грамотной эксплуатации и применения зависит важнейшее качество изделия - безопасность. В статье приведён анализ методов и подходов к оценке риска использования грузозахватных приспособлений при выполнении грузоподъемных операций. Описана задача по конструированию захвата зажимного действия для подъема груза с возможностью поворота из горизонтального положения в вертикальное. Определены опасные ситуации и вероятность ошибки оператора при строповке груза. Рассмотрен практический пример снижения риска эксплуатации грузозахватного приспособления с целью повышения безопасности при его использовании. Объясняется необходимость применения термина «культура безопасности» для всех этапов жизненного цикла грузозахватных приспособлений и указывается на необходимость предварительной подготовки конструкторской и эксплуатационной документации во взаимосвязи с технологическими особенностями или возможностями конкретного производства. Достигнут результат по внедрению в эксплуатацию конструкции захвата зажимного действия для подъема колеса во взаимосвязи с безопасными методами работы, отраженными в паспорте на изделие и в руководстве по эксплуатации. В выводах акцентировано внимание на необходимость расширения полученного опыта на другие виды и типы захватов, необходимости систематизации и обобщения полученного опыта, а также накопления статистических данных.