sbornik2011.pdf (страница 353) Скоромолов И.О

благоприятные физико-механические свойства поверхностных слоев, повышая их износостойкость и способность противостоять усталостным разрушениям.

В целях повышения объективности оценки качества подшипниковых узлов разработано устройство [2] для вибродиагностики подшипников на выбеге. Устройство работает следующим образом. Датчик 1 вибрации преобразует вибрации диагностируемого подшипника в электрический сигнал, который усиливается усилителем 2 и поступает на первый вход блока умножения 3. Кроме этого, сигнал с датчика 1 через интерфейс 10 передается в процессор 11 для оценки общего уровня вибрации. В циклическом устройстве 4 формируются пилообразные сигналы, эквивалентные мгновенным значениям косинуса (синуса), которые перемножаются в блоке умножения 3 с сигналом вибрации диагностируемого подшипника.

При определении частотных составляющих спектра вибраций деталей проверяемого подшипника перестраиваемые генераторы 9 генерируют импульсы пилообразного напряжения, частоты которых соответствуют контролируемым деталям подшипника, а именно, наружному кольцу, внутреннему кольцу и шарикам. Частота следования импульсов пилообразного напряжения, генерируемых циклическим устройством 4 должна быть такой, чтобы по точкам пересечения пилообразных напряжений циклического устройства 4 и пилообразных напряжений перестраиваемых генераторов 9 можно было бы с достаточной точностью представить импульсы пилообразного напряжения, генерируемые генераторами 9. Мгновенным значениям пилообразного напряжения, поступающим с циклического устройства 4 на блок умножения 3, присваивается соответствующий вес и производится его перемножение на текущее значение исследуемого вибрационного процесса. При совпадении значений пилообразных напряжений на циклическом устройстве 4 и каком-либо из перестраиваемых генераторов 9 схема сравнения 5 открывает соответствующую схему совпадения 6 и соответствующее произведение поступает через интерфейс 10 в процессор 11. При изменении режимов работы подшипника, а именно, частоты вращения, датчик вращения 7 через усилитель 8 выдает сигналы управления на входы перестраиваемых генераторов 9, которые соответствующим образом перестраивают частоту, подстраиваясь под режим вращения подшипника. По сигналам с датчика вращения 7 можно определить месторасположение дефекта в подшипнике. Частотные составляющие вибрации элементов подшипника определяются по одной из известных методик.

50

7			8				9			9		9
				4			5			5		5

1 2 3

6		6		6

10

11

Рис. 1 Блок-схема устройства для вибрационной диагностики подшипников:

1 – датчик вибрации; 2 – усилитель; 3 – блок умножения; 4 – циклическое устройство; 5 – схемы сравнения; 6 – схемы совпадения; 7– датчик вращения; 8 – усилитель;

9 –перестраиваемые генераторы; 10 – интерфейс; 11 – процессор

На основе этого устройства на кафедре «Автоматизация производств и управление транспортными системами» СамГТУ разработана автоматизированная система исследований процессов ультразвуковой приработки с одновременным контролем комплекса эксплуатационных параметров, по значениям которых судят об эффективности процесса приработки и техническом состоянии подшипника.

При этом принятие решения о качестве проведенной приработки основывается на сопоставлении двух диагностических пространств. Для разработки методики этой процедуры в программном пакете MATLAB были сформированы модельные сигналы, к которым последовательно применялись процедуры, соответствующие преобразованиям в заявленном устройстве. Полученные в результате двумерные массивы являются сжатым описанием образа состояния диагностируемого объекта.

Распознавание состояний – это отнесение предъявленного образа к одному из возможных классов (диагнозов) с помощью определенного решающего правила. В качестве такого правила предложено использовать оценку корреляции двух массивов с дальнейшим выделением особенностей расхождения. Алгоритм корреляционного анализа разработан с привлечением программного статистического комплекса STATISTICA.

Проведенные исследования позволили обосновать подход к формированию программного обеспечения диагностической системы.

51

Литература

1.Штриков, Б.Л. Информационно-технологическое обеспечение ультразвуковой сборки прессовых соединений / Б.Л. Штриков, В.Г. Шуваев // Сборка в машиностроении, приборостроении, 2004, № 9. – С. 10–13.

