Машиностроение
Второй секрет «Шершня»
Многопильный станок «Шершень» позволяет качественно повысить производство пилопродукции по сравнению с примитивными ленточнопильными станками, заполонившими рынок в отсутствие конкурентных предложений.
Заслуженный деятель науки РФ, д.т.н., профессор В.И.Мелехов, АРХАНГЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Первый секрет «коленчатой пилы» или первый секрет «Шершня»
Учёные МГТУ им. Н.Э.Баумана – лесопромышленному комплексу
На международной конференции «МАШИНЫ, ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СОВРЕМЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ», посвященной 75-летию Института машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, 21 ноября 2013 года был заслушан и обсуждён доклад: Многопильная «коленчатая» пила — новые тенденции в деревообрабатывающем станкостроении (Блохин М.А., Гаврюшин С.С., Прокопов В.С. — МГТУ имени Н.Э.Баумана, Россия, Москва).
Более подробное обсуждение прошло чуть позже в МГТУ имени Н.Э.Баумана с участием специалистов ИМАШ РАН, ФГУП «Государственный научный центр лесопромышленного комплекса», разработчиков многопильного станка «Шершень». Было высказано общее мнение, что созданный многопильный станок с круговым поступательным движением пильных полотен, по совокупности технико-экономических и эксплуатационных характеристик, является лучшим в мире среди станков малого лесопиления.
Также была высказана готовность разработчиков рассмотреть возможность заключения договора патентной лицензии, по передаче КД на станок серьёзной организации или предприятию машиностроительного комплекса.
На конференции затрагивались вопросы резонансных колебаний главных узлов станка и пильных полотен в частности. Настоящая статья посвящена одному из этих вопросов.
Исследование динамики дизельного двигателя при электронном управлении моторным тормозом
Аннотация. На основе штатных компонентов разработана электронная система управления моторным тормозом дизельного двигателя КамАЗ. Отличительной особенностью спроектированной системы является дуплексный привод исполнительных механизмов, позволяющий управлять пневмоцилиндрами заслонок моторного тормоза и пневмоцилиндром выключения подачи топлива как со стороны электроники, так и со стороны водителя. Приведены результаты полунатурного эксперимента по исследованию динамики двигателя в тормозном режиме с включением и без включения моторного тормоза. Дано заключение об интенсивности снижения угловой скорости коленчатого вала двигателя в зависимости от режима работы силового агрегата.
Введение. Вспомогательная тормозная система [1, с. 98] грузового автомобиля предназначена для разгрузки колесных тормозных механизмов при движении по затяжным спускам, а также для глушения дизельного двигателя после остановки транспортного средства. Водитель воздействует на исполнительные механизмы моторного тормоза (МТ) путем нажатия на головку крана вспомогательной тормозной системы, установленного на полу в кабине под правой ногой. При этом заслонки МТ перекрывают выпускной коллектор, а рейка топливного насоса перемещается в позицию нулевой топливоподачи.
Станок для измельчения отходов из пенопласта
Станок предназначен для измельчения бытовых отходов из пенопласта (упаковка бытовой техники) и других полимерных материалов. Измельченный материал может быть использован как заполнитель для растворных смесей или как теплоизоляционный материал.
Станок для измельчения отходов состоит из рамы, электродвигателя, клиноременной передачи, вала с ножами, бункера для засыпки материалов и защитных приспособлений. В устройстве применен трехфазный электродвигатель.
| Технические характеристики: | |
| Габаритные размеры, мм | 560×1000×1300 |
| Масса, кг | 90 |
| Напряжение питания, В | 380 |
Статус прав интеллектуальной собственности: удостоверение на рационализаторское предложение №2 от 15.11.2012, выданное УО «Борисовский государственный строительный профессиональный лицей».
Автор: Шашков Валентин Александрович – мастер производственного обучения УО «Борисовский государственный строительный профессиональный лицей».
Адрес: 222516, Минская область, г. Борисов, ул. Почтовая, 44.
Тел.: 8 (0177) 73-31-62.
Люнет для токарного станка
Люнет применяется на токарных или шлифовальных станках в качестве дополнительной опоры для предотвращения вибрации заготовки при ее обработке.
