Statistical Operational Control of Tantalum Electrolytic Capacitors by Using Multifactorial Model

С использованием метода статистического дискретного наблюдения получены результаты анализа качества приварки катодного вывода танталовых конденсаторов с жидким электролитом. Базисными информативными показателями установлены баллы качества, рассчитанные по разработанной методике системного межэтапного анализа качества конденсаторов (см. работы в журнале «Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова» за 2018 г.). Проведены верификационные экспериментальные исследования для танталовых конденсаторов с твердым электролитом по разработанному методу системного контроля технологического процесса танталовых электролитических конденсаторов с построением многофакторной модели. В результате исследований установлено наличие отклонения твердоэлектролитических конденсаторов по параметрическому несоответствию тока утечки. Для проведения многофакторного эксперимента выбран процесс изготовления объемно-пористого танталового анодного электрода. Построена регрессионная математическая модель процесса изготовления танталового анода в зависимости от факторов прессования, спекания и электрохимического оксидирования. В сформированной математической модели обнаружено наиболее сильное параметрическое влияние на характеристику «ток утечки» плотности прессования и напряжения оксидирования, а также совокупного фактора плотности прессования и температуры спекания; имеется также незначительное влияние температуры и совокупности факторов температуры и напряжения оксидирования. Разработанный метод системного контроля технологического процесса танталовых электролитических конденсаторов с использованием многофакторной модели позволяет минимизировать отказы танталовых конденсаторов на входном контроле и в аппаратуре заказчика.

DC Motor Identification Based on Quasi-Optimal Nonlinear Control Algorithm

Рассмотрена идентификация двигателя постоянного тока, основанная на квазиоптимальной цифровой модели управления. Идентификация двигателя постоянного тока предполагает уточнение таких параметров двигателя, как сопротивление и индуктивность обмотки якоря, магнитный поток статора, коэффициент вязкого трения в опорах привода. Эти параметры входят в матрицу состояния и определяют величину напряжения при реализации квазиоптимального нелинейного алгоритма управления. Их изменение в процессе деградации или определенных условий эксплуатации привода приводит к несоответствию состояния модели истинному и, как следствие, повышению энергопотребления и времени переходных процессов. Предложена методика расчета критерия идентификации для нелинейной системы управления в дискретной форме. Определитель матрицы измерения вычисляется на каждом шаге дискретного времени. Их анализ показывает, что идентификация двигателя возможна в переходных режимах. При отклонении сопротивления обмотки якоря двигателя от номинальных существенно увеличивается время переходного процесса и величина перерегулирования. При уменьшении сопротивления цепи якоря на 25 % меньше номинального значения определитель матрицы измерения двигателя достигает порогового значения критерия идентифицируемости. Таким образом, потеря идентифицируемости говорит о наличии дефекта. Полученные результаты исследования могут быть использованы для обнаружения дефектов приводов.

Calculation of Forces in Spiroid Gearing Using the Results of Physical Modeling

Рассмотрены результаты физического моделирования контакта в спироидном зацеплении, позволившие установить адекватные реальным условиям значения коэффициентов трения скольжения в зацеплении. Рассмотрены две модели для расчета действующих в зацеплении сил. В первой модели предполагается, что нагрузка распределяется по участкам линий сопряженного контакта, сама модель пригодна для реализации в программе автоматизированного расчета передачи. Вторая модель, предназначенная главным образом для расчета «вручную», предусматривает передачу всего вращающего момента в условной средней точке поля зацепления. Приведена оценка ее точности, показавшая, в частности, что она вполне приемлема для стандартно спроектированных однозаходных спироидных передач. Даны результаты расчета сил в спироидном зацеплении при различных значениях коэффициента трения скольжения, полученных при физическом моделировании при различных скоростях скольжения и заданном контактном напряжении в зацеплении. По результатам представлены графики осевых, радиальных и окружных сил, действующих на звенья и необходимых для расчета валов и их опор. Исследование показало, что использование результатов физического моделирования контакта при расчете сил, действующих в спироидном зацеплении, дает возможность более адекватно рассчитать силы, действующие на звенья передачи и необходимые для расчета валов и их опор. Особенно это важно для осевой и окружной (тангенциальной) составляющих силы, действующей на червяк, и для радиальной составляющей силы, действующей на колесо. Полученные результаты также дали дополнительные доводы в пользу спироидных передач по сравнению с червячными при низких скоростях вращения звеньев и при малых передаточных отношениях.