2.Шуваев, В.Г., Батищева, О.М., Пыльнова, А.В. Устройство для вибрационной диагностики подшипников. Патент на полезную модель № 100619. Опубликовано: 20.12.2010. Бюл. № 35.

Л.В. Добрынина, И.И. Усольцева

РАЗРАБОТКА ДИНАМИЧЕСКОГО ТВЕРДОМЕРА НА ОСНОВЕ

ТРЕБОВАНИЙ ПОТРЕБИТЕЛЯ

Научный руководитель: И.И. Усольцева, к.т.н., доцент

Самарский государственный технический университет, г. Самара [e-mail]

Одной из важнейших характеристик материалов является твердость, которая, не являясь самостоятельной характеристикой металла, в интегральной форме отражает уровень его основных механических свойств. На базе измерения твердости в нашей стране получили развитие безобразцовые методы контроля механических свойств материалов, которые нашли широкой распространение. Эти испытания применяются для контроля механических свойств на стадии производства сплавов, а также при изготовлении и эксплуатации машин и конструкций.

Несмотря на большое количество методов измерения твердости, их можно разделить на несколько групп:

твердость, определяемая по площади поверхности отпечатка;

твердость, определяемая по площади проекции отпечатка;

твердость, определяемая по глубине отпечатка;

твердость, определяемая по объему отпечатка.

Кроме того, существуют методы определения твердости царапанием (склерометрия) и по упругому отскоку бойка (метод Шора).

Большинство методов, основанных на вдавливании индентора, не могут быть использованы для контроля окончательно изготовленной детали, так как приводят к разрушению ее поверхностного слоя. При использовании метода Шора поверхностный слой детали не повреждается, но точность измерений не всегда отвечает требованиям потребителя.

Для разработки твердомера, свободного от выше названных недостатков был применен метод QFD (метод развертывания функции качества), целью которого является преобразование желаний потребителя в

52

критерии качества. Установлено, что потребителю необходим твердомер, который обладает следующими свойствами:

высокая точность;

неразрушающий метод контроля;

контроль окончательно изготовленной детали;

контроль детали различной шероховатости;

контроль поверхностей различной конфигурации;

небольшие габаритные размеры для удобства держать в руках;

перевод единиц твёрдости во все шкалы.

Наиболее близки к этим критериям твердомеры по Шору и динамические твердомеры. Конструкция динамического твердомера МЕТ-Д1 принята за основу при разработке нового твердомера, удовлетворяющего требованиям потребителя.

Принцип работы этого твердомера основан на измерении отношения скоростей индентора (ударного элемента) при падении и отскоке его от поверхности контролируемого изделия. Твердомер осуществляет измерения твердости по стандартизованным в России шкалам твёрдости, а также дополнительным шкалам, и отличается высокой мобильностью и производительностью. Однако точность измерения не высока, а при измерении магнитных сталей погрешность может увеличиваться из-за влияния магнитного поля стали на показание скорости движения бойка внутри катушки индуктивности.

Для повышения точности динамического твердомера МЕТ-Д1 и исключения размагничивания индентора в работе рассмотрена возможность замены магнитного индентора на ферритовый. Разработана блок-схема модернизированного динамического твердомера. Однако данное решение отличалось усложнённой схемой работы и не обеспечило повышения точности измерений.

Поэтому было принято решение по дальнейшему совершенствованию конструкции твердомера путем замены индукционного датчика на фотоэлектрический. При этом отношение двух скоростей, по которому определяется твёрдость, предполагается выводить на компьютер с последующим расчетом твердости. Разработана схема ударного твердомера с фотоэлектрическим датчиком, которая представлена на рис.1.

53

Рис. 1 Схема ударного механизма твердомера с фотоэлектрическим датчиком

1 – фотодиод; 2 – светодиод; 3 – индентор из твердого сплава; 4 – корпус; 5 – испытуемая поверхность

Датчик состоит из светодиода и фотодиода. При падении индентора в фотоэлектрическом датчике перекрывается оптический канал, а при отскоке открывается вновь. Время перекрытия и открытия светового потока обратно пропорционально скоростям падения и отскока. Во время падения и отскока заряжаются измерительные накопительные конденсаторы. Напряжение, до которого они заряжаются, обратно пропорционально скоростям падения и отскока. По отношению этих напряжений можно судить о твёрдости измеряемых объектов. Импульсы с датчика поступают на электронный блок твердомера для дальнейшей обработки и вывода значения твёрдости на компьютер. Электронная блок-схема твердомера представлена на рис.2. Произведено обоснование выбора элементов блок-схемы и необходимые расчеты.