Люнет имеет основание, изготовленное из металлического уголка. На нем располагаются все элементы конструкции: паз для крепления к станине станка, вертикальный уголок, конус для подъема нижнего прижима. На вертикальном уголке имеются отверстия, предназначенные для крепления верхнего и нижнего прижимов, расположения ходового винта. Верхний подшипниковый прижим закреплен к основанию неподвижно. На нем находится подшипник, регулируемый по высоте винтом в зависимости от размеров детали. Нижний подшипниковый прижим изготовлен из металлической пластины, на нем находится подшипник. Пластина в нижнем положении опирается на конус, который перемещается при помощи ручки ходового винта.
| Технические характеристики: | |
| Габаритные размеры, мм | 80×395×265 |
| Масса, кг | 3 |
Статус прав интеллектуальной собственности: удостоверение на рационализаторское предложение №375 от 17.02.2011, выданное УО «Гродненский государственный профессиональный лицей строителей №1».
Автор: Жигало Владимир Владимирович – мастер производственного обучения УО «Гродненский государственный профессиональный лицей строителей №1».
Адрес: 230010, г. Гродно, пр. Я. Купалы, 18.
Тел.: 8 (0152) 54-37-13.
Станок для изготовления металлофибры
Станок предназначен для получения металлофибры из полосы металла. Металлофибра является наполнителем стружкобетонов. Она способна улучшать износостойкость и препятствовать образованию в стружкобетонах микротрещин.
Комплектующие элементы станка располагаются на металлической плите. Станок приводится в движение при помощи электродвигателя. Механизм подачи заготовки (полосы металла) состоит из двух валов, направляющего стола и ножа-фрезы.
Скорость подачи полосы металла и скорость вращения фрезы взаимосвязаны через косозубую шестеренчатую передачу, что позволяет получать профиль фибры заданных размеров.
| Технические характеристики: | |
| Габаритные размеры, мм | 600×600×600 |
| Масса, кг | 45,5 |
Статус прав интеллектуальной собственности: удостоверение на рационализаторское предложение №15 от 25.03.2013, выданное УО «Гомельский государственный профессионально-технический колледж машиностроения».
Автор: Ахмедов Сергей Абдулаевич – механик УО «Гомельский государственный профессионально-технический колледж машиностроения».
Адрес: 246018, г. Гомель, пр. Космонавтов, 19.
Тел.: 8 (0232) 54-00-45.
Универсальный отрезной станок
Станок предназначен для прямолинейной резки металла, керамики, силикатных блоков и т.д.
Он состоит из станины, расположенной на виброопорах, стола с упорной линейкой, каретки с направляющими рейками, рабочей зоны. Рабочая зона состоит из электродвигателя, блока управления клиноременной передачи и вала со сменным режущим инструментом. Рабочий стол имеет ручную и автоматическую подачу материалов для обработки.
| Технические характеристики: | |
| Габаритные размеры, мм | 1200×1800×1600 |
| Масса, кг | 372 |
| Напряжение питания, В | 380 |
Статус прав интеллектуальной собственности: удостоверение на рационализаторское предложение №67 от 14.02.2013, выданное УО «Полоцкий государственный профессиональный лицей строителей».
Автор: Кураш Петр Петрович – мастер производственного обучения УО «Полоцкий государственный профессиональный лицей строителей».
Адрес: 211412, Витебская обл., г. Полоцк, ул. Вильнюсское шоссе, 8.
Тел.: 8 (0214) 43-14-83.
Центрифугирование станет менее энергозатратным
Снизили энергозатраты и предотвратили нагревание рабочего органа высокоскоростной центробежной машины, а также уменьшили нагрузку на ее привод изобретатели Владимир Фурс и Сергей Каренский из «НПО «Центр» (патент Республики Беларусь на изобретение № 17216, МПК (2006.01): B02C13/14, F16C39/04; заявитель и патентообладатель: отмеченное выше Научно-производственное республиканское унитарное предприятие).
Как описывают использование своего изобретения его авторы, роторному рабочему органу 2, расположенному на валу 3, посредством привода 5 придают вращение с требуемой технологической скоростью. При этом вращение приобретает и лопаточное колесо 4, которое осуществляет отсасывание воздуха из полости корпуса 1. Таким образом, в полости корпуса 1 создается разрежение воздуха, которое обеспечивает снижение аэродинамического сопротивления роторного рабочего органа 2, что и позволяет снизить энергозатраты, предотвратить нагревание роторного рабочего органа 2 и снизить нагрузки на привод 5.
Грибы грибам рознь
Способ определения стойкости смазочно-охлаждающей жидкости к воздействию дрожжеподобных грибов запатентован Республиканским научно-практическим центром гигиены (патент Республики Беларусь № 17110, МПК (2006.01): C12Q1/02, G01N33/30; авторы изобретения: Н.Дудчик, В.Трейлиб, Л.Половинкин; заявитель и патентообладатель: отмеченное выше Государственное учреждение). Изобретение относится к разделу санитарной микробиологии.