Practical Synthesis of Compact Strip Filters in the Range 430 MHz - 15 GHz

Приведено описание практического опыта по выбору и синтезу удобных в изготовлении и компактных по размерам полосно-пропускающих полосковых фильтров с высоким уровнем частотной селективности для разных частотных полос, расположенных в диапазоне частот 430 МГц - 15 ГГц. При выборе топологий синтезируемых фильтров приоритет отдается получению не только компактных размеров, но и удобству для практического самостоятельного изготовления с учетом пониженных требований к точности производства. В результате были синтезированы, промоделированы, изготовлены и практически исследованы свойства шести разных вариантов полосно-пропускающих полосковых фильтров с отличающимися типами топологий: многорезонаторного фильтра третьего порядка с центральной частотой 437 МГц и относительной полосой пропускания менее 10%; фильтров со встречно-штыревой конструкцией проводников - двухслойного второго порядка для центральной частоты 440 МГц с полосой 20 % и шестого порядка для центральной частоты 610 МГц с полосой 30 %, а также трехслойного четвертого порядка для центральной частоты 1,22 ГГц с полосой 30 %; структуры каскадного соединения двух решетчатых фильтров для центральной частоты 2,44 ГГц с относительной полосой 30 %; фильтра на параллельносвязанных полуволновых микрополосковых резонаторах для центральной частоты 14,8 ГГц с относительной полосой менее 10 %. Представление результатов выполнено в виде амплитудно-частотных характеристик фильтров, через которые оцениваются их основные селективные свойства: ширина рабочей полосы пропускания по уровню -3 дБ и величина потерь внутри ее, а также уровни подавления в боковых полосах заграждения и ширина высокочастотной полосы заграждения, простирающейся до побочной полосы пропускания фильтра. Подтверждена высокая эффективность и приемлемость моделирования для начального параметрического синтеза фильтров. Для этого использована программа AWR Design Environment с учетом накопленного опыта по ее настройке на практическое производство. Измерения характеристик фильтров выполнены на векторных анализаторах цепей компаний National Instruments и Rohde&Schwarz. Практически отработаны относительно новые фильтры уменьшенных размеров для низкочастотной области СВЧ, имеющие размеры до пяти раз меньшие по сравнению с фильтрами на четвертьволновых резонаторах. Полученные результаты не ограничиваются конкретными изготовленными фильтрами, так как могут быть обобщены и на другие центральные частоты путем соответствующего изменения размеров конструкций пропорционально изменению длины волны сверхвысоких частот.

Selection of Displacement Coefficients in External and Internal Involute Gearing of Planetary Rotor Hydraulic Machine

Гидравлические и пневматические машины объемного вытеснения являются одними из наиболее важных и неотъемлемых элементов современных механических систем. Одним из известных видов таких машин являются планетарные роторные гиромашины с плавающими сателлитами, контактирующими с центральными зубчатыми колесами. При этом числа волн M и N центральных колес могут быть как различными, так и одинаковыми. В статье рассматривается случай одинакового числа волн, когда центральные колеса круглые. Планетарные роторные гиромашины с одинаковым числом зубьев центральных зубчатых колес осуществимы в достаточно широком диапазоне параметров. Предложен алгоритм выбора области допустимых значений коэффициентов смещения планетарной роторной гидромашины, в основу которых заложен планетарный механизм с центральными колесами внутреннего и внешнего зацепления, имеющими одинаковое число зубьев. Одинаковое число зубьев предлагается получить применением максимальных значений положительного смещения инструмента при обработке центрального колеса с внутренним зацеплением. Расчет производился в соответствующей последовательности по формулам согласно государственным стандартам 16532-70 и 19274-73, лежащим в основе модуля «Валы и механические передачи» программного комплекса «Koмпас 3D». При этом на геометрические параметры эвольвентных зубьев такого механизма накладываются жесткие ограничения планетарного механизма планетарных роторных гидромашин, соответствующие качественным показателям зацепления. По предложенному в статье алгоритму построены области допустимых значений коэффициентов смещения исходного контура инструмента при обработке зубчатых звеньев планетарных роторных гидромашин с одинаковым числом зубьев. Полученные области позволяют выбрать исходные геометрические параметры планетарного механизма, заложенного в основе планетарных роторных гидромашин, с учетом качественных показателей зацепления. Указанные геометрические параметры используются на первом этапе инженерной методики получения профилей некруглых зубчатых звеньев планетарных роторных гидромашин в форме, необходимой для их изготовления, например, с применением 2D-технологий. Наиболее перспективно использование планетарных роторных гидромашин для газовых рабочих сред - вакуумные насосы, пневмодвигатели, компрессоры. Данная методика может использоваться в механизмах для реализации переменного передаточного отношения.

