Методическое пособие 805

УДК 625.76

Автоматизация расчетов по проектированию снегозащитных мероприятий

Е.В. Хорошилов1, Т.В. Самодурова2 1Магистрант гр. М202, zhemchugav_7@mail.ru u

2Д-р техн. наук, профессор, samodurova@vgasu.vrn.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Основная цель проводимых исследований – разработка программы для проектирования вариантов снегозащиты с использованием комплекта специальных карт с объемами снегоприноса

Ключевые слова: снегозаносимость, варианты снегозащиты, автоматизация расчетов

Вопросы защиты снегозаносимых участков автомобильных дорог решаются на стадии их проектирования. Для выбора варианта снегозащиты необходима количественная оценка заносимости дорог снегом. Она может быть получена на основе данных наблюдений на метеостанциях государственной наблюдательной сети за метелями, обработанных по специальным методикам [1,2].

На кафедре проектирования автомобильных дорог и мостов ВГТУ выполнен расчет для всех областей Центрального федерального округа суммарных объемов снегоприноса по 16 направлениям (румбам) за зиму с различной вероятностью превышения, определены коэффициенты потерь снега от испарения и таяния во время оттепелей. Определены объемы снегоприноса в расчетную метель с различной вероятностью превышения [3]. Получен набор из почти 300 специальных карт, которые должны использоваться при проектировании. Комплект карт представлен в виде специального атласа. Для каждой области расчеты проводятся с помощью 34 карт. Выбор необходимых карт – достаточно сложная задача, для ее решения разработана специальная компьютерная программа, позволяющая автоматизировать процедуру выбора нужных карт для конкретного участка дороги и провести необходимые расчеты.

Алгоритм расчета представлен несколькими шагами:

1.Для снегозаносимого участка дороги определяется его направление.

2.Выбираются карты, соответствующие направлению (румбу) рассматриваемого участка и необходимые для определения объемов снегоприноса справа и слева от дороги.

3.Информация с карты вводится в соответствующие ячейки и производится расчет вариантов постоянной и временной снегозащиты.

Проектирование снегозащитных мероприятий осуществляется в соответствии с рекомендациями действующих нормативных документов [1,2].

При проектировании постоянной снегозащиты в виде снегозадерживающих лесных полос учитывается, что нормативные документы рекомендуют их проектировать на расчетный объем снегоотложений к концу зимнего периода.

20

Расчетный объем снегоотложений от расчетного объема снегоприноса с вероятностью превышения 5% в конце зимы определяют с учетом коэффициента потерь снега от испарения и таяния во время оттепелей и увеличения плотности в снегоотложениях к концу зимнего периода. Эта информация снимается с карт.

Расчет объема снегоотложений за зиму с учетом коэффициента потерь производится по формуле

где Wпр – объем снегоприноса к дороге за зиму с расчетной вероятностью превышения 5%, м3/м; KP.av – коэффициент потерь снега от испарения и таяния во время оттепелей; δ – средняя плотность свежепринесенного снега, δ = 0,17 г/см3; δav – среднегодовая плотность снежного покрова, г/см3

Временные снегозащитные устройства проектируются на расчетные объемы снегоприноса с вероятностью превышения 10%.

Количество снега, задерживаемого одной щитовой линией, определяют по формуле Д.М.Мельника:

где Q – количество задерживаемого снега, м3/м; nр – число рядов защиты;εс – коэффициент, учитывающий влияние снежного ряда (1-2); H – высота щита, м.

Расстояние между рядами двух-, трехрядных щитовых линий принимается равным 30 высотам щита. Первый к дороге ряд ставят на расстоянии 20 высот от бровки земляного полотна.

Снежные траншеи устраивают при толщине снежного покрова более 20 см, расстояние между осями соседних траншей составляет 12-15 м. Ближайшая траншея располагается от дороги не ближе 30 м и не дальше 100 м.

Функционал программы автоматизации расчетов по проектированию снегозащиты предусматривает:

-проектирование постоянной и временной снегозащиты,

-использование, хранение и добавление картографического материала с расчетными объемами снегоприноса для выполнения расчетов,

-хранение в специальных базах данных типовых конструкций снегозащитных средств и использование их при расчете.

После ввода исходных данных – выбора округа и области, программа отбирает из атласа необходимые карты, как представлено на рис.1(а). Для удобства снятия информации с карт имеется возможность их масштабирования, как представлено на рис.1(б). Результаты проектирования представлены в виде схем снегозащитных устройств и расчетов количества рядов защиты и правил их устройства слева и справа от снегозаносимого участка. Результаты проектирования постоянной и временной снегозащиты представлены на рис. 2.

