авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
-- [ Страница 1 ] --

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное 

государственное бюджетное образовательное учреждение 

высшего профессионального образования 

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

 

 

 

 

                  НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ      Сборник трудов  III Всероссийской научнопрактической конференции   студентов, аспирантов и молодых учёных  «Неразрушающий контроль: электронное приборостроение,  технологии, безопасность»    27–31 мая 2013 г.    В двух томах    Том 2                Томск 2013   УДК 620.179.1(063) ББК 30.3-3л Н Неразрушающий контроль: сборник трудов III Всероссийской Н54 научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Неразрушающий контроль: электронное приборостроение, технологии, безопасность» (27–31 мая 2013 г.). В 2 т. Т. 2 / Томский политехнический университет. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. 242 с.

В сборнике представлен широкий круг исследований аспирантов, студентов и молодых учёных Томска и других городов России. Посвящён теоретическим и практическим аспектам неразрушающего контроля.

УДК 620.179.1(063) ББК 30.3-3л                                               © ФГБОУ ВПО НИ ТПУ, СОДЕРЖАНИЕ Секция 3: Проблемы космического приборостроения ----------------------- Система возбуждения коллекторного двигателя постоянного тока --------------------- В.В.Барашкина Моделирование динамики электромеханического привода для скважинного прибора ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- В.Г. Батуев Моделирование динамики сенсора микромеханического гироскопа LL-типа ------------- С.Я. Бурганова Малый космический аппарат на базе унифицированной космической платформы.

Разработка корпуса и отдельных служебных систем платформы ------------------------- Е.Н. Васильев Магнитометр для бетатрона -------------------------------------------------------------------------- В.Ю. Жвырбля Исследование оптимальных параметров пакетного элемента двигателя ------------- О.Ю. Екимова, К.А. Зыль Исследование импульсного режима работы двигателя с ленточной намоткой ------- Р.Э. Кодермятов, И.Н. Самодуров Привод динамической бленды обзорного фотометра ------------------------------------------- Н.В.Макарова Разработка испытательного стенда на воздействие качки и длительных наклонов --------------------------------------------------------------------------------------- С.В.Насонов Электромагнитный привод оживления поршневой пары --------------------------------------- М.Ю. Семенов Проектирование системы управления виброприводом микромеханического гироскопа--------------------------------------------------------------------------------------------------------- А.О. Семенцов Ветроустановка для личного хозяйства-------------------------------------------------------------- В. А Смолянский Расчёт основных характеристик электродвигателя-маховика системы ориентации малого космического аппарата -------------------------------------------------------------------------- Е.А. Тараканец Оценка вероятности отказа аппаратной части терминала мультиплексного канала для космических аппаратов на основе микроконтроллера 1880ВЕ81У --------------------- А. В. Шкуратов Секция 4: Сварка и родственные технологии --------------------------------- Разработка технологии плазменно-дуговой сварки плавящимся электродом емкости из нержавеющей стали ------------------------------------------------------------------------------------- А.О. Агеев, Р.И. Дедюх Повышение эффективности аргонодуговой сварки неплавящимся электродом ------- С.А. Андреев Разработка феноменологической модели переноса электродного металла при ручной дуговой сварке модулированным током электродами с покрытием ----------------------- Д.



К. Артельный Разработка приспособления для радископического контроля труб большого диаметра -------------------------------------------------------------------------------------------------------- В.Ш. Ахмеров Требования к форме импульса тока при контактной точечной микро-сварке---------- С.В. Бакланов Влияние поперечных колебаний и числа проходов при плазменной наплавке на структуру и свойства стали р6м5 --------------------------------------------------------------------- Е.О. Белобородов, А.Н.Хамматов Применение плазменно-дуговой сварки при изготовлении дугогасящих резервуаров из алюминиевого сплава АМг6-------------------------------------------------------------------------------- А.И. Бочаров Применение модуляции тока при автоматической сварке под флюсом ------------------ Д.А. Валеев, А.Ф. Князьков Особенности выбора параметров режима дуговой сварки технологических трубопроводов------------------------------------------------------------------------------------------------- А.А. Вязигин Особенности применения переменного прямоугольного тока при аргонодуговой сварке алюминиевых сплавов ----------------------------------------------------------------------------- Р.В. Гопаненко Модель плавления и переноса электродного металла при сварке порошковой проволокой ------------------------------------------------------------------------------------------------------ И.А. Зевакин, А.Ф. Князьков Исследование структуры стали Р6М5 в продольном сечении, сформированной в процессе плазменно-порошковой наплавки при различных схемах наложения валиков ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- А.С. Зяблов Влияние мегавольтного электронного пучка на характер деформации и разрушение аустенитных сталей 110Г13 и S304L ------------------------------------------------------------------- С.Ф. Гнюсов, И.А. Исакин Микротруктура и твердость Fe–Cr–V–Mo–C покрытий, нанесённых плазменно порошковой наплавкой на детали из сталей Х12ФМ и Х12 ------------------------------------- М.С. Кирилкин Влияние ширины разделки на свойства сварного шва при сварке в щелевую разделку ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- В. В. Киселёв, А. Ф. Князьков Моделирование переноса электродного металла при дуговой сварке плавлением-- И.С. Кравцов Сущность процесса сварки модулированным током ------------------------------------------- А.Ф. Князьков, С.А. Князьков, Д.В. Крестинин Исследование влияния геометрии рабочей поверхности электрода на формирование шва --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Ф.Н.Кухтенков, О.Ю.Троицкий Управление переносом металла при механизированной сварке плавящимся электродом --------------------------------------------------------------------------------------------------- Д.С. Малюгин, О.Ю. Троицкий Сварка с импульсным питанием дуги в среде защитных газов в щелевую разделку - Е.О. Маурин, А.Ф. Князьков Разработка лабораторного стенда для сварки в среде защитных газов плавящимся и неплавящимся электродом ------------------------------------------------------------------------------ А.С. Михеев Оптимизация формы импульсов тока для управления переносом электродного металла при сварке в защитной среде аргона --------------------------------------------------- А.Ф. Князьков, С.А. Князьков, А.Н. Мусин Технологические возможности гибридного процесса плазменной и дуговой сварки плавящимся электродом в защитных газах (обзор) -------------------------------------------- Е.А. Пелевин Формирование шва при сварке дугой горящей в динамическом режиме ----------------- А.А. Подзывалов, О.С. Пустовых, А.Ф. Князьков Импульсная система для автоматической и механизированной сварки порошковой проволокой ---------------------------------------------------------------------------------------------------- Ю. В. Поляков, А. Ф. Князьков Оптимизация режимов радиографического контроля сварных стыков труб большого диаметра ------------------------------------------------------------------------------------------------------ О.А. Слюсарев Импульсно-регулируемое сопротивление в сварочной цепи ---------------------------------- М. В. Смокотин, А.Ф.Князьков Устранение выплеска металла при контактной точечной сварке ----------------------- Е.А. Стеквашов Разработка оборудования для дуговой сварки намагниченных деталей ---------------- М.С. Тайлаков, А.С. Гордынец Особенности трения и изнашивания композиционных покрытий «сталь Р6М5+WC»





в паре с закаленной сталью ХВГ ----------------------------------------------------------------------- В.А.Фомичев Управление периодом каплеобразования при сварке в СО2 ------------------------------------ В.Г. Цыренжапов, А.Ф. Князьков Роль капли и сварочной ванны в образовании коротких замыканий ----------------------- С.Ю. Янтураев, А.Ф. Князьков Особенность сварки в защитной среде СО2+О2 --------------------------------------------------- А.Ф. Князьков, С.А. Князьков, К.А. Яценко Секция 5: Экология и техносферная безопасность ------------------------- Особенности распределения радона в почвенном газе в районе г. Юрги ----------------- Н. С. Абраменко Радиационный фон вблизи автомобильных дорог на территории г. Юрги ------------- А.А. Демидкин, А.А. Богодаев Опасности в техносфере. разработка методов управления риском для обеспечения безопасности технологических процессов на свалках (полигонах)------------------------- А.И. Сечин, И.Н.Долдин Фотометрическое определение хрома (VI) в присутствии железа (III) в природных и сточных водах ------------------------------------------------------------------------------------------------ Е. В. Заболотская, В.А. Михайлова Обоснование экологической и экономической эффективности использования попутного нефтяного газа в Сибири ----------------------------------------------------------------- Е. А. Исхакова Влияние сталеплавильного шлака на свойства обжиговых керамических образцов А.С. Карыбаев, Д.С. Горлов Проблемы безопасности при эксплуатации подъемных сооружений --------------------- Р.Н. Кахиев, Д.Ю. Орлов, Д.Е. Жарченко Разработка методики расчета индукционного нейтрализатора для циклонных аппаратов ----------------------------------------------------------------------------------------------------- С.А.Королева Расчет пожарной опасности стадиона «Труд» -------------------------------------------------- А.А. Левченко Воздействие на атмосферный воздух газодобывающей и газотранспортирующей промышленности ------------------------------------------------------------------------------------------- А.С. Локштанова, Р.Л.Пялина Экологические проблемы ОАО «Томская распределительная компания» ---------------- Т.А. Мордвинова Методы удаления биогенных веществ из сточных вод --------------------------------------- И.В. Муравьев, А.М. Кокушева, А.А. Потехина Выбор параметров делителя напряжения для времяпролетного детектора -------- С.Ю. Назаренко Исследование параметров устойчивости активного ила в локальных очистных сооружениях биологической очистки хозяйственно-бытовых стоков ------------------- Е.Е. Напалкова Обеспечение безопасности населения при наводнении на территории г.Томска ---- А.А.Пономарев, Н.В. Крепша Исследование особенностей распределения радона в жилых и служебных помещениях г.Юрги ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- А. А. Приезжев Источники загрязнения атмосферного воздуха предприятий железнодорожного транспорта--------------------------------------------------------------------------------------------------- Р.Л.Пялина, А.С. Локштанова Проблема пожаровзрывобезопасности шахтных технологических объемов ---------- К.С Скорюпина, Т.И Козулина Загар в солярии: плюсы и минусы ---------------------------------------------------------------------- А.Г. Ткачев, Р.Н. Рубанов Математическое моделирование пожаров в помещении ------------------------------------ М. О. Третьякова Проект очистных сооружений биологической отчистки в г. Мыски Кемеровской области -------------------------------------------------------------------------------------------------------- Н.М. Фадина, Н.А. Чулков Лесные пожары в Томской области ------------------------------------------------------------------- Е.И.Фёдорова Исследование влияния характеристик лесного массива на ширину противопожарного разрыва --------------------------------------------------------------------------------------------------------- К.О. Фрянова, Д.П. Гербель Математическое моделирование распространения двумерного фронта верхового лесного пожара ---------------------------------------------------------------------------------------------- В.А. Перминов, Е.С. Хапова, Е.А. Халдина Мониторинг экологической обстановки водной среды г. Томска --------------------------- К.О. Фрянова, Д.П. Гербель Секция 6: Electrical Engineering and Non-Destructive Testing ------------ Error correction methods within bone tension measurement procedure ------------------------- F. Yu. Blynsky The design of the motor with the active element ------------------------------------------------------ O. Yu. Ekimova, K.A. Zyl Magnetic pulse inspection of oil and gas wells --------------------------------------------------------- R.R. Kuybyshev, J.V. Alhimov Секция 3: Проблемы космического приборостроения Система возбуждения коллекторного двигателя постоянного тока В.В.Барашкина Научный руководитель: В.М.Мартемьянов, к.т.н., доцент Томский политехнический университет Маломощные электрические двигатели постоянного тока в диапазоне мощностей от долей ватта до нескольких сотен ватт получили широкое применение в различных отраслях промышленности.