Integration of InSAR Technology in the Stability Assessment of Load Bearing Structures

Неразрушающий контроль зданий и сооружений является актуальной проблемой в современном строительстве. Несмотря на то, что за последние десятилетия было разработано много измерительных методов, все же остаются некоторые пробелы в системе оценки состояния зданий и сооружений. Одна из основных проблем заключается в том, что измеряемые параметры оцениваются лишь время от времени. Существует ограниченное количество доступных методов, которые могут обеспечить непрерывный мониторинг технического состояния строительных сооружений и предоставить информацию об их устойчивости во временном ряду. Основная цель данной статьи - представить диагностический метод, который может преодолеть упомянутые недостатки, сочетая периодические неразрушающие измерения с непрерывным мониторингом, получаемым путем применения спутникового дистанционного зондирования. Радар с синтезированной апертурой (SAR) имеет много преимуществ, которые стоит учитывать инженерам-строителям в практике оценки устойчивости зданий и сооружений. Наша задача - дать представление о теории интерферометрических радаров с синтезированной апертурой (InSAR) и продемонстрировать их совместное применение с другими методами оценки состояния зданий на конкретных примерах. Эффективность предложенной методики была продемонстрирована сравнением результатов смещения водонапорной башни, полученных с помощью мониторинга InSAR, традиционной геодезической съемки и численного анализа.

Influence of Parameters of a Planetary Gear with Internal Meshing on Its Technical and Economic Indicators

Конструкции зубчатой планетарной передачи, содержащей эксцентриковое водило, один-два сателлита и неподвижное центральное колесо с внутренними зубьями, отличающиеся роликовым исполнением механизма снятия движения с сателлитов, обладают высокой нагрузочной способностью и высоким коэффициентом полезного действия при большом передаточном отношении в одной ступени (конструкции защищены патентами на изобретения). Для оптимизации параметров указанных планетарных механизмов и улучшения их технико-экономических показателей получена зависимость, определяющая соотношение между допускаемыми нагрузками в зацеплении колес, соответствующими контактной и изгибной прочности зубьев, от их числа и передаточного отношения. Установлено, что при больших передаточных отношениях (более 17) нагрузочная способность передач этого типа лимитируется изгибной прочностью зубьев колес. На основании этого определялся допускаемый момент на выходном валу передачи и отношение его к объему неподвижного центрального колеса, от которого зависят масса и объем передачи в целом. Показано, что наибольшей нагрузочной способностью при заданном передаточном отношении и объеме неподвижного центрального колеса (следовательно, и объеме передачи в целом) обладает планетарная передача с разницей чисел зубьев сателлита и центрального колеса, равной единице. Коэффициент полезного действия (КПД) планетарной передачи с роликовым исполнением механизма снятия движения с сателлитов определялся экспериментальным путем на специально созданной установке, содержащей электромагнитное нагружающее устройство и тензометрические датчики крутящего момента (при рациональных параметрах передачи, ее передаточном отношении, не превышающем 60, и наиболее распространенной степени точности изготовления (7-8) КПД равен 85…90 %). КПД аналогичной передачи с традиционным цевочным механизмом снятия движения с сателлитов примерно на 5 % ниже КПД зубчато-роликовой передачи. С ростом передаточного отношения КПД зубчато-роликовой планетарной передачи изменяется так же, как и КПД традиционной передачи (падает).

Analysis of Bibliometric Indicators of the Journal “Vestnik IzhGTU imeni M.T. Kalashnikova”

Анализ библиометрических показателей журнала показал, что место журнала в общем рейтинге SCIENCE INDEX за 2019 г. по сравнению с 2018 г. улучшилось, но по-прежнему журнал находится во 2-м квартиле (2583-е место из 6000 журналов, входящих в РИНЦ). По тематике «Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства», в которую входит 84 журнала, «Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова» занимает 52-е место. Рейтинг по показателю «общественная экспертиза» пока невысок и составляет 2,19, что, по-видимому, связано с недостаточной известностью журнала в научном сообществе. Рейтинг SCIENCE INDEX, рассчитанный по библиометрическим показателям, равен 0,098. По показателям «число цитирований журнала в РИНЦ без самоцитирования» (303) и «двухлетний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования» (0,336) журнал близок к 1-му квартилю. Показатель «двухлетний импакт-фактор по ядру РИНЦ» весьма скромен - 0,044. Двухлетний и пятилетний коэффициенты самоцитирования журнала, соответственно, 23,1 и 18,6 % снижаются с каждым годом. Двухлетний коэффициент авторского самоцитирования в 2019 г. составил 43,1 %, что соответствует 1-му квартилю по рассматриваемой тематике. Пятилетний индекс Херфиндаля по цитирующим журналам 866 находится на уровне журналов, входящих в ядро РИНЦ. Индекс Херфиндаля по организациям авторов 3489 говорит о недостаточном количестве публикаций авторов из других организаций. Десятилетний индекс Хирша равен 21, что соответствует 1-му квартилю по рассматриваемой тематике. Среднее число ссылок в списках цитируемой литературы в 2019 г. также достаточно высоко на фоне сравниваемых журналов и составило 16. Время полужизни статей, процитированных в журнале в текущем году, составило 4,3, что соответствует 1-му квартилю.