21

Рис. 1. Вид экрана после выбора карт для расчетов (а) и их масштабирования (б)

Рис. 2. Результаты расчетов постоянной и временной снегозащиты

Разработанная программа использовалась при выполнении выпускных квалификационных работ в проектах содержания дорог, она может использоваться также в проектных организациях и дорожных организациях, занимающихся содержанием автомобильных дорог.

Литература

1.ОДМ 218.5.001-2008. Методические рекомендации по защите и очистке автомобильных дорог от снега -Введ.2008-03-01. -М.: Информавтодор, 2008.-

101 с.

2.ОДМ 218.2.045-2014. Рекомендации по проектированию лесных снегозадерживающих насаждений вдоль автомобильных дорог. – Введ. 2014- 12-24. – М.: Информавтодор, 2014. – 49 с.

3.Самодурова Т.В., Гладышева О.В., Бакланов Ю.В., Алимова Н.Ю. Проектирование снегозащитных мероприятий для автомобильных дорог с использованием специальных картографических материалов //Дороги и мосты. – 2018.

–Вып. 38/1. – С. 168-188.

22

УДК 621.74

Автоматизация технологической подготовки литейного производства с использованием систем компьютерного моделирования

Г.Б. Акбаров1, А.Г. Дюльгер2, Л.С. Печенкина3 1Студент гр. бЛП-31, akbarov-gennadi@mail.ru 2Студент гр. бЛП-41, dialog.tone_2014@mail.ru

3Канд. техн. наук, доцент, pls-7@mail.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

В работе исследовалась возможность создания оптимальной конструкции отливки «Втулка» с минимальным количеством дефектов различного типа. Для проведения анализа литейной технологии и ее корректировки была использована современная CКМ– система LVMFlow.

Ключевые слова: отливка, усадка, система компьютерного моделирования, дефект.

Стало уже очевидным, что дальнейший прогресс во многих отраслях машиностроения, может быть достигнут только на основе широкого применения информационных технологий. Однако в литейном производстве их внедрение идет не всегда успешно, что обусловлено целым рядом причин: сложность математического описания технологических процессов литья, недостаток информационного обеспечения, позволяющего создать оптимизационные модели технологии получения отливок с заранее заданным качеством, многофакторное влияние на процессы формирования структуры и свойств отливок в условиях литейной формы. Поэтому в большинстве случаев отработка наиболее важных технологических параметров литейного процесса, обеспечивающих изготовление литых заготовок без усадочных дефектов и с высокой плотностью, осуществляется непосредственно в литейном цехе на натурных образцах отливок методом проб и ошибок, в основе которых лежит опыт, накопленный на производстве, интуиция и эмпирические данные. Это, как правило, приводит к увеличению времени отработки технологии, а также значительных материальных и энергетических затрат, для сокращения которых применяют системы компьютерного моделирования (СКМ) [1,2].

Одной из таких программ является CКМ – система LVMFlow, которая позволяет проследить процесс заполнения формы металлом, произвести расчет температурных полей, изучить каналы охлаждения, проследить в каких областях произойдет возникновение тех или иных дефектов и многое другое.

Предметом изучения стала отливка «Втулка», имеющая массу 1,5 килограмма и обладающая следующими габаритными размерами Ø59×220 мм. Для того чтобы начать процесс моделирования необходимо создать 3D модель отливки в программе «Компас V17» с различными конструкциями литниково – питающих систем (ЛПС). Различие в конструкциях (ЛПС) как раз и выявит са-

23

мый оптимальный и рациональный тип, с помощью которого возможно получить бездефектную отливку. Первый тип конструкции состоял из коллектора, стояка, зумпфа и питателей (показано на рисунке). Последующие типы имели схожую конструкцию за исключением последнего. В нем был удлинен стояк, добавлены элементы для питания отливки снизу и предотвращения усадки, образующейся в нижней части втулки. С целью питания наиболее тонких сечений, подверженных как выяснилось образованию усадочных раковин и рыхлот добавлен питатель, подводящий металл в середину отливки. Моделирование началось с создания оболочки, которая имеет толщину 10 мм и является керамической, этот параметр постоянен и не изменялся. После этого был выбран сплав, из которого необходимо получить отливку (сплав ИЧ210Х33Н3СЛ) [3,4], и наполнитель опоки. Причем стоит отметить, что вариант под номером 1 (показано в таблице) заливался без наполнителя, в качестве материала формы использовался воздух. Заливка производилась при 1450 – 1500 ºС в керамическую форму. Затем в модуле «Затвердевание» выполнено моделирование отливки – с учетом заполнения формы расплавом. Первый вариант имел усадочные раковины и рыхлоту в нижней