Возбуждение двигателя постоянного тока является отличительной особенностью таких двигателей. По типу возбуждения двигатели можно разделить на электромагнитные с независимым возбуждением;

с параллельным возбуждением;

с последовательным возбуждением;

со смешанным возбуждением и на магнитоэлектрические с возбуждение от постоянных магнитов [1].

В настоящее время в коллекторных двигателях постоянного тока наиболее часто используется независимое возбуждение, которое осуществляется двумя способами: электромагнитным и постоянными магнитами (магнитоэлектрическим).

Был проведен расчет коллекторного двигателя постоянного тока с независимым электромагнитным возбуждением. Согласно методике, изложенной в [2], были получены основные размеры двигателя - диаметр якоря и длина пакета якоря.

На рис. 1 представлен поперечный разрез двигателя постоянного тока, с определенными размерами.

Рис. 1. Поперечный разрез коллекторного двигателя постоянного тока В ходе расчетов были также получены определенные параметры коллекторного двигателя: ток якоря:, ток обмотки возбуждения:

, магнитный поток: ;

индукция в воздушном зазоре под полюсом: Тл. Общие потери в двигателе:, к.п.д.:

Рассмотрим, что будет, если в качестве независимого электромагнитного возбуждения будет использоваться возбуждение от постоянных магнитов.

Для обеспечения того же самого магнитного потока и индукции в воздушном зазоре был выбран материал для постоянного магнита марки ЮНДК35Т5 с его характеристиками, приведенными в таблице №1 [3], и произведены расчеты для определения длины магнита, при сохранении габаритов якоря.

Таблица №1 Параметры сплава ЮНДК35Т Максим. удельн. энергия Коэрцитивная Остаточная Марка сплава сила, HcB, кА/м индукция,Br, Тл Wmax,кДж/м ЮНДК35Т5 14 110 0, Для определения длины постоянного магнита полюса двигателя hпл используются кривая размагничивания сплава ЮНДК35Т5 и кривая намагничивания двигателя, которые представлены на рис. 2 [2].

Рис. 2. Кривые для определения длины постоянного магнита Зная значение аК=0.63, определяем длину одного магнита:

;

В случае использования возбуждения от постоянных магнитов расчет показал, что произошли следующие изменения: общие потери в двигателе:

,что привело к увеличению к.п.д.:. Таким образом, благодаря отсутствию обмоток возбуждения и потерь в этих обмотках машины с постоянными магнитами имеют по сравнению с машинами электромагнитного возбуждения более высокий КПД, меньшие габаритные размеры, массу и стоимость (при небольшой мощности).

Для производства постоянных магнитов в настоящее время чаще всего используются четыре основных класса материалов: неодим-железо-бор (NdFeB);

самарий-кобальт (SmCo);

альнико (AlNiCo) и ферритовые материалы (FeBa и FeSr). В таблице 2 приведены основные технические характеристики магнитных материалов [4].

Таблица 2 Основные характеристики наиболее известных магнитных материалов Магнитная Коэрцитивная Цена, $ за 1 кг на (BH)max, Материал индукция сила Российском рынке МГс*Э Br (Гс) Hc, Э (2011г.) Ферриты 3 4000 2400 1-2. Альнико 9 13500 1400 44. SmCo 20 10500 9200 250 - NdFeB 50 14200 12500 70- На рис. 3–5 представлены кривые размагничивания основных классов материалов [5]:

Рис. 3. Кривые размагничивания Рис.4. Кривые размагничивания магнитотвердых сплавов:1-ЮНДК35Т5;

бариевых ферритов 1-0,7БИ;

2-1БИ;

3-2БА;

4-3БА;

2-ЮНДК35Т5АА;

3-ИНДК35Т5;

4-ЮНДКЗМТБА;

5-ЮНДК35Т5ЛЛ;

6-ЮНДК38Т7;

7-ЮНДК40Т8;

8-ЮНДК40Т8АА Рис. 5. Кривые размагничивания магнитотвердых сплавов:1-КС37;

2- КС37А;

3- КСП37;

4-КСП37А Редкоземельные магниты, приготовленные на основе сплава Sm-Co, обладают хорошими магнитными характеристиками (высокие значения намагниченности насыщения, коэрцитивной силы), термической стабильностью, а также устойчивостью по отношению к процессам коррозии.

Основной недостаток этого типа магнитов - высокая цена на Sm и Co, из-за которой широкое применение Sm-Co магнитов в настоящее время затруднено.

Наиболее популярными в настоящее время являются постоянные неодимовые магниты на основе магнитного материала Nd-Fe-B. Его показатели по магнитным характеристикам не уступают, а зачастую превосходят постоянные магниты других типов [6].

Литература:

1. Волков Н.И., Миловзоров В.П. Электромашинные устройства автоматики:Учеб.для вузов по спец. «Автоматика и телемеханика».-2-е изд.перебар.и доп.-М.:Высш.шк.,1986.-335с.ил.

2. Ермолин Н.П. Электрические машины малой мощности., ».-2-е изд.перебар.и доп.-М.:Высш.шк.,1967.-504с.

3. Постоянные магниты. Справочник под ред. Пятина Ю.М. Москва 1980г. 520с.,ил.

4. Общие вопросы. Электротехнические материалы /Под общ.ред.

профессоров МЭИ Герасимова В.Г. и др.-9-е изд., стер.-М.:

Издательство МЭИ,2003.-440с.,ил.

5. http://vetrodvig.ru/?p= 6. http://www.amtc.ru/publications/articles/2042/ Моделирование динамики электромеханического привода для скважинного прибора В.Г. Батуев Научный руководитель: А.Н. Голиков, доцент Томский политехнический университет В настоящее время все также остается актуальной проблема, связанное с разворотом скважинных приборов (СП) в скважине при геофизическом исследовании при помощи безопорного гироскопического устройства.

Принцип работы и натурная модель такого устройства приводились в [1,2].

Кинематическая схема натурной модели гироскопического исполнительного органа (ГИО) представлена на рис.1.

Рис.1. Кинематическая схема ГИО:

1 – Гиромоторы;

2,3 –Электромагниты;

4 – Пружина;

5 – Механизм антипараллелограмма Уравнения движения ГИО, составленные методом кинетостатики, для осуществления разворота скважинного прибора с учетом изменения момента трения СП о стенки скважины при изменении ее зенитного угла имеет следующий вид:

(1) где H= - суммарный кинетический момент двух гиромоторов;

Iв суммарный момент инерции двух гиромоторов вокруг их внутренних осей подвесов В1В1 и В2В2;

- момент инерции геофизического модуля вокруг наружной оси подвеса СС;

,,,,, – координаты, угловые скорости и ускорения поворотов гироскопов и СП вокруг осей СС и В 1В1, В2В соответственно;

– жесткость пружины;

– угловая жесткость каротажного кабеля;

– коэффициент трения в подшипниковых узлах;

– коэффициент вязкого трения скважинного прибора в буровом растворе;

- момент управляющих сил, приложенных по внутренней оси В1В1 и В2В2;

- момент трения прибора о стенки скважины, - зенитный угол – отклонение оси скважины от вертикали места.

Целью работы является оценка динамики гироскопического устройства при изменяющемся по продольной оси момента трения, который обусловлен изменением давления корпуса СП о стенки скважины при отклонении оси скважины от вертикали места.