Достигнутый при использовании данного изобретения технический результат заключается в сокращении времени определения стойкости смазочно-охлаждающих жидкостей к дрожжеподобным грибам, в расширении числа тест-культур микроорганизмов при оценке биостойкости смазочно-охлаждающей жидкости, а также «в исключении влияния на результаты определения стойкости смазочно-охлаждающих жидкостей скорости диффузии исследуемого образца смазочно-охлаждающей жидкости в агаризованную питательную среду».
Газовый двигатель внутреннего сгорания
О недостатках существующих двигателей внутреннего сгорания (ДВС) известно всем — это и кривошипно-шатунный механизм, и большая масса, и достаточно тонкая настройка системы впуска/зажигания, глушителей (например, правильно настроенный резонансный глушитель повышает мощность ДВС до 30%), четырехтактность (из 4 ходов поршня только один является «рабочим», остальные 3 «холостыми»), и многое другое. О достоинствах также хорошо известно — поршневые двигатели внутреннего сгорания являются самыми экономичными и простыми из всех типов двигателей. Разумеется, не считая «экзотических» двигателей, конструкция которых либо слишком сложна для производства (двигатель Стирлинга), либо которые из-за низкого качества современных материалов обладают недопустимо малым ресурсом (роторно-поршневые и некоторые другие). Все виды современного транспорта наносят большой ущерб биосфере, но наиболее опасен для нее автомобильный транспорт. Сегодня в мире примерно около 1 млрд. автомобилей. В среднем каждый из них выбрасывает в сутки 3,5 – 4 кг угарного газа, значительное количество оксидов азота, серу, сажу. При использовании этилированного (с добавлением свинца) бензина этот высокотоксичный элемент также попадает в выхлопы. «Вклад» автомобильного транспорта в загрязнение атмосферы составляет сегодня, например, в большинстве регионов России не менее 30%. Автомобили расходуют огромное количество топлива. А его природные источники конечны.
Рис.1 Энергетический баланс двигателя внутреннего сгорания
Рассматривая условия, при которых производится работа двигателя внутреннего сгорания, мы видим сходство с условиями, при которых производится работа парового двигателя. Здесь также имеется наличие разности температур:
с одной стороны, источник тепла (в данном случае источником тепла является химическая реакция горения, например, угля) создает высокую температуру рабочего вещества — пара;
с другой стороны, имеется громадный резервуар, в котором рассеивается получающаяся теплота,— атмосфера, которая играет роль холодильника. При этом кпд парового двигателя составляет менее 10%. В ДВС температура газов, получающихся при сгорании смеси внутри цилиндра, довольно высока (свыше 1000 С), при этом кпд двигателей внутреннего сгорания значительно выше кпд паровых двигателей. На практике, несмотря на все технологические ухищрения и «умную» электронику, к. п. д. двигателей внутреннего сгорания не превышает 30 % (рис. 1), у дизельных – не более 50%., то есть автомобили половину топлива, по крайней мере, выбрасывают в виде вредных веществ в атмосферу. Очевидно, что двигатель внутреннего сгорания недостаточно экономичен и, по сути, имеет невысокий КПД.
Автомобильный транспорт является важнейшим средством перевозки пассажиров и грузов. В, частности, в мире грузоперевозки автомобильным транспортом составляют более 11%, в Европе – порядка 60%, а в России – 80%.
Подавляющее большинство автомобилей на планете все еще используют двигатель внутреннего сгорания (ДВС), изобретенный в XIX веке. Естественно, говорить об экономичности ДВС не приходится, особенно если учесть, что современные автомобили сжигают по 10-20 литров горючего на 100 км пути. Не удивительно, что ученые пытаются создать доступные альтернативные двигатели — электрические и водородные. Однако и концепция двигателя внутреннего сгорания не исчерпала потенциал модернизации. Благодаря последним достижениям в области электроники и материалов, появилась возможность создать по-настоящему эффективный ДВС. Инженеры компании EcoMotors International творчески переработали конструкцию традиционного ДВС. Он сохранил поршни, шатуны, коленвал и маховик, однако новый двигатель на 15-20% эффективнее, кроме того намного легче и дешевле в производстве. При этом двигатель может работать на нескольких видах топлива, включая бензин, дизтопливо и этанол.
В целом двигатель EcoMotors имеет элегантную простую конструкцию, в которой на 50% меньше деталей, чем в обычном моторе. Добиться этого удалось с помощью использования оппозитной конструкции двигателя, в которой камеру сгорания образуют два поршня, двигающихся навстречу друг другу. При этом двигатель двухтактный и состоит из двух модулей по 4 поршня в каждом, соединенных специальной муфтой с электронным управлением. Двигателем полностью управляет электроника, благодаря чему удалось добиться высокого КПД и минимального расхода топлива.