Рис. 2 Блок-схема измерительной системы твердомера:

1– ударный механизм, излучатель, фотоприёмник; 2 – повторитель (к=+1); 3 – усилитель (к = -50); 4 – дифференциатор, 5 – пиковый детектор -1; 6 – пиковый детектор -2; 7– схема давления; 8 – АЦП; 9 – компьютер

Градуировку и поверку предлагаемого твердомера предполагается осуществлять по образцам, поэтому очень важна стабильность электронных схем, влияющих на точность результатов.

С этой целью предложено:

54

в датчике выполнить термокомпенсацию зависимости мощности излучения светодиода от температуры;

стабилизировать напряжение питания;

в цепях обратных связей операционного усилителя применить прецизионные высокочастотные резисторы;

фотодиод датчика выбрать с чрезвычайно малым темновым (обратным) током;

конденсаторы хранения выбрать с нормированным и малым температурным коэффициентом ёмкости (поликарбонатные или слюдяные) и малым током утечки (то же самое относится и к схемам пикового детектора).

Разработанный твердомер позволяет контролировать твёрдость без разрушения с высокой точностью, обладает небольшими габаритными размерами, позволяет осуществлять неразрушающий контроль твёрдости с достоверной точностью на поверхностях с различной твёрдостью и шероховатостью от Ra 3,2 и ниже, что соответствует требованиям потребителя.

А.С. Дубровина

ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

ВОЛЖСКОЙ ГЭС

Научный руководитель: Л.Н. Булыгина

Муниципальное образовательное учреждение средняя школа с углубленным изучением отдельных предметов

№ 94 г.о. Тольятти

Несомненно, по сравнению с электростанциями, работающими на органическом топливе, более чистыми с экологической точки зрения являются электростанции. Это важно, поскольку ГЭС довольно распространены и находятся на втором месте после ТЭС по выработке электроэнергии. Поэтому мы рассматриваем проблему последствий строительства ГЭС и влияние на экосистему. В настоящее время проблема загрязнения водных объектов является наиболее актуальной. Всем известно – выражение «вода - это жизнь», но человек продолжает эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами. Сегодня воды, пригодной для питья, промышленного производства и орошения, не хватает во многих районах мира.

В ходе теоретического исследования выяснилось, что ГЭС строилась с 1950 по 1957 году. Состав сооружений ГЭС: земляная намывная дамба длиной 2800 м, шириной 750 и высотой 52 м; бетонная водосливная плотина длиной 980 м (максимальный пропускаемый расход — до 40 тыс. м³/с); здание ГЭС совмещённого типа длиной 700 м; судоходные шлюзы с