Для этого требуются создать математическую модель максимально приближенную к натурной модели. Для этого необходимо учитывать фактические значения собственных параметров натурной модели при управляющих воздействиях. К таким параметрам относятся: кинетический момент гиромоторов;

моменты инерции подвижных звеньев конструкции;

моменты трения, упругие моменты по осям подвесов;

характеристики управляющих воздействий. Значения параметров были определены в исследовании [3] и представлены в таблице 1.

Таблица Параметр Величина Кинетический момент Н 0,0680, Момент трения Mтр по оси СС Момент инерции Ic вокруг оси СС 0, Момент инерции Iв вокруг оси ВВ 0, Сила тяги двух электромагнитов Fm (Н) 9,858, Оценка динамики математической модели гироскопического исполнительного органа при изменении зенитного угла в среде Matlab производится без учета: угловой жесткости каротажного кабеля С к;

жесткости возвратной пружины Спр;

коэффициента трения в подшип никовых узлах ;

коэффициента вязкого трения скважинного прибора в буровом растворе. Полагается, что управляющий момент имеет короткое по времени действие, сравнимое с периодом нутационных колебаний устройства. Уравнения движения (1) с учетом выше перечис-леных упрощений принимает вид:

(2) Для создания структурной схемы модели в программе Simulink система приводится к виду:

(3) В соответствии с уравнениями (3) составленная блок – схема в Simulink представлена на рис.2.

На блок – схеме модуль М(t) создает управляющий момент вокруг осей В1В1 и В2В2, длительность которого равен периоду нутационных колебаний:

Рассчитанное значение периода нутационных колебаний составило 0,1121 с.

Модулем Н задается величина кинетического момента гиромоторов.

Модули Ic и Iв задают величины моментов инерции по осям СС и ВВ соот ветственно. Модуль Mтр создает момент трения вокруг оси СС, зависящий от зенитного угла. Модуль Sign определяет знак входного сигнала. Модуль radgrad переводит значение с радиана в градусы.

Рис.2 Блок-схема Результаты моделирования математической модели ГИО изображены на рис.3.

а б в г Рис. 3 Графики иллюстрирующие решение системы уравнений 3:

а - при б – при в - при г - при На рис.3 приведены результаты изменения угловых координат угловой скорости при управляющем воздействии М(t) для случаев изменения угла наклона скважины.

Полученные графики показывают, что по мере увеличения момента трения по продольной оси, который изменяется за счет изменения давления корпуса СП о стенки скважины при отклонении оси скважины от вертикали места, уменьшается угол поворота по этой же оси.

Литература:

1. Патент № 2184229 РФ, МКИ Е21В 47/02 Гироскопическое устройство разворота скважинного прибора /Л.Н. Белянин, А.Н. Голиков, В.М.

Мартемьянов РФ.

2. Гироскопический исполнительный орган, В.Г. Батуев.// II Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Томск, НИ ТПУ, 2012.

3. Определение механических характеристик гироскопического исполнительного органа, Камкин О.Ю., // XVII Международная научно практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. – Томск, НИ ТПУ, 2011.

Моделирование динамики сенсора микромеханического гироскопа LL-типа С.Я. Бурганова Научный руководитель: Т.Г. Нестеренко, к.т.н., доцент Томский политехнический университет Работа посвящена исследованию динамики микромеханического гироскопа L-L типа.

Уравнения движения сенсора гироскопа получим на основании уравнений Лагранжа второго рода, которые для рассматриваемого чувствительного элемента имеют вид, (1) d T T Qy dt y y.

Выражение кинетической энергии ЧЭ примет вид 1 1 T m1 Vx21 Vy21 Vx21 m2 Vx22 Vy22 Vz22 m3 Vx23 Vy23 Vz23, (2) 2 2 где Vx1, Vy1, Vz1, Vx2, Vy2, Vz2, Vx3, Vy3, Vz3 – проекции линейных скоростей центров масс рамки 1 и инерционного тела 2 и 3 на соответствующие оси;

m1, m2, m3– масса рамки и инерционного тела соответственно.

Проекции абсолютной линейной скорости центра масс инерционного тела записываются в виде Vx1 y (z z1 ) z y, Vy1 x (z z1 ) z x, (3) Vz1 z x y1 y x.

Проекции абсолютной линейной скорости центра масс чувствительной массы имеют вид Vx 2 x y (z z 2 ) z y, Vy2 x (z z 2 ) z (x x 2 ), (4) Vz 2 z x y2 y ( x1 x) Проекции абсолютной линейной скорости центра масс чувствительной массы имеют вид Vx3 y (z z3 ) z ( y2 y), Vy3 y x (z z3 ) z x3 ), (5) Vz3 z x ( y3 y) y x Полученные уравнения по оси x T m 2 ( x y z) x d T m 2 m 2 y z x dt x (6) T m 2 z x m 2 x z z m 2 y x m 2 y z 2 x Полученные уравнения по оси y T m 3 ( y x z) y d T m 3 m 3 x z y dt y (7) T m 3 x z m 3 y z z m 3 z y m 3 x y 2 2 y Полученные уравнения по оси z T m1 z m 2 (z y x) m 3 (z x y) z d T m m 2 y x m 3 x y (8) z dt z T m m 2 y x m 2 z x x m 3 x y m 3 z y y mz(z 2 x 2 ) z z Используя уравнение Лагранжа (1) и учитывая выражения (3) – (8) получим уравнения движения сенсора гироскопа в виде m z z k z m( 2 2 ) z Fэл 2m 2 y x 2m 3 x y m 2 x x z z y x m3 y z y Fz ma z, (9) m 2 x x k x m 2 ( 2 2 ) x 2m 2 y z m 2 z x z Fx ma x, x y z m3 y y k y m3 (2 2 ) y 2m3 x z m3z y z Fy ma y, y x z (10) где m=m1+m2+m3;

m1, m2, m3–массы тел;

Fx, Fy, Fz– силы, обусловленные статической несбалансированностью сенсора гироскопа;

Fэл -сила, создаваемая виброприводом. Уравнение (9) характеризует первичные колебания сенсора гироскопа, уравнения (10) определяют его информативные колебания.

Амплитуда первичных колебаний гироскопа должна поддерживаться стабильной при помощи системы управления первичными колебаниями.

Кроме того, амплитуды информативных колебаний xzи yz, следовательно в уравнении (8) можно опустить слагаемые, характеризующие эти связи, тогда уравнении сенсора гироскопа примут вид m z z k z m( 2 2 ) z Fэл Fz ma z, z y x m 2 x x k x m 2 ( 2 2 ) x 2m 2 y z Fx ma x, x y z (11) m y k m3 ( 2 2 ) y 2m3 x z Fy ma y, y3 y y x z Из уравнений (11) видно, что сенсор гироскопа представляет собой сочетание трёх резонаторов: один по оси Z первичных колебаний и два резонатора по осям X,Y информативных колебаний, причём измерительные оси не зависят друг от друга.

На рис.1 показано моделирование уравнений сенсора гироскопа.

Рис. 1. Компьютерная модель уравнения движений в Matlab – Simlink В качестве примера на рис. 2 показаны первичные гармонические колебания по оси Z.

Начальные условия:

- скорости равны 0;

-перемещение равное 15мкм;

- частота равная 34100 рад/сек.

Рис.2. Гармонические колебания по оси Z На рис.3 показаны колебания по оси Y, при гармонически изменяющейся скорости x, частоте равно 125 рад/сек.

Рис.3. Гармонические колебания по оси Y Литература:

1.Павлов В.А.,Дергачев П.Б. Методы составления уравнений движения гироскопических систем 2.Терёхин В.В. Основы моделирования в MATLAB. Часть 2. Simulink:

Учебное пособие. - Новокузнецк: РИО НФИ КемГУ, 2004. - 304 с.

Малый космический аппарат на базе унифицированной космической платформы. Разработка корпуса и отдельных служебных систем платформы Е.Н. Васильев Научный руководитель: В.С. Дмитриев, д.т.н., профессор Томский политехнический университет Процесс создания космического аппарата является довольно дорогостоящим, поскольку используются качественные и особо прочные материалы. Особое внимание уделяется в этой отрасли параметрам точности и надежности, так как при отправлении человека в космос огромная ответственность ложится на плечи конструкторов и технологов производства и испытаний.

Вывод космического аппарата на орбиту является трудоемким и финансово практически неподъемным для малых организаций или ВУЗов.

Каждый килограмм веса обходится в довольно большую сумму при выводе КА. Эту проблему помогает решить создание так называемых малых космических аппаратов, т.е. создать конструкцию как можно проще, тем самым максимально облегчить вес аппарата и его габаритные характеристики.

Также существенным снижением финансовых затрат является создание серии МКА на базе одной унифицированной космической платформы (УКП).

УКП – это платформа, имеющая на борту служебные системы для обеспечения питания, жизнедеятельности и ориентации МКА на орбите. Все эти системы относятся к служебным модулям МКА. А также предусматривается наращиваемый модуль полезной нагрузки, для обеспечения функционального назначения спутника.

Особая облегченная форма силового каркаса и составных элементов конструкции, а также применение конструкционных материалов и сплавов помогает существенно сократить массогабаритные характеристики.

При проектировании студенческого МКА в условиях кафедры точного приборостроения ТПУ, серьезный акцент сделан на выбор материалов спутника и унифицированную облегченную конструкцию.

Исходя из этого, было выдано ТЗ со следующими значениями габаритных размеров и массы УКП (таблица 1).