To the Choice of the Source of the Closing Power at Implementing the Fore Closure of Elements of the Planetary Continuously Adjustable Transmission

Силовое замыкание - широко используемый наряду с геометрическим замыканием прием обеспечения неразмыкания (постоянного контакта) рабочих поверхностей высших кинематических пар. В распространенном механизме с высшей кинематической парой - зубчатой передаче с постоянным передаточным отношением - традиционно с большим успехом используется геометрическое замыкание, обеспечивающее в наиболее распространенной эвольвентной передаче как постоянство межосевого расстояния, так и наличие необходимых зазоров (радиального и бокового) в зацеплении. При этом реализация ее функционального назначения не создает никаких предпосылок для применения силового замыкания элементов. В специфической планетарной плавнорегулируемой передаче реализация функционального назначения (изменения передаточного отношения передачи) происходит в результате синхронного радиального перемещения сателлита и секторов центрального зубчатого колеса, сопровождаемого изменением межосевого расстояния. В этом случае также может быть реализовано геометрическое замыкание рабочих поверхностей, но это потребует создания сложного механизма. Силовое замыкание сателлита и секторов центрального зубчатого колеса обеспечивает значительное упрощение конструкции передачи, позволяя при изменении передаточного отношения передачи сообщать управляющее воздействие только одному из ее элементов - сателлиту или секторам центрального зубчатого колеса. Инверсия их кинематических функций (фиксация сателлита от вращения вокруг собственной оси и сообщение центральному зубчатому колесу выходного движения) одновременно развивает тенденцию упрощения конструкции передачи и диктует необходимость, во-первых, использования типа зацепления, исключающего двухпрофильный контакт, и, во-вторых, использования в качестве источника замыкающей силы упругого элемента, не требующего для выполнения своей функции связи с окружающей средой. Если замена в планетарной плавнорегулируемой передаче типа зацепления не является проблемой, то выбор вида и конструкции упругого элемента для силового замыкания представляет собой сложную задачу. В статье описано влияние на конструкцию передачи упругих элементов различных типов: с пружинами сжатия, общим для всех зубчатых секторов торсионом, индивидуальными торсионами, поворотным гидродвигателем.

Cylindrical Gears with Contact Areas Distributed Along the Arc Teeth Length

Проблема повышения надежности приводов высоконагруженных машин связана с обеспечением работоспособности цилиндрических передач при наличии углов перекоса зубьев в зацеплении, вызываемых ошибками изготовления и сборки передач, а также податливостью их элементов и корпусных деталей. Эффективным направлением решения проблемы является переход от цилиндрических передач с прямыми, косыми зубьями на передачи с арочными зубьями. По сравнению с прямыми или косыми зубьями изгибная прочность арочных зубьев на 20…30 % выше. Процессы формообразования поверхностей арочных зубьев позволяют в их зацеплении получать линейный, локально-линейный, точечный характер касания, обеспечивать оптимальный закон распределения нагрузки по площадке контакта. В работе рассмотрены особенности компенсации перекоса зубьев в зацеплении перемещением (самоустановкой) шестерни или колеса с арочными зубьями вдоль оси. Показано, что самоустановка колес происходит только для постоянного крутящего момента и неменяющегося угла перекоса. Для компенсации случайного угла перекоса в условиях изменяющегося крутящего момента предложена адаптивная цилиндрическая передача с арочными зубьями, в зацеплении которых имеются две разнесенные по длине зоны контакта. Колесо передачи состоит из двух полуколес, разделенных упругой прокладкой. Возникающие в зонах контакта осевые силы уравновешивают друг друга и обеспечивают самоустановку полуколес при изменении угла перекоса. Нарезание арочных зубьев на обоих полуколесах осуществляется одновременно, поэтому трудоемкость изготовления адаптивной передачи с арочными зубьями не изменяется. Для полуобкатного варианта формообразования поверхностей арочных зубьев адаптивной цилиндрической передачи представлены результаты расчета положения рабочих линий в зацеплении, размеры тормозных зон касания поверхностей арочных зубьев.