55

подходными каналами. По плотине ГЭС проложены железнодорожный и автомобильный переходы через Волгу на магистрали Москва ― Самара. Мощность — 2320 МВт, среднегодовая выработка — 10,5 млрд кВт∙ч. В здании ГЭС установлены 16 поворотно-лопастных гидроагрегатов мощностью по 115 МВт и 4 поворотно-лопастных гидроагрегата мощностью по 120 МВт, работающих при расчётном напоре 22,5 м. Оборудование ГЭС устарело и проходит модернизацию и замену. Плотина ГЭС образует крупное Куйбышевское водохранилище, распространяющееся на территории пяти субъектов федераций. Площадь - 6450 км2, объём - 58 км3, длина по руслу Волги - 580 км, наибольшая ширина - 30 км; средняя глубина - 9 м, наибольшая - 39 м. Плотина осуществляет сезонное регулирование стока. Размах колебаний уровня - 6 м. Питание преимущественно снеговое. Созданная в интересах энергетики, водного транспорта, ирригации и водоснабжения, Жигулёвская ГЭС участвует в покрытии пиковых нагрузок и регулировании частоты в Единой энергосистеме страны, регулирует сток воды в Волге, способствует эффективному её использованию нижележащими волжскими гидроэлектростанциями, обеспечивает создание судоходных глубин и создает условия для орошения больших площадей земель Заволжья, питает Урал и Среднюю Волгу, имеет соединение с Азовским, Черным, Балтийским и Белым морями. Не умаляя экономические преимущества Жигулевской ГЭС, отметим минусы строительства. 1) Ложе не подготовленное заранее. 2) Уровень воды поднялся на 26 метров. Затоплены города, села, сенокосы, пастбища, были потеряны пахотные земли. 3) Наблюдается насыщение воды органическими осадками, ухудшается ее качество, она «зацветает». 4) Разрушение берегов будет продолжаться в течение всего существования водохранилища. С изменением экологических условий остро встала проблема рыбоводства, т.к. нарушены пути миграции промысловых рыб – осетровых, лососевых, угря. 5) Создание водохранилищ влечет за собой подтопление и береговой абразии населенных пунктов, объектов хозяйственной деятельности; увеличилось зеркало воды, что, в свою очередь, оказало влияние на климат: зимы стали мягче и теплее, но водохранилище стало раньше замерзать на 3—5 дней и позже освобождаться ото льда. Существенно изменился микроклимат в зоне 3-6 км около водохранилища, перестроились процессы на дне и в береговой полосе, начались абразия и размыв берегов, активизировались оползни. Самарская область не относится к числу сейсмоопасных зон. Падающий 40-метровой высоты поток вызывает большую волну, которая разрушает берег, и микроземлетрясения в прилегающих к ГЭС территориях.

Мы провели анкетный опрос среди взрослых людей разных профессий. Анализируя результаты, мы получили следующие данные: на вопрос «Для чего нужны ГЭС и водохранилища?», мы получили такие результаты: для выработки электричества (электроснабжение) – 100%; запас пресной воды – 3%; для экономики-2%. Все опрошенные владеют информацией о значимости ГЭС и водохранилища. Знают, что на берегу водохранилища происходит абразия - 92,5%, не знают - 7,5%. 98,4% читают, что нужно

56

предпринимать меры по укреплению берега, 1,6 % думают, что нужно ликвидировать ГЭС. Считают, что причины, вызывающие «цветение воды», это: застой воды - 67,5% респондентов, 7,6% - сбросов грязных сточных вод. 12,8% считают, что виноваты микроорганизмы, 9,6% не знают причины, 3,8% не поняли вопроса. То есть, среди респондентов 13,4% не знают о причинах «цветения» воды. Респонденты считают, что строительство ГЭС повлияло на природу региона: отрицательно - 67,2%, 34,2% - есть и положительные и отрицательные стороны, положительно оценивают влияние

-4,6%. Опрошенные считают, что произошло изменение природы - 60%, 16%

-произошло затопление плодородных пойменных почв, 1,6% - происходит цветение воды в водохранилище, 3,2% считают, что Волга превратилась в болото. В качестве следствия сейсмической активности респонденты называют: землетрясение – 67,5%; ничем – 16%; затоплением – 9,6%; не знают - 9,6%. На вопрос «Какие глобальные меры нежно предпринять для решения экологических проблем Волги?» мы получили ответ: не знаю – 12,8%, разрушить платину - 12,8%, ничего не делать – 3,2%, построить очистные сооружения – 69,6%. На основе полученных результатов можно сделать следующие выводы: складывается картина о том, что в основном респонденты понимают, какое значение играет ГЭС в жизни человека и экономики страны в целом; есть также те, которые предлагают ликвидировать ГЭС; предлагают провести модернизацию ГЭС, в частности, механизма сброса воды; проводить строгий контроль по очищению воды перед сбросом; запретить сброс канализационных вод; жестко наказывать за загрязнение реки; создание заповедных зон, искусственное разведение рыбы. А также многие опрашиваемые считают, что ответственность за решение экологических проблем города и всего поволжского региона лежит на правительстве страны и субъектах федераций федерального округа Поволжья. Мы обратились с вопросами к экспертам Института экологии Волжского бассейна РАН. На наши вопросы нам ответил старший научный сотрудник Минеев А.К. Мы получили ответы на свои вопросы о том, что: органический мир Волги изменился, исчезли ценные породы рыб, их место заняли малоценные породы рыб; получили разъяснение, из каких факторов складывается класс загрязненности.