Таблица 1. Некоторые условия технического задания Параметр Значение Длина, ширина, высота не более 400 мм Масса не более 40 кг 1 Конструкционные алюминиевые сплавы, используемые в конструкции УКП При проектировании элементов каркаса применялись инновационные конструкционные алюминиевые сплавы, которые легче алюминия, при этом прочностные характеристики превосходят свойства некоторых сталей (таблица 2).

Таблица 2.Состав, свойства и стоимость бериллийсодержащих материалов Материалы Свойства бериллийсодержащих материалов Вид Состояние Ориентировоч полуфа МПа ный состав г/(см Е ГПа КДж/м бриката МПа 3 ) 1 2 3 4 5 6 7 АБМ-1М « Al-(38-32)Be- 2,35 135 220 420 Лист Mg 135 450 АБМ-2М Пруток Al-(23-27)Be- 300 435 Лист Mg-Ti-Zn 2,42 115 425 АБМ-3М Пруток Al-(60-70)Be- 2,05 214 125 540 Лист Mg 580 АБМ-4М Пруток Al-(35-48)Be- 2,18 175 230 520 Лист Mg-Ti 480 В нашем случае применяется бериллийсодержащий алюминиевый сплав АБМ-3М.

2 Проектирование корпуса УКП Свода потребляемой электроэнергии говорит о том, что необходимо спроектировать механизм разворачивания солнечных панелей на орбите, для генерации мощности с запасом, а именно 36 Ватт (таблица 3). Такую величину электроэнергии позволит обеспечить портативная солнечная фотоэлектрическая батарея СФБ 24-12 НИИПП города Томска, с некоторой модернизацией.

Таблица 3. Сводка потребляемой мощности служебными системами Название Мощность, Вт Система электропитания ИО и блок управления ИО Фотокамера Антенны 1, Многофункциональный компьютер Суммарная мощность всех систем МКА 34, Мехнизм разворачивания и панели СБ будет наиболее удобно установить на кубической платформе, это позволит уменьшить габаритные размеры и обеспечить большую прочность корпуса УКП.

Панели СБ имеют размеры 320х240х4 мм. В нашем случае они выполняют двойную функцию, одновременно являясь защитой от внешних воздействий. Поэтому габариты корпуса должны лежать в следующих пределах: длина и ширина – 320-350 мм, высота – 240-270мм.

2.1 Каркас силовой. Элементы каркаса Основным силовым элементом корпуса является платформа с четырьмя стойками, выполненная из АБМ-3М (рис.1) Рис. 1. Силовая платформа корпуса Конструкция имеет монтажные отверстия по всему периметру стоек, для облегчения веса конструкции, а также придания ей универсальности, т.е.

создания и наращивания различных модулей полезной и служебной нагрузок.

Стойки крепятся на платформе с помощью сварки и дополнительно скрепляются ребрами жесткости, выполненными в виде уголков (рис.2).

Рис. 2.Ребро жесткости (Уголок) В центре платформы устанавливается корпус фотокамеры с корпусом для гравитационной штанги. Эта конструкция играет роль дополнительного ребра жесткости. На рис.3 показана фотокамера в составе конструкции корпуса УКП.

Рис. 3. Корпус фотокамеры и конструкция корпуса УКП 2.2 Проверочные расчеты силового каркаса Полученная конструкция проверяется на выявление собственных резонансных частот. Известно, что ДМ, установленные на борту УКП, работают в диапазоне частот 10-100 Гц, значит, собственные частоты корпуса УКП должны превышать верхнюю границу этого диапазона.

Результаты частотного анализа представлены в таблице 4. Полученные данные говорят о том, что конструкция является надежной и работоспособной, с большим запасом прочности на вибрационные нагрузки.

Таблица 4. Частотные характеристики корпуса УКП Резонансная частота Значение, Гц Относительные перемещения Форма 1 792, Форма 2 912, Форма 3 944, Форма 4 1019, 3 Проверочный расчет консольных служебных систем Консольные системы УКП наиболее подвержены разрушению при воздействии резонансных частот. На рис. 4 видно, что собственные частоты солнечных панелей и механизма антенн, лежат в диапазоне рабочих частот ДМ, что противоречит условиям прочности.

Гц Гц Гц 23,284 115,87 9, 37,360 116,05 49, 96,588 473,31 60, 136,51 473,44 150, а) б) в) Рис. 4. Частотный анализ: а) механизм антенны, б) гравитационной штанги, в) панелей СБ Кронштейн антенного механизма необходимо сделать более надежным за счет добавления ребер жесткости и исключения отверстий. В результате оптимизации первая собственная частота составляет 118,184 Гц, что удовлетворяет требованиям прочности по резонансным частотам (рис. 5).

118,184 Гц 120,040 Гц 344,354 Гц 361,977 Гц Рис. 5.Механизм антенн после оптимизации Раму панелей СБ нецелесообразно конструктивно изменять до допустимых частот, поскольку она приобретет очень большие габариты. В этом случае оптимизацию лучше проводить с режимом работы ДМ, а именно не вести работу на скорости вращения в диапазоне 240-270 оборотов в минуту.

При проектировании корпуса УКП и монтаже некоторых служебных систем были выполнены все условия для обеспечения полной работоспособности УКП.

Литература:

1 Малые космические аппараты. В 3 кн. Кн. 3. Миниспутники.

Унифицированные космические платформы для малых космических аппаратов: справоч. пособие / В. Н. Блинов, Н. Н. Иванов, Ю. Н.

Сеченов, В. В. Шалай. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. – 348 с.

Магнитометр для бетатрона В.Ю. Жвырбля Научный руководитель: В.Н. Бориков, к.т.н., доцент Томский политехнический университет Цель работы: проектирование и изготовление прибора, позволяющего измерять индукцию магнитного поля ускорителя частиц с погрешностью не более 0,1%. Измерения должны проводиться не в течение всего времени работы бетатрона, а лишь на этапе его настройки.

Рассмотрим принципиальную схему прибора, представленную в виде блок схемы на рис.1.

Рис.1. Принципиальная схема магнитометра Прибор состоит из датчиков первичной информации, усилителя, аналого-цифрового преобразователя, микропроцессора и элемента вывода информации на внешнее устройство. Таким образом, работу можно разбить на задачи по проектированию и изготовлению отдельных элементов схемы и составление из полученных частей единого прибора.

На данный момент открыто большое количество физических принципов, лежащих в основе работы разнообразных чувствительных элементов, регистрирующих магнитную индукцию, однако мы остановимся на тех из них, которые используют так называемое индукционное измерительное преобразование. Его суть заключается в возникновении ЭДС в замкнутом проводящем контуре, если оный пронизывается магнитным потоком, изменяющимся с течением времени. Таким образом, чувствительный элемент будет представлять собой ни что иное как простую катушку. Данный тип чувствительных элементов отличается простотой изготовления и эксплуатации. Но необходимо учитывать, что одна катушка индуцирует напряжение, которое характеризует усредненное значение индукции в той площади, которую она охватывает. То есть для получения более подробной информации о характере поля нужно разместить большое количество измерительных контуров, один внутри другого, так как показано на рис. 2.

Рис. 2. Схема расположения измерительных катушек: а – шаг катушек, B – вектор индукции магнитного поля.

ЭДС, индуцируемая в катушке, будет равна:

Поток, пронизывающий контур, выражается как Ф=B S. Так как площадь со временем остается неизменной, выражение (1) приобретает вид:

Как видно из выражения (2) необходимо интегрирование полученного сигнала для получения интересующей характеристики магнитного поля. По этой причине в усилителе имеется интегратор, сигнал на выходе которого пропорционален индукции магнитного поля. Схема усилителя приведена на рис.3.

Рис.3. Электрическая схема усилителя Схема состоит из программируемого инвертирующего усилителя и интегратора. Преимущество такой схемы: возможность выбора коэффициента усиления;

подавление помех интегратором.

В качестве АЦП был выбран ADS8555, фирмы Texas instruments. Это 6-канальный АЦП последовательного приближения.

16-битный, Преимущества преобразователей такого типа заключается в хорошей точности и быстродействии. В качестве микроконтроллера выбран ATmega32, фирмы Atmel. Он обладает достаточным для управления схемой количеством портов ввода/вывода и хорошей частотой работы.

Полученная в результате работы схема удовлетворяет требованиям точности заявленным в техническом задании.

Исследование оптимальных параметров пакетного элемента двигателя О.Ю. Екимова, К.А. Зыль Научный руководитель: А.Г. Иванова, аспирант Томский политехнический университет Для создания двигателей с пакетным элементом необходимы аналитические исследования, которые позволят выбрать оптимальные варианты геометрических и электрических параметров пластины (пакетного элемента) [1–3].

Подобные исследования могут быть произведены с помощью программного продукта COMSOL Multiphysics, который позволяет численно оценить не только характер распределения по пластине компонент плотности тока, но также осуществить их интегрирование по выделенным областям (рис.1).

В процессе аналитических исследований задавались различные варианты геометрии реальной пластины, являющейся одной из составных частей пакета активного элемента двигателя. Это геометрическое описание пластины составлялось из отдельных подобластей, объединяя которые, можно моделировать взаимное расположение магнита относительно пластины.

При исследовании предполагалось, что пластина выполнена из однородного материала - алюминиевой ленты, которая имеет одинаковую толщину во всех точках (d = 0,1 мм). Ширина магнита постоянна и равна см.

Рис.1 Характер разбиения пластины на подобласти интегрирования Рассматривались пластины с различными размерами длины A и ширины B. Анализ проводился для пластин с отношением =, лежащим в диапазоне 0,55. Протекающий ток задавался одинаковым во всех случаях.