Также мотор оснащен управляемым электроникой турбокомпрессором, который утилизирует энергию выхлопных газов и вырабатывает электроэнергию. У двигателя нет блока головки цилиндров, он сделан из обычных материалов и издает меньше шума и вибраций. При этом двигатель получился очень легким: на 1 кг веса он выдает мощность больше 1 л.с (на практике он приблизительно в 2 раза легче традиционного двигателя такой же мощности).
Присматриваясь к условиям, при которых производится работа в двигателе внутреннего сгорания, мы видим сходство с условиями, при которых производится работа в паровом двигателе, с примения которых и начиналось автомобилестроение.
Эксперты подсчитали, что если увеличить КПД всех двигателей внутреннего сгорания (ДВС) хотя бы на один процент, мировая экономика выиграет более триллиона долларов. Но законы классической термодинамики, сформулированные еще два века назад, определили потолок для коэффициента полезного действия тепловых машин. Во всем «виноват» французский военный инженер Сади Карно, который вывел эталон определения КПД для тепловых двигателей. Только часть хаотической энергии тепла можно перевести в работу. И, как теплотехники ни старались, но выйти за пределы железной формулы никому не удавалось.
Одним из выходов из подобной ситуации является применение пневмодвигателей. Т.е., не поджигать смесь горючего, а создать избыточное давление, которое будет толкать поршень, используя сжатый воздух? Это вполне возможно. Абсолютно никакой разницы, что будет толкать поршень, главное чтобы колеса закрутились.
При этом нет принципиальных ограничений для преобразования двигателя внутреннего сгорания в его пневматический аналог. Более того, на протяжении истории автомобилестроения подобные попытки неоднократно предпринимались. Транспортными средствами на сжатом воздухе для движения используются пневмодвигатели, в которых в качестве топлива применяется запасенный в баллонах воздух. Подобный привод называют пневматический. В нем вместо сжигания смеси воздуха с топливом и последующей передаче энергии поршнями, поршни вырабатывают энергию, используя сжатый воздух.
Главной выгодой применения сжатого воздуха как топлива можно назвать экологичность. Для заправки автомобиля используется обычный атмосферный воздух. Существенно упрощается, в сравнении с бензиновым, конструкция подобного двигателя. Отпадает необходимость хранения горючих жидкостей, нет необходимости тянуть проводку, разрабатывать сложные системы зажигания. Силовая установка для подобных автомобилей – это бак со сжатым воздухом, промежуточные механизмы, подающие нужные порции воздуха, а также рабочая зона, в которой размещается турбина. Практические нечему ломаться, у такой системы феноменальная надежность. А для заправки обычно применяют электрический компрессор, которых сжимает воздух из атмосферы и производит его закачку в бак.
Ну и, естественно, феноменально низкая стоимость и неисчерпаемый запас «топлива» для пневматических автомобилей тоже далеко не на последнем месте.
На этом достоинства подобных автомобилей заканчиваются, настало время поговорить о недостатках.
Принципиальной проблемой можно назвать то, что воздух, сжатый до 300 бар, а именно это является стандартом для современных автомобильных заправок, несет в себе лишь 1% от той энергии, которая заключается в высокооктановом бензине. А при низких температурах эта энергия еще меньше. Отсюда вырисовываются проблемы.
1. Низкая скорость. Рекорд, который зафиксирован в книге рекордов Гиннесса для пневматических автомобилей, равен 129.2 километра в час.
2. Низкая мощность. У современных пневмоприводов максимальная мощность равна всего 75 л.с.
3. На сегодняшний день самый «дальнобойный» пневмобиль может проехать на одной заправке около 200 километров.
4. Необходимость создания в мире сети заправочных станций.
При работе двигателя (обычно это ДВС) рабочие газы толкают поршни, которые вращают коленвал и т.д.. Недостатки: нерациональное использование давления газов от сгорания топлива, в результате чего оставшееся давление просто уничтожается глушителями двигателя; очень сложны и дороги системы подачи топлива и воздуха при перепаде нагрузки на двигатель; двигатель нуждается в сверхпрочных материалах; низки крутящие моменты. С учетом всего этого сегодня нельзя не пытаться отыскать некоторое принципиально новое решение проблемы, которое обеспечит рынок более дешевыми и простыми в производстве и более эффективными автомобильными двигателями на традиционных видах топлива. Поэтому вполне естественной и логичной является мысль об объединении преимуществ парового двигателя и ДВС в едином техническом решении и создания такого двигателя, который сочетал бы в себе положительные качества как ДВС, так паровой машины и пневмодвигателя.