Мы согласны с нашими респондентами, что решение экологических проблем - это целиком и полностью в компетенции органов власти, но, вместе с тем, население также может активно включаться в защиту экологии родного края.

Литература

1.Волга - беда и боль России / Под ред. В.А. Дорошенко. –М.: Планета, 1989.

2.Матвеев, В.И., Соловьева, В.В., Саксонов, С.В. Экология водных растений: учебное пособие // В.И. Матвеев, В.В. Соловьева, С.В. Саксонов. - Самара: Изд-во Самарского научного центра РАН, 2004.

57

3.Палькин, Н.Е. Экологическая альтернатива / Под общ. ред. М.Я. Лемешева. - М.: Прогресс,1990.

4.Самарская область. уч. пособие./ Сост. Э.Я. Дмитриева, П.С. Кабытов. - Самара: ЗАО Самарский информационный концерн, 1998.

И.Ю. Зотова

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ВНУТРЕННИХ

СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

Научный руководитель: Д.И. Тараканов, к.т.н., доцент

Самарский государственный архитектурно-строительный университет, г. Самара.

Разработка новых методов определения расчетных расходов воды является актуальной задачей, так как, в СНиП [1] нет методик расчета, применение которых обеспечит выполнение санитарно-эпидемиологических требований Технического регламента о безопасности зданий и сооружений

[2].

Методическими основами новой методики определения расчетных расходов являются вероятностная модель хозяйственно-питьевого водопотребления и требования законодательства о нормативном потреблении коммунальных услуг.

Определение расчетных расходов воды следует производить на основании следующих исходных данных: норматив потребления одним человеком холодной и горячей воды в месяц, общая площадь квартиры, нормы предоставления жилых помещений по договорам социального найма, число санитарных приборов, установленных в квартире, и их расходные характеристики.

Определение предельного секундного расхода холодного водоснабжения на хозяйственно-питьевые нужды проводится в следующем порядке:

1. На основании нормативов потребления, установленных органами местного самоуправления, определяется:

Quc,m =Ncw /28,

(1)

где: Quc,m – норма расхода холодной воды одним человеком в средние сутки,

м3/(сут·чел);

Ncw – норматив потребления холодной воды, м3/(мес.·чел.); 28 – минимальное число дней в феврале.

58

2. Исходя из величины общей площади квартиры и нормы предоставления жилой площади одному человеку по договору социального найма определяется:

U=Sобщ/Sнор,

(2)

где: U – число жителей в одной квартире, чел.; Sобщ – общая площадь квартиры, м2;

Sнор – норма предоставления жилой площади на одного человека по договору социального найма, м2.

3. Нормы расхода холодной воды определяется по формулам:
Quc =quc,m ·Kdl,max ,			(3)
Qc		Qc	(4)
U =		u ·U,
qc		Qc	(5)
T,U=1000· U /24,
qhrc	,U =qTc,U·Khr,max ,		(6)

где: Quc			–	норма максимального суточного расхода			одним человеком,
м3/(сут·чел);
Kdl,max –				коэффициент	максимальной	суточной	неравномерности
водопотребления;
Qc		– норма максимального суточного расхода для одной квартиры, м3/сут;
U		– норма среднего часового расхода для одной квартиры, л/час;
qc
T,U
qhrc	,U – норма максимального часового расхода для одной квартиры в час
наибольшего водопотребления, л/час;
Khr,max			–	коэффициент	максимальной	часовой	неравномерности

водопотребления, определяемый исходя из числа водоразборных приборов, установленных в одной квартире, их типа и числа жителей в одной квартире по методике [5].

4. Предельный секундный расход qlim (расчетный секундный расход на участке водопровода от стояка до водоразборных приборов в квартире) для каждой квартиры определяется по формуле:

qlim =qhrc ,U /3600.

(7)

Рассчитанные по формулам 1–7 величины предельных секундных расходов для различных квартир используются в качестве исходных данных для проведения гидравлического расчета системы холодного и горячего водоснабжения жилых зданий.

Достоверность расчетов по разработанной методике обеспечивается: использованием в качестве методической основы фундаментальных

59