Построив силовые характеристики для каждой из выбранных пластин, были определены максимальное и минимальное значение (рис.2). На данном рис. представлен вид реальной силовой характеристики для случая, где =0,5, по пластине протекает ток I=1А.

Рис.2 Вид силовой характеристики сплошной пластины Для построения зависимости равномерности силовой характеристики от геометрических пропорций пластины (рис.3), для каждого из рассмотренных случаев рассчитать коэффициент k, равный отношению максимального и минимального значений силовой характеристики.

Рис.3 Зависимость равномерности силовой характеристики от геометрических пропорций пластины По полученной зависимости можно сделать вывод, что равномерность силовой характеристики повышается при увеличении ширины пластины, что должно учитываться при разработке различных вариантов конструкции двигателей.

Следующей задачей является определение электрических параметров активного элемента.

На рис. 4 показаны распределенные токи, протекающие по пластине с 1, 2 и 3 вырезами. Наличие вырезов обеспечивают концентрацию линий тока в диагональном направлении.

Рис. 4 Распределенный ток, протекающий по пластинам с 1, 2 и 3 вырезами Рассматривались пластины с различными размерами длины A и ширины B. Анализ проводился для пластин с отношением длины к ширине равным 0,5;

1;

1,25;

2;

4.

На рис. 5 показаны характеристики зависимости активного сопротивления от количества вырезов (n), для пластин с указанными отношениями геометрических размеров.

Рис. 5 Характеристики активного сопротивления пластин На этом рис. линией 1 показана характеристика пластины с отношением геометрических размеров с отношением равным 0,5 (A = 5см, В = 10см);

линией 2 – с отношением равным 1 (A = 10см, В = 10см);

линией – с отношением равным 1,25 (A = 10см, В = 8см);

линией 4 – с отношением равным 2 (A = 10см, В = 5см);

линией 5 – с отношением равным 4 (A = 10см, В = 2.5см).

Полученные характеристики зависимости активного сопротивления от количества вырезов могут пригодиться для дальнейшего проектирования, проектирования нового типа двигателей с пакетным элементом.

На рис. 6 показаны характеристики зависимости мощности тепловыделения от количества вырезов (n) для пластин с указанным отношением геометрических размеров.

Рис. 6 Характеристики мощности тепловыделения пластин На этом рис. линией 1 показана характеристика пластины с отношением геометрических размеров с отношением равным 0,5;

линией – с отношением равным 1, линией 3 – с отношением равным 1,25, линией 4 – с отношением равным 2, линией 5 – с отношением равным 4.

Полученные характеристики зависимости мощности тепловыделения от количества вырезов показывают, что с увеличением количества вырезов активная мощность увеличивается, т.к. возрастает количество зон тепловыделения.

Литература:

1.К.А. Зыль, О.Ю. Екимова. Влияние геометрии пластины на электрические параметры двигателя // Наука. Технологии. Инновации:

материалы всероссийской научной конференции молодых ученых в 7-и частях. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2012. Часть 5.

2.К.А. Зыль, О.Ю. Екимова. Зависимость силовой характеристики пакетного элемента от геометрии пластины // Космическое приборостроение: сборник научных трудов Форума школьников, студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Космическое приборостроение» /НИТПУ. Томск: Изд-во ТПУ, 2013.

Исследование импульсного режима работы двигателя с ленточной намоткой Р.Э. Кодермятов, И.Н. Самодуров Научный руководитель: В.М. Мартемьянов, к.т.н., доцент Томский политехнический университет На кафедре точного приборостроения проводится научно исследовательская работа по разработке и исследованию моментного электро двигателя нового типа [1]. Увеличение тока с целью создания большего момента на валу ограничено допустимым перегревом провода обмотки и ее возможным разрушением. Предлагаемая конструкция двигателя может обеспечить необходимый ток в заданных габаритах машины, и при этом дает возможность относительно простого отвода тепла на корпус двигателя, где оно будет рассеиваться в окружающей среде. В таком электродвигателе применяется новый вид активного элемента (эквивалента обмотки статора), в основе которого используется намотка из тонкой электропроводящей ленты.

Моментный двигатель содержит первичный элемент, выполненный в виде многополюсного магнита и магнитопровода [2]. Магнит и магнитопровод соединены диафрагмой из немагнитного материала и образуют единый узел – ротор двигателя. В зазор между полюсами магнита и магнитопроводом помещается вторичный элемент, который представляет собой спирально намотанную ленту из электропроводящего материала.

Для проведения экспериментальных исследований был разработан и изготовлен макет такого двигателя.

Рис.1.Макет моментного двигателя Этот макет смонтирован на диэлектрическом основании таким образом, чтобы имелась возможность поворачивать его статор относительно ротора, который в процессе исследований должен быть установлен однозначно относительно основания;

последнее связано с принципом работы контактного датчика, который позволяет зафиксировать преодоление момента нагрузки двигателя [3]. К двум текстолитовым опорам (поз. 8, 9), с помощью двух алюминиевых уголков (поз. 14) крепится основание (поз. 6). В основании имеется отверстие для установки корпусной части макета двигателя. Корпусная часть макета содержит дисковое основание (поз. 1) выполненное из стеклотекстолита, на которое с помощью винтов (поз. 34) закреплен узел намотки (поз.4). Дисковое основание состоит из основания и четырех шпилек. Узел намотки представляет собой обойму из тонкостенного анодированного алюминия с нанесенной на нее намоткой. Намотка выполнена из алюминиевой ленты толщиной 0,07 мм, изолированной с одной стороной бумагой.

К нижней части дискового основания крепятся четыре токоподвода (поз. 18), затем крепится прокладка из стеклотекстолита (поз. 10) и поджимается шайбой (поз. 22). При помощи шайбы (поз. 23), нижняя часть макета устанавливается в отверстие, на основании (поз. 6) и поджимается гайками (поз. 21). Применение такого вида закрепления позволяет при откручивании гаек поворачивать корпусную часть макета на любой угол относительно основания (поз. 6) и опор (поз. 8, 9), что необходимо в процессе экспериментов для изменения угла между статором и ротором. В обойму устанавливается грибок (поз. 17) и закрепляется гайкой (поз. 28).

Соосно на грибок (поз. 17) надевается втулка (поз. 5) и закрепляется винтами (поз. 34). Узел подвеса вставляется во втулку и закрепляется винтами (поз.

31).

Верхняя часть макета состоит из диафрагмы (поз. 16) с закрепленными на ней под углом 90° четырьмя стальными уголками магнитопровода (поз.

11, 13). На эти уголки магнитопровода, в свою очередь, при помощи уголков (поз. 12) крепятся магниты (поз. 19). С другой стороны магнитов приклеен наконечник (поз. 20). На диафрагме предусмотрены четыре окна. На уголке (поз. 13) закреплена стойка (поз. 7), к которой крепится нить с грузиком, создающим нагрузку. Диафрагма (поз. 16) устанавливается на узел подвеса (поз. 2) и закрепляется тремя винтами (поз. 29).

На стойку (поз.43) закрепляется оптический датчик (поз.42) На текстолитовую опору (поз. 8) закрепляется стойка (поз. 43) двумя винтами (поз. 34).

На текстолитовой опоре (поз. 8), с внешней стороны, имеется пластиковый ролик (поз. 24), который крепится с помощью винта (поз. 34) к опоре алюминиевым уголком (поз. 15). Ролик установлен на шарикоподшипнике. С внутренней стороны опоры (поз. 8) с помощью болтов (поз. 25) и гаек (поз. 26) установлен контактный датчик (поз. 3). Этот контактный датчик состоит из кронштейна, изоляционной пластины и контактов. Для задания необходимого положения статора относительно ротора на основании (поз. 6) нанесена шкала.

Общий вид основных элементов макета показан на рис.2.

3 Рис. 2.Основные элементы макета Вторичный элемент, в отличие от обмотки традиционного двигателя, выполнен в виде спирально намотанной электропроводящей ленты, покрытой слоем изоляционного материала. Намотка из электропроводящей ленты помещена в зазор между полюсами магнита и магнитопроводом. По боковым краям ленты имеются поперечные вырезы, которые при намотке образуют в активном элементе боковые пазы. Расстояние между центрами получившихся боковых пазов равно полюсному делению магнитной системы ротора.

Импульсный режим работы такова двигателя представляет собой случай, когда питание на намотку подается в течении времени, при котором ротор повернется на угол, практически равный рабочему диапазону, т.е.

полюсному делению магнитной системы. После отключения питания, которое производится при помощи специального датчика положения ротора, вращение ротора происходит по инерции. Это вращение может быть с постепенным замедлением скорости за счет естественных или искусственно создаваемых моментов сопротивления, либо с постоянной скоростью, которая поддерживается дополнительным приводом. На первом этапе исследований необходимо дополнить разработанный ранее макет двигателя устройствами, позволяющими фиксировать характер изменения тока в намотке в процессе импульсного подключения её к источнику питания;

осуществить проектирование датчика угла, который должен подавать сигнал на отключение питания в момент завершения поворота ротора на одно полюсное деление. Важной является также задача определения закона изменения угла вращение ротора во времени.

Для проведения эксперимента предполагается установка лазерной указки закрепленной на диафрагме ротора и применение видеокамеры для фиксирования закона вращения ротора. Проведение отключения питания моментного двигателя предполагается осуществлять при помощи оптического датчика, включающего в себя оптопару, расположенную на основании, и заслонку, связанную с диафрагмой ротора.

