Методическое пособие 805

Таблица 1

Геометрические параметры контура камеры сгорания

Построение газодинамического профиля КС [3]. Примем для расширения потока в тарельчатом сопле допущение о плоском течении газа ПрандтляМайера при обтекании кромки А (рис. 1). Для произвольной точки В контура сопла площадь сечения потока со скоростью w определится, как проекция боковой поверхности усеченного конуса, образованного вращением отрезка АВ=L вокруг оси, на поверхность, нормальную к направлению скорости потока w.

1. Площадь сечения потока

[ ]

2. Текущий радиус контура сопла в зависимости от числа Маха

.

6. Определяем параметры внешнего контура тарельчатого сопла.

30

Для всех значений числа Маха рассчитываются значения требуемых величин по сечениям сопла для построения газодинамического профиля сверхзвуковой части. Результаты представлены в табл. 2.

Таблица 2

Координаты точек будущего профиля

На основе профилирования сопла и расчета КС проводится профилирование всей КС. На рис. 2 представлен полный газодинамический профиль всей проектируемой камеры.

Рис. 2. Газодинамический профиль камеры сгорания

Заключение. Разработан алгоритм расчета камеры ЖРД с тарельчатым соплом на топливной паре «кислород-СПГ». В качестве исходных данных для сравнительного расчета были приняты основные параметры двигателя РД-0162 разработки АО КБХА. Алгоритм включает несколько этапов: 1) расчет по эмпирическим формулам основных параметров ЖРД;. 2) Расчет геометрических параметров камеры сгорания; 3) Профилированием сопла, итогом которого является газодинамический профиль камеры; 4) Расчет межрубашечного зазора для охлаждения камеры; 5) 3D-моделирование построенной камеры.

Литература

1.Добровольский М. В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования: Учебник для вузов. / Под ред. Д.А. Ягодникова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 488с.

2.Скоморохов Г.И. Расчет и 3D моделирование камеры ЖРД с тарельчатым соплом/ Г.И.Скоморохов, К.В. Косовягин.// Вопросы теории и практики инновационного развития науки и образования: монография. Под общ. ред. Г.Ю.Гуляева - Пенза: МЦНС «Наука и Просвещение». - 2018. С. 145-162 - 194с.

31

УДК 681.516.33

Анализ и проектирование роботизированного манипулятора с микроконтроллерным управлением

Д.В. Васильченко1, А.Л. Неклюдов2, Н.В. Кашлев3, М.А. Ромащенко4 1-3Студент группы мРК-11 Shadow951@bk.ru

4Д-р техн. наук, доцент. Shadow951@bk.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Встатье рассмотрен анализ и доработка конструкции роботизированного манипулятора, в качестве домашнего помощника и способы его управления.

Ключевые слова: манипулятор, микроконтроллер, робот.

Внастоящее время в промышленности машины во многом заменили работу человека, и без них уже не обходится ни одно современное производство. Одним из таких устройств является роботизированный манипулятор. Сферы его применения достаточно обширны, включая и бытовую сферу, где он может применяться в качестве настольного помощника.

На сегодняшний день готовые решения не обеспечивают требуемую гибкость управления, или оно является достаточно сложным для конечного пользователя. Тем самым разработка подобных устройств остается наиболее перспективным направлением в процессе автоматизации бытовых операций.

Цель проекта - анализ и проработка уже имеющихся технических разработок, выявление их недостатков, и разработка новых конструктивных решений

ипринципов управления.

Для создания опытного образца за основу была взята механика открытой разработки британских инженеров под названием «MeArm».Исследование конструкции обнаружило ряд механических недостатков в плавности работы, точности позиционирования, которые были устранены при проектировании и производстве деталей манипулятора. В основании манипулятора был установлен подшипник, с помощью которого разгружается сервопривод манипулятора и обеспечивается плавность поворота. Все крепежные винты в местах сопряжения с подвижными частями манипулятора монтируются через втулки. Это увеличивает ресурс службы деталей и стабильность работы. Общий вид манипулятора представлен на рис. 1.

Рис. 1. 3D модель манипулятора

32

Выполняемые устройством задачи не требуют больших механических усилий, поэтому были взяты 4 сервопривода SG-90 [1], также за вычислительную основу был взят микроконтроллер ESP8266 – NodeMCU. [2]. Изготовление деталей происходило на 3Dпринтере, работающем по технологии типа FDM. После сборки механической части манипулятора была проведена отладка и оптимизация программного кода.

Управление манипулятором происходит через сеть WI-FI иосновано на применении библиотеки Blynk для платформы ArduinoIDE [2]. Данный сервис позволяет управлять устройством через сеть интернет, используя в качестве идентификатора специальный код, получаемый при регистрации в сервисе. В приложении для Android «Blynk» [3] был построен пульт управления, рис. 2.