Ниже рассматривается один из вариантов нового силового агрегата для автомобилей, судов и т.д.
Основные элементы предлагаемого технического решения – камера сгорания и ресивер (см.рис.2), в которых и создается рабочее тело – сжатый газ. Рассмотрим работу предлагаемого устройства. Воздушный компрессор создает избыточное давление воздуха в камере сгорания, в которую затем осуществляется впрыск топлива (бензина или газа) и его последующее (с помощью свечи (свеч) воспламенение. Из камеры сгорания рабочие газы, полученные от сгорания топлива, практически без потерь через управляемый впускной клапан направляются непосредственно в ресивер (своего рода баллон со сжатым воздухом), а из него через клапан подачи рабочего давления – на силовой агрегат, в качестве которого могут быть использованы элементы пневмодвигателя, ДВС. В сущности нет никакой разницы, будем ли мы толкать поршни, например, пневмодвигателя сжатым воздухом из баллона или давлением рабочего газа, полученного от сгорания топлива. Когда давление газа в камере сгорания и в ресивере уравнивается, впускной клапан ресивера закрывается. Затем открывается продувной клапан и воздушный компрессор продувает камеру сгорания, удаляя продукты горения топлива, после чего этот клапан закрывается. Затем весь цикл повторяется.
Огромным достоинством данной силовой установки является ее экологичность. Все тяжелые фракции оседают на дно ресивера и периодически выводятся через клапан в специальный резервуар.
1– впрыск топлива, 2 – Воздушный компрессор, 3 – турбина соединяется с осью воздушного компрессора, 4 – клапан подачи рабочего давления на современную машину, 5 – клапан отвода тяжелых фракций в отдельную ёмкость, 6 – выпускной и продувочный клапан.
Еще одной особенностью предлагаемого технического решения является не охлаждение, а обязательный прогрев ресивера и поддержания температуры его внутреннего объема порядка 900-1000 градусов Цельсия (в идеале температуры впускаемых газов из камеры сгорания), что на практике достигается за несколько циклов подачи в ресивер газов из камеры сгорания при наличии хорошей теплоизоляции самого ресивера. Для обеспечения независимости характеристик двигательной установки от температуры окружающей среды целесообразно осуществлять принудительный подогрев ресивера.
По оценкам при объеме ресивера 50 л и камеры сгорания 0.5 л потеря продуктов горения по оценкам составит не более 1%, которые сбрасываются через выпускной клапан на турбину. В результате КПД силовой установки может достигать 80-90%. Предлагаемое техническое решение позволит создавать новые силовые установки, которые несравненно эффективнее, выгоднее и проще в производстве. Они будут иметь во много раз большие крутящие моменты, чем ДВС, более экономичны и экологичны.
Предлагаемое техническое решение полностью устраняет недостаток паровой машины, где порядка 90% энергии улетало в трубу. Для предлагаемого силового агрегата не требуется коробка скоростей, что также увеличивает КПД и снижает его шумность, себестоимость производства.
Если у вас проходят крупные партии металлолома, то для вас важна именно выгодная скупка черного металла с отличными условиями. В таком случае вам стоит обратить внимание на приведенную ссылку.
В силовом агрегате, согласно предлагаемому техническому решению, не создается сверхвысокого давления. В активном ресивере не возникает перемены нагрузок, что позволяет сверхточно дозировать количество топлива и закачиваемого воздуха в камеру сгорания для полного сгорания. При большом крутящем моменте нет необходимости установки коробки скоростей. Нет также необходимости производства сверхпрочных блоков цилиндров и головок, т.к. давление в предлагаемом агрегате в разы меньше, чем в современных ДВС. Производство предлагаемых двигательных агрегатов будет несравненно проще и, соответственно, дешевле, чем ДВС: не требуется сверхдорогих материалов и установки сложных выхлопных систем большой производительности, подавляющих звук.
Я убежден, что предлагаемое техническое решение позволит создать двигатели нового поколения. Широка и сфера их применения – это автомобилестроение, производство компрессорных станций, производство судовых двигателей и т.п. И еще один немаловажный фактор, который позволяет с оптимизмом оценивать практическую возможность создания предлагаемой силовой установки: интересы «бензиновых королей» будут не слишком затронуты.
Автор: Леонид Матросов
E-mail: leomatrosso@yandex.ru