При подаче питания на намотку статора моментного двигателя характер протекания тока определяется не только активным сопротивлением, но и наличием индуктивности. Характер изменения тока можно оценить, подключив последовательно к источнику питания резистор, затем с последующим измерением падения напряжения на нем.

Литература:

1. Моментный двигатель: пат. 2441310 Рос. Федерация. № 2010135113/07;

заявл. 11.01.11;

опубл. 27.01.12, Бюл. №3 – 6с.

2. Мартемьянов В.М., Иванова А.Г. Активный элемент моментного двигателя // Контроль. Диагностика. 2011. Специальный выпуск. С. – 111.

3. Екимова О.Ю., Иванова А.Г., Татарникова К.А. Экспериментальные исследования моментного двигателя с ленточной намоткой // Наука.

Технологии. Инновации: Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых в 6-ти частях. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011. Часть 2 – с. 104 – 106.

Привод динамической бленды обзорного фотометра Н.В.Макарова Научный руководитель: В.С.Янгулов, к.т.н., зав. центром Томский политехнический университет Солнечное излучение, рассеянное в атмосфере является одним из важных источников информации об оптическом и физическом состоянии атмосферы.

Фотометрия, раздел прикладной физики, занимающийся измерениями света. С точки зрения фотометрии, свет – это излучение, способное вызывать ощущение яркости при воздействии на человеческий глаз. Такое ощущение вызывает излучение с длинами волн от ~ 0,38 до ~ 0,78 мкм, причем самым ярким представляется излучение с длиной волны около 0,555 мкм (желто зеленого цвета).

На данный момент, разработка средств для наблюдения за состоянием атмосферы на основе записи рассеянного солнечного излучения в атмосфере является актуальной темой.

Средства для диагностики оптических и физических состояний атмосферы, в реальном времени, на основе углового распределения яркости с учетом изменения параметров в зависимости от высоты, угла и времени представляет особый интерес не только для научных исследований, но и для метеорологических и экологических применений.

Обзорный фотометр состоит из следующих основных сборочных единиц:

Приемный блок ОФ – это сверхширокоугольный объектив фоторегистратора, который направлен вертикально вверх и создает цветное изображение всего неба на CMOS-матрице фотодетектора. Изображение фотодетектором оцифровывается в формате RGB с разрешением по интенсивности 14 бит (16368 ступеней градации яркости) в каждом цветовом канале. Полученные изображения неба обрабатываются с помощью специального программного обеспечения с целью определения параметров оптического состояния неба.

Коммутационный блок обеспечивает:

Включение ОФ;

Преобразование входного напряжения ~220В 50Гц в систему напряжений для питания электрооборудования ОФ;

Контроль температурного режима оборудования ОФ;

Подготовку и запуск электрооборудования ОФ;

Подключение веб-камеры визуального мониторинга наружного оборудования;

Преобразование среды передачи данных по Ethernet.

Блок динамической бленды. Часовой угол и склонение, определяются положением Солнца и Луны над горизонтом на заданный момент, которое рассчитывается с помощью соответствующего СПО. Если на текущий момент Солнце или Луна находятся над горизонтом, рассчитываются углы поворота ДБ, которые обеспечат затенение объектива ОФ. Рассчитанное значение угла поворота передается на управляющую мини-ЭВМ фотометра. Мини-ЭВМ считывает с датчика угла поворота (ДУП) узла часового привода (УЧП) его текущее положение и вычисляет необходимый угол, на который необходимо повернуть ось УЧП до заданного значения. Это значение угла подается на контроллер шагового привода, который выдает необходимое число импульсов на шаговый двигатель для выполнения движения. При вращении оси УЧП текущее значение угла непрерывно контролируется по показаниям (ДУПа) и дается необходимая корректировка частоты подачи импульсов на шаговый двигатель. По достижению заданного угла движение прекращается (фиксируется положение) либо переходит в режим слежения с заданной скоростью вращения для компенсации суточного вращения Земли. Если же Солнце и Луна, на этот момент, ниже уровня горизонта, на привод динамической бленды выдаются углы, обеспечивающие выход его из поля зрения фотометра.

Установка положения динамической бленды по углу склонения производится вручную. Часовое изменение угла склонения Солнца и Луны незначительно и в течение их суточной видимости над горизонтом положение экрана может не корректироваться.

Разрабатываемая конструкция привода должна обеспечивать автоматическое слежение динамической бленды за небесными светилами (Солнце-Луна) над плоскостью горизонта. Азимутальный угол поворота ДБ равен 360, угол склонения 90. Одним из основных критериев при проектировании было то, что оси штанги, на которой установлена ДБ, должны проходить через центр линзы блистера, служащего для защиты оптических элементов от осадков в виде дождя, снега и пыли.

Привод является неотъемлемой частью любой машины и представляет собой механизм, состоящий из двигателя и механической передачи.

Для осуществления системы навигации по азимуту был выбран шаговый двигатель, способный осуществлять малые перемещения с точной выставкой положения. В шаговом электродвигателе импульсы тока через коммутатор поступают поочередно в обмотки статора, в результате чего ориентация магнитного потока в пространстве между полюсами статора дискретно меняется и вызывает поворот ротора на некоторый угол, называемый шагом ротора.

Главное преимущество шаговых двигателей - экономичная цена, в среднем в 1,5-2 раза дешевле асинхронных аналогов.

Для управления шаговым двигателем был подобран программируемый блок управления. Контроллер шагового двигателя представляет собой комплект из силовой части (драйвер) и устройство, расширяющее возможности управления двигателем (интеллектуальная часть). Данный компонент шагового двигателя обладает рядом достоинств. Прежде всего, контроллер управления шаговым двигателем имеет возможность передавать сигналы шаг - направление.

Так как вращающаяся платформа с установленной на ней штангой для ДБ должна поворачиваться относительно корпуса на 360, в качестве конструкции поворотного привода было выбрано опорно-поворотное устройство с наружным зубчатым зацеплением (рис. 1).

Рис. 1. Опорно-поворотное устройство Опорно-поворотное устройство становится необходимым тогда, когда в оборудовании и в установке, одна из структурных частей должна вращаться по отношению к другой, согласно однозначной оси, обеспечивая связь между частями. Широко используется в различных системах слежения.

Как правило, опорно-поворотное устройство состоит из двух высокопрочных стальных колец, относительное вращательное движение которых осуществляется благодаря созданию дорожек качения, содержащих тела качения, т.е. шарики или цилиндрические ролики.

Для осуществления ориентации динамической бленды по углу места (возвышения) решено использовать линейный актуатор.

Электромеханические линейные актуаторы обеспечивают точное, управляемое, повторяющееся возвратно-поступательное движение типа толкать/втягивать. Линейные актуаторы служат в качестве эффективной, безвредной для окружающей среды и практически не требующей обслуживания альтернативы гидравлическим или пневматическим изделиям.

Конструкция установки поднята над поверхностью земли. Это обеспечивает защищенность от климатических факторов (заметание снегом в зимнее время года). На рис.2 представлена кинематическая схема проектируемой установки.

Рис. 2.Кинематическая схема установки Штанга 2, с установленной на ней динамической блендой 3, имеет возможность поворота вокруг двух осей. Опорно-поворотное устройство позволяет ей вращаться по азимуту (вокруг оси АА) на угол от 0 до 360, а по зениту (вокруг оси ВВ) – в пределах 90. За поворот по азимуту отвечает поворотный азимутальный привод, в состав которого входит шаговый двигатель 6 с шагом 1,8°, червячный редуктор 5 с последующим цилиндрическим зубчатым зацеплением 7. За наклон штанги с ДБ относительно плоскости горизонта отвечает линейный актуатор 4.

Литература:

1. Опорно-поворотные устройства. Общий технический каталог, ISO 9001:2008, 187 с.

2. http://www.servotechnica.ru/ 3. V.P. Galileiskii, A.M. Morozov and V.K.Oshlakov. Panoramic photometry complex for cloud detection // 2012 - р. 4.

Разработка испытательного стенда на воздействие качки и длительных наклонов С.В.Насонов Научный руководитель: В.М.Мартемьянов, к.т.н., доцент Томский политехнический университет Бурное развитие гироскопической техники в настоящее время потребовало создания оборудования для поверки и юстировки гироскопических приборов. В число такого оборудования входят и стенды угловых движений, позволяющие производить испытания на точность и устойчивость при воздействии качки и длительных наклонов [1]. Такой стенд представляет собой платформу, качающуюся с заданной частотой и амплитудой. К такому оборудованию предъявляется ряд требований, оно должно быть высокоточным, экономичным и надежным, что обеспечивает получение достоверной информации о состоянии испытуемых технических устройств. Поскольку по результатам измерений принимаются весьма ответственные решения (например, годен или не годен исследуемый объект к работе), то должна быть уверенность в точности, достоверности измерений.

Особенно важное значение эти испытания имеют для техники, применяемой на флоте и авиации (курсовертикаль, гирокомпас, гиростабилизатор и т.д.)[2].

Такие стенды имеются в наличие в основном на крупных предприятиях. Вследствие чего произвести испытания на данных стендах требует больших временных и денежных затрат, а порою разработчик и вовсе не имеет доступа к таки стендам.

Разрабатываемый же стенд, представляет упрощенную их модель. И решает такие задачи как, произведение испытаний над макетами. Это дает возможность проверить работоспособность идеи, правильность принятых решений, выбрать один из нескольких вариантов ещё в начальной стадии проектирования. Также на данном стенде возможно проводить лабораторные работы для обучения студентов в течение учебного процесса.

При разработке стенда встали две задачи:

воспроизведение угловых колебаний контроль за результатами проводимого исследования Для решения первой задачи было принято решение использовать привод, состоящий из электрического двигателя и коробки скоростей.

Коробка скоростей представляет собой редуктор из прямозубых колес и электромагнитных муфт. Задействуя ту или иную муфту мы можем регулировать скорость воспроизводимых стендом колебаний. Так производится грубая регулировка скорости угловых колебаний, для точной подстройки предлагается использовать регулируемый источник питания для электрического двигателя. Т.е. меняя напряжения питания на входе электродвигателя, менять скорость вращения его выходного вала(тем самым меняя скорость колебаний платформы).


Контроль над за результатами исследования нужно применять измерительные устройства. Измерительным устройством выступает датчик угла, с его помощью осуществляется контроль частоты и амплитуды колебаний. Датчики угла-устройства, преобразующие механический угол поворота одного узла прибора относительно другого в электрический сигнал.

Обычно датчики угла состоят из двух частей: статора, устанавливаемого на неподвижной части прибора, и ротора, устанавливаемого на подвижной части.

В разрабатываемом стенде будет использован энкодер. Датчик угла или преобразователь угол-код, также называемый энкодер - устройство, предназначенное для преобразования угла поворота вращающегося объекта (вала) в электрические сигналы, позволяющие определить угол его поворота.

Энкодеры подразделяются на инкрементальные и абсолютные, которые могут достигать очень высокого разрешения. Энкодеры могут быть как оптические, резисторные, так и магнитные и могут работать через шинные интерфейсы [3].

Инкрементальные энкодеры предназначены для определения угла поворота вращающихся объектов. Они генерируют последовательный импульсный цифровой код, содержащий информацию относительно угла поворота объекта. Если вал останавливается, то останавливается и передача импульсов. Основным рабочим параметром датчика является количество импульсов за один оборот. Мгновенную величину угла поворота объекта определяют посредством подсчёта импульсов от старта. Для вычисления угловой скорости объекта процессор в тахометре выполняет дифференцирование количества импульсов во времени, таким образом показывая сразу величину скорости, то есть число оборотов в минуту.

Выходной сигнал имеет два канала, в которых идентичные последовательности импульсов сдвинуты на 90° относительно друг друга (парафазные импульсы), что позволяет определять направление вращения.

Имеется также цифровой выход нулевой метки, который позволяет всегда рассчитать абсолютное положение вала [3].

Абсолютные энкодеры, как оптические, так и магнитные имеют своей основной рабочей характеристикой число шагов, то есть уникальных кодов на оборот и количество таких оборотов, при этом не требуется первичной установки и инициализации датчика. Поэтому абсолютные энкодеры не теряют свою позицию при исчезновении напряжения.

Наиболее распространённые типы выходов сигнала — это код Грея, параллельный код, интерфейсы Profibus-DP, DeviceNet, [3].

Оптические энкодеры имеют жёстко и закреплённый соосно валу стеклянный диск с прецизионной оптической шкалой. При вращении объекта оптопара считывает информацию, а электроника преобразовывает её в последовательность дискретных электрических импульсов. Абсолютные оптические энкодеры — это датчики угла поворота, где каждому положению вала соответствует уникальный цифровой выходной код, который наряду с числом оборотов является основным рабочим параметром датчика.

Абсолютные оптические энкодеры, так же как и инкрементальные энкодеры, считывают и фиксируют параметры вращения оптического диска. [3] Магнитные энкодеры с высокой точностью регистрируют прохождение магнитных полюсов вращающегося магнитного элемента непосредственно вблизи чувствительного элемента, преобразуя эти данные в соответствующий цифровой код [3].

Механические и оптические энкодеры с последовательным выходом.

Содержат диск из диэлектрика или стекла с нанесёнными выпуклыми, проводящими или непрозрачными участками. Считывание абсолютного угла поворота диска производится линейкой переключателей или контактов в случае механической схемы и линейкой оптронов в случае оптической.

Выходные сигналы представляют собой код Грея, позволяющий избавиться от неоднозначности интерпретации сигнала [3].

Литература:

1. Метрологическое обеспечение и эксплуатация измерительной техники/ Г.П.Богданов, В.А.Кузнецов, М.А.Лотонов и др;

под редакцией В.А.Кузнецова.-М: Радио и связь, 1990. – 240 с.

2. Метрологическое обеспечение гироприборов. /Иванов В.А. — Л.:

Судостроение, 1983. - 180 с.

3. http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/ Электромагнитный привод оживления поршневой пары М.Ю. Семенов Научный руководитель: В.М. Мартемьянов Томский политехнический университет В настоящее время для измерения давления в жидких и газовых средах используются различные конструкции манометров. В качестве чувствительных элементов применяются геликсная пружина, спиральная пружина с поршневым разделителем, мембрана и сильфонная пружина.[1] Из перечисленных упругих элементов наибольшее распространение в приборах получили пружинно-поршневые манометры благодаря большим пределам упругого перемещения, т.е. большой разрешающей способностью.

Пружинно-поршневые манометры имеют высокие метрологические характеристики. Основная погрешность таких манометров обусловлена трением в поршневой паре. Указывается, что пружинно-поршневые манометры при соответствующем уменьшении трения в поршневой паре имеют большие перспективы [1].

С целью уменьшения трения в поршневой паре в настоящее время применяют пару с принудительно-вращающимся поршнем, где трение покоя заменяется трением движения, обусловленным работой привода c двигателем [1]. Но такой способ имеет ряд недостатков. Например, использование двигателя увеличивает габариты прибора.

Рассмотрим прием уменьшения силы трения в поршневой паре с помощью электромагнита, который создавая минимальное продольное перемещение поршня, уменьшает трение в поршневой паре, и ликвидирует зону застоя поршня (рис. 1). В качестве чувствительного элемента применяется поршень поз.1, который при увеличении давления в рабочей зоне осуществляет сжатие пружины поз.2. При этом происходит перемещение штока, связанного с подвижным элементом датчика перемещения поз.3. В качестве исполнительного элемента привода колебательного движения используется электромагнит поз.4. Оживление опоры скольжения происходит за счет переменной деформации упругой прокладки поз.5, выполненной из резины, при подачи переменного тока на обмотку электромагнита поз.6. Происходит периодическое сжатие резиновой прокладки на небольшую величину. При этом влияние продольных колебаний подвижного элемента датчика, вызванных работой электромагнита поз.4, этими колебаниями на выходной сигнал датчика существенно сказываться не будет. Подобная схема использована в преобразователе давления ПДС-1 [1].

Рис. 1. пружинно-поршневой манометр В качестве примера приведем расчет такого оживляющего устройства с учетом следующих характеристик: толщина резиновой прокладки 5 мм, а её диаметр 8 мм. Поршень диаметром 8 мм.

Приведем расчет электромагнита. Рассчитаем силу, которую необходимо приложить для деформации резиновой прокладки F=S, где – механическое напряжение материала;

S – площадь деформируемой поверхности, которая имеет форму круга S=r2=3,140,0042=0,00005 м2.

=E||, где E – модуль Юнга (для резины E=2106 Н/м2 );

- относительная деформация.

где – абсолютное удлинение, выбранное из конструктивных соображений;

– толщина недеформированной резиновой прокладки.

Учитывая полученные выше значения, рассчитаем силу Известно, что силу, развиваемую электромагнитом можно определить как [2] Исходя из этого, определим необходимую индукцию магнитного поля B в рабочем зазоре Из закона полного тока [2] следует где I – ток в обмотке;

W – количество витков обмотки;

– напряжённость магнитного поля на k-м участке;

– длина k-го участка.

Будем считать, что максимальное падение напряженности будет в зазоре (на участке резиновой прокладки) где – ширина резиновой прокладки;

– напряженность магнитного поля в зазоре.

где – магнитная проницаемость резины, которую принимаем равной проницаемости воздуха.

Учитывая полученные выше величины, определим магнитодвижущую силу.

Исходя из полученных значений зададимся величиной тока 1Аи количеством витков обмотки электромагнита 2000 витков.

Расчет обмотки осуществим согласно методике изложенной в [2]. В задачу расчета обмотки входит определение диаметра провода и числа витков. Исходя из конструкции измерителя давления, выбираем круглую катушку. Она характеризуется внутренним (Dвн) и наружным (Dнар) диаметрами намотки, длиной намотки lн (рис. 2).

Рис. 2. Катушка Сечение катушки при продольном ее разрезе называется окном намотки. Площадь окна намотки где – высота окна намотки.

Средняя длина витка Сопротивление обмотки где – удельное сопротивление (для меди ).

– сечение провода.

Определим сечение провода из допустимой плотности тока Зададимся плотность тока j=2,6 А/мм Определим диаметр провода Рассмотрим возможность намотки 2000 витков на катушку. Для этого необходимо рассчитать, сколько витков поместится в окно намотки.

Определим сколько витков, войдет по ширине и высоте окна намотки где А- ширина окна.

где С- высота окна.

Делаем выводы, что 2000 витков, возможно, намотать на данную катушку.

Полученный результаты показывают возможность создания устройства оживления поршневой пары для данной конструкции измерителя давления.

Литература:

1. Гонек Н. Ф. Манометры. - Л.: Машиностроение. Ленигр. отд-ние, 1979. 176 с., с ил. (Б-ка приборостроителя).

2. Келим Ю. М. Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики: Учеб. для сред. спец. учеб. заведений. – М.: Высш. шк., 1991. – 304 с.: ил.