Рис. 2. Интерфейс управления

Данный способ управления позволяет с достаточной точностью произвести настройку необходимого положения манипулятора и прост в использовании. Так же, проведя необходимую настройку, пользователь может не участвовать в процессе работы манипулятора самостоятельно, а лишь контролировать его выполняемые действия.

Реальный вид манипулятора представлен на рис. 3.

Рис. 3. Внешний вид манипулятора

Возможность удаленного управления позволяет решать комплекс задач, не подвергая человека риску, а благодаря масштабированию конструкции манипу-

33

лятора расширяются границы применения устройства без изменения управляющей части. Кроме того, использование манипулятора в качестве настольного помощника облегчает выполнение задач, в которых требуется более двух рук.

Литература

1.Сайт URL: https://www.mearm.com

2.Сайт URL: http://www.micropik.com/PDF/SG90Servo.pdf

3.Официальный сайт платформы NodeMCU URL: http://nodemcu.com

4.Компас 3D URL: http://kompas.ru/

5.Официальный сайт ардуино URL: https://www.arduino.cc/

6.Сайт разработчиков Blynk URL: http://www.blynk.cc/

7.Лаборатория ЭМС URL: http://www.emc-problem.net

34

УДК 62

Анализ и разработка 3D-принтера, работающего

по методу (FDM) печати

Д.В. Васильченко1, А.Л. Неклюдов2, А.С. Ткаченко3, В.С. Левин4, Т.А. Башарина5 М.А.6 Ромащенко

1,2Студент гр. мРК-11, Shadow951@bk.ru 4,5Студент гр. РД-141, rd-vgtu@mail.ru

3Лаборант кафедры «Ракетные двигатели», rd-vgtu@mail.ru 6Д-р техн. наук, доцент. Shadow951@bk.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Встатье рассмотрен анализ и разработка конструкции 3D принтера и способы кластерного увеличения зоны печати изделий без внесения изменений в конструкцию.

Ключевые слова: 3d-принтер, экструдер, пластик.

Внастоящее время в России идет бурное развитие аддитивных технологий – приобретаются импортные машины для 3D-печати и ведутся активные работы по созданию отечественных 3D-систем. Раньше 3D печать была недоступна обычному пользователю, а использовалась для макетирования и прототипирования на производствах, сейчас же подобные устройства повсеместно распространены и доступны для использования.

Проведя детальный анализ конструкций 3D принтеров, работающих по принципу FDM печати [1] и выявив их конструктивные недостатки, за механическую основу была взята схема движения по типу принтера Ultimaker. Где подвижная каретка с экструдером перемещается за счет ременной передачи по направляющим валам, в полузакрытом корпусе по осям Х и Y, движение стола происходит посредством винтовой передачи по оси Z. Данная схема является надежной и высокоэффективной для принтеров с несущим корпусом.

Корпус принтера изготавливался из 6 мм фанеры, с винтовыми элементами крепления и соединениями шип-паз. В совокупности это дает высокую жесткость

ипрочность конструкции, а также стойкость к высоким температурам, механическим ударам и вибрациям. Внешний вид корпуса представлен на рис. 1.

Рис. 1. Внешний вид принтера

35

Материал в принтер подается с внешне расположенной катушки в виде нити стандартного диаметра 1,75 мм или 3мм по термостойкой трубке к нагревательному элементу (экструдеру).

В качестве системы управления шаговыми двигателями NEMA17 [2] используется микроконтроллер фирмы Atmel[3] семейства MEGA [4] и плата расширения под драйверы шаговых двигателей RAMPS 1.4 [5].

Все детали принтера имеют стандартные соединители шип-паз и отверстия под винтовое соединение, поэтому для кластерного увеличения размеров принтера необходимо напечатать на 3D принтере только переходные планки.

Планки применяются двух типов, как для вертикального, так и для горизонтального наращивания соответственно. Общий вид переходной планки показан на рис. 2. Общий вид кластерного расположения принтеров с увеличенной областью печати показан на рис. 3.

Данная система кластерной компоновки элементов корпуса принтера не требует изготовления принципиально новых деталей и не нарушает принципов кинематики принтера.

Таким образом мы можем наращивать принтер как отдельно в вертикальной плоскости, при помощи горизонтальных переходных пластин, так и в горизонтальной, при по помощи вертикальных пластин. Гибкость изменения конструкции и размеров печатного поля (ширина, высота) под различные виды деталей отличает данный принтер он аналогов. Качество изготавливаемых деталей на данном принтере не уступает по качеству аналогичным, изготовленным на производстве, образцам.