Проектирование системы управления виброприводом микромеханического гироскопа А.О. Семенцов Научный руководитель: В.Н.Бориков, д.т.н.

Томский политехнический университет Перспективы современного приборостроения связаны с разработкой микроэлектромеханических устройств (МЭМС), таких как микромеханические гироскопы (ММГ). ММГ применяется как в промышленности, так и в транспортных средствах и робототехнике. В настоящее время расширяется круг задач, решаемых, при помощи ММГ, что в свою очередь повышает требования к ним по расширению диапазона измерений, точности определения параметров, минимизации габаритов и энергопотребления.

Базовым элементом ММГ является вибропривод, при помощи которого возбуждаются первичные колебания, необходимые для работы прибора.

Система управления виброприводом ММГ решает следующие задачи:

- возбуждение первичных колебаний;

- поддержание заданной амплитуды колебаний за минимальное время с высокой стабильностью;

- формирование опорного сигнала для системы управления вторичными колебаниями.

Структура системы управления первичными колебаниями (СУПК) и заложенные в ней принципы функционирования во многом определяют характеристики микромеханического гироскопа, такие как время готовности прибора, коэффициент преобразования, и стабильность коэффициента преобразования.

Режим движения инерционной массы гироскопа (ИМ) обеспечивается электростатическими приводами и измерителем перемещений, включенным в цепь обратной связи приводов.

Амплитуда вторичных колебаний ИМ очень мала, поэтому требуется резонансная настройка, при которой частоты первичных колебаний и собственная частота резонатора близки между собой.

Наиболее эффективным способом определения динамических параметров резонанса гироскопической системы является экспериментальное получение частотной характеристики, как правило, при помощи электростатической чувствительной системы состоящей из синусоидального генератора с изменяющейся частотой и емкостного измерителя выходного сигнала.

Разработанный на кафедре точного приборостроения ММГ имеет двухэлектродную механическую систему. В такой структуре один контакт будем использовать для подачи через анкер напряжения смещения постоянного тока на структуру гироскопа, а второй для подачи к актюатору напряжения переменного тока. Информацию о резонансе будем снимать с помощью преобразователя ток-напряжение на операционном усилителе (рис.

1).

Рис. 1.Схема возбуждения и детектирования колебаний для установления частотной характеристики ММГ Таким образом, установление частотной характеристики ММГ может быть реализовано с использованием источника питания постоянного тока, операционного усилителя с резистором обратной связи, и динамического анализатора сигналов.

Реализация автогенераторного режима в канале первичных колебаний с использованием амплитуды с регулируемой положительной обратной связью является распространенным и удобным способом для достижения стабильного и автоматического выбора режимов амплитуды и фазы.

Обнаружение выходного информативного сигнала ММГ является сложной задачей из-за малой амплитуды сигнала. Поэтому для увеличения амплитуды информативных сигналов и отделения их от паразитных сигналов, используется синхронный метод демодуляции. Данный метод детектирования сигнала является более подходящим при аналоговой обработке сигналов.

Литература:

1. C. Acar, and A. Shkel. MEMS Vibratory Gyroscopes. Structural Approaches to Improve Robustness. – Springer Science.: Ветроустановка для личного хозяйства В.А. Смолянский Научный руководитель: Т.Г. Костюченко, к.т.н., доцент Томский политехнический университет Использование ветроэнергетических установок обусловлено рядом причин. Во-первых, ветровые ресурсы по сравнению с солнечной энергией относительно равномерно распределяются как в течение суток, так и в течение года. Это особенно важно для тех потребителей электроэнергии, которым необходим постоянный и стабильный источник тока. Во-вторых, расположение ветроустановок может быть приближено к объекту энергоснабжения, в отличие, например, от мини-ГЭС, которые зависимы от реки и требуют различного рода согласований на установку.

Кинетическая энергия ветра всегда была и остается доступной практически во всех уголках Земли. При использовании энергии ветра нет выбросов в атмосферу, нет опасных радиоактивных отходов, поэтому это считается наиболее экологичным способом выработки энергии.

Наибольший ветровой потенциал наблюдается на морских побережьях, на возвышенностях и в горах. Но также существует еще много других территорий с потенциалом ветра, достаточным для его использования в ветроэнергетике. Поверхность Земли с ее растительностью и строениями, находящимися на ней, является основным фактором, влияющим на уменьшение скорости ветра. С удалением от поверхности Земли уменьшается и влияние неровности рельефа, при этом ламинарные воздушные потоки увеличиваются. Иначе говоря, чем выше - тем больше скорость ветра. Для ветроэнергетики это означает, что чем больше неровность рельефа, тем ниже будет скорость ветра.

Необходимо также помнить, что количество энергии, произведенной за счет ветра, зависит от плотности воздуха, от площади, охваченной лопастями ветротурбины при вращении, а также от куба скорости ветра.

Зависимость количества вырабатываемой энергии от плотности воздуха заключается в том, что лопасти ветряка вращаются за счет движения воздушной массы [1]. Чем больше воздушная масса, тем быстрее вращаются лопасти и тем больше электроэнергии вырабатывает ветрогенератор. Также известно, что кинетическая энергия воздуха пропорциональна его массе, поэтому энергия ветра зависит от плотности воздуха. Плотность зависит от количества молекул в единице объема. При нормальном атмосферном давлении и при температуре 15°С плотность воздуха составляет 1,225 кг/м 3.

Однако, с увеличением влажности плотность воздуха слегка уменьшается.

Из-за того, что зимой воздух более плотный, ветрогенератор будет вырабатывать зимой больше энергии, чем летом, при одинаковой скорости ветра. На территории, расположенной высоко над уровнем моря, например, в горах, атмосферное давление меньше и, соответственно, меньше плотность воздуха.

Площадь ротора, также является важным фактором при работе с ветроустановкой, так как ротор ветротурбины "захватывает" энергию ветрового потока, находящегося возле него [1]. Понятно, что чем больше площадь ротора, тем больше электроэнергии он может выработать. Так как площадь ротора увеличивается пропорционально квадрату диаметра ротора, то ветрогенератор вдвое больше по размеру сможет выработать в четыре раза больше энергии. Однако, процесс увеличения площади ротора нельзя свести к простому удлинению лопастей ветряка. Но, увеличивая размер площади, охватываемой лопастями при вращении, мы тем самым увеличиваем нагрузку на систему при той же скорости ветра. Для того, чтобы система выдержала все нагрузки, необходимо усилить все ее механические компоненты.

В настоящее время наиболее распространенными являются промышленные ВЭУ двух основных типов: с горизонтальной осью вращения трехлопастные с горизонтально - осевой турбиной (ветроколесом);

с вертикально - осевой турбиной (ротором).

Так как ветроустановка разрабатывается для Томской области, то при анализе условий данной области, установлено, что наиболее приемлемой является ветроустановка горизонтального типа. Исходя из того, что она обладает рядом преимуществ:

1. возможность самостоятельного пуска без вспомогательного привода за счет изменения угла установки лопастей;

2. коэффициент использования энергии ветра имеет большую величину;

3. большая величина коэффициента быстроходности а, следовательно, большая частота вращения ветродвигателя. Это приводит к уменьшению массогабаритных показателей электромеханического оборудования;

4. исключение необходимости в угловой передаче крутящего момента.

Рассмотрим ветрогенератор горизонтального типа. Конструкция ветряной установки представлена на рис. 1.

Рис.1. Общий вид ветряной установки:

1 – фундамент, 2 - силовой шкаф, включающий силовые контакторы и цепи управления, 3- мачта, 4 – лестница, 5 - поворотный механизм, 6 – гондола, 7 - электрический генератор, 8 - система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр), 9 - тормозная система, 10 – трансмиссия, 11 – лопасти, 12 - система изменения «угла атаки»лопасти, 13 - колпак ротора.

Гондола находится на верхушке башни и содержит редуктор, низко и высокоскоростные валы, генератор, управляющее устройство, тормоз (рис.

2).

Рис. 2. Конструкция гондолы Ветроколесо – самая главная часть гондолы, которая служит для преобразования кинетической энергии поступательно движущегося воздушного потока в механическую энергию вращения вала ветродвигателя.

Найдем наружный диаметр ветроколеса по формуле [3]:

где = 2000 Вт - номинальная мощность;

= 0,4 - расчетный коэффициент мощности для лопасти профиля типа «Эсперо»;

- плотность воздуха при нормальных атмосферных условиях;

= 1, = 0,6 - КПД электрический;

= 0,9 - КПД механический (трансмиссии);

= 7,3 м/с - расчетная скорость ветра, вычисленная по формуле:

где - среднегодовая скорость ветра по Томской области.

= Таким образом, для Томской области будет эффективна ветроустановка горизонтального типа с наружным диаметром ветроколеса 7 м.

В результате проделанной работы рассмотрена и выбрана конструкция ветроустановки. Рассчитана основная часть гондолы – ветроколесо с определенным профилем лопасти типа «Эсперо», которое позволяет уменьшить размер диаметра ветроколеса по сравнению с другими профилями, представленными в различной литературе.

Литература:

1. Бурмистров А. А., Виссаринов В. И., Дерюгина Г. В.. Методы расчета ресурсов возобновляемых источников энергии: Уч. Пособ. – М. 2009.

2. Сабинин Г.Х. Теория регулирования быстроходных ветродвигателей поворотом лопастей центробежным регулятором: Труды ЦАГИ. — М.

— 1957. — № 8. — С. 5 – 77.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.