Литература

1.Сайт URL: https://3dtoday.ru/wiki/FDM_printers/

2.Сайт URL: https://www.cb-online.ru/

3.Официальный сайт платформы Arduino http://arduino.ru/hardware/

4.Официальный сайт ардуино URL: https://www.arduino.cc/

5.Сайт URL: https://3deshnik.ru/wiki/index.php/RAMPS_1.4

36

УДК 691:539.4

Анализ нормативных требований к тонкодисперсным частицам активного SiO2

Д.А. Симонов1, А.И. Макеев2 1Магистрант гр. М051, sima9513@yandex.ru

2Канд. техн. наук, доцент, makeev@vgasu.vrn.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

В статье обсуждается возможность использования микро-наноразмерных частиц диоксида кремния (МНРЧ SiO2) отсева дробления гранитного щебня в качестве кремнеземсодержащих добавок в цементные бетоны. Рассмотрен генезис МНРЧ SiO2 из пылевидной фракции отсева дробления. Проанализированы свойства и нормативные требования к кремнеземистым тонкодисперсным активным добавкам. Установлены требования к характеристикам пылевидной фракции отсева дробления как носителя МНРЧ SiO2.

Ключевые слова: отсев дробления, пылевидная фракция, микронаноразмерные частицы диоксида кремния, активные минеральные добавки.

Работа направлена на решение актуальной проблемы строительнотехнологической утилизации отсевов дробления гранитного щебня. По существующей сегодня на горнорудных предприятиях технологии обогащения отсева дробления пылевидная фракция выбрасывается [1], в то время как она может оказаться носителем микронаноразмерных частиц диоксида кремния (МНРЧ SiO2), и использоваться как активная минеральная добавка в цементные бетоны.

Объектом исследования является пылевидная фракция отсевов дробления гранита как носитель МНРЧ SiO2 . Предметом исследования являются показатели качества МНРЧ SiO2 и их структурообразующая роль в цементных системах твердения в сопоставлении с другими кремнеземсодержащими добавками.

Пылевидная фракция выделяется как побочный продукт «мокрого» обогащения отсевов дробления гранита, образовавшихся после его грохочения. Как показали совместные исследования ученых из ВГТУ и ВГУ [2], химический состав седиментированных из пылевидной фракции частиц представлен в основном диоксидом кремния SiO2. Это послужило основанием для предложений по получению наноразмерных МНРЧ SiO2 из пылевидной фракции с использованием явления седиментации (рисунок).

Механизм действия активного SiO2 в цементных системах заключается в том, что тонкодисперсные порошки активизируют процессы гидратации вяжущего, способствует увеличению объема и степени кристалличности образующихся гидратов. Возрастает доля более прочных и устойчивых низкоосновных гидросиликатов кальция типа СSH(I) с соотношением С/S≤1,0 вместо первичных кристаллогидратов типа портландита и высокоосновных ГСК, что способ-

37

ствует уплотнению структуры со значительным повышением прочности гидратных сростков [2, 3].

Генезис МНРЧ SiO2

На основании этого, можно предположить, что МНРЧ SiO2 могут являться аналогом таких материалов как микрокремнезем, аэросил и белая сажа.

Микрокремнезем образуется в процессе физической конденсации газов в системах газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы, аэросил получается в результате гидролиза кремния в пламени гремучего газа (смесь водорода и кислорода в результате горения), белая сажа изготавливается осаждением из раствора силиката натрия (жидкого стекла) кислотой, чаще всего серной, с последующей фильтрацией, промывкой и сушкой [4]. Характеристики этих материалов представлены в табл. 1.

Проанализировав нормативную документацию на микрокремнезем (по ТУ 5743-048-02495332-96), аэросил (по ГОСТ 14922-77) и белую сажу (по ГОСТ 18307-78), мы выявили те технические требования к их свойствам, которые предопределяют использование тонкодисперсного кремнезёма в технологии бетона, и методики их оценки (табл. 2).

38

Таблица 2 Предложения по нормативным требованиям к МНРЧ SiO2 из гранитного отсева

По результатам проведенного анализа планируется экспериментальное выделение МНРЧ SiO2 из пылевидной фракции седиментационным методом (отмучиванием), оценка качества частиц по выявленным показателям и исследование их влияния на свойства цементного камня (в сопоставлении с микрокремнеземом, аэросилом и белой сажей).

Литература

1.Макеев А.И. Глубокая переработка отсевов дробления гранитного щебня для их комплексного использования в производстве строительных материалов // Научный журнал строительства и архитектуры, 2010. - № 1. – С. 92-99

2.Макеев А.И., Чернышов Е.М. Пылевидная фракция отсевов дробления гранита как носитель микронаночастиц, участвующих в структурообразовании цементных бетонов // Нанотехнологии в строительстве. – 2018. – Том 10,

№4. – С. 20–38.

3.Каприелов С.С., Карпенко Н.И., Шейнфельд А.В., Кузнецов Е.Н. Влияние органоминерального модификатора МБ-50С на структуру и деформативность цементного камня и высокопрочного бетона // Бетон и железобетон. 2003. № 3. С. 2-7.

4.Айлер Р. Химия кремнезёма. – М.: Мир, 1982, Ч. 1 – 416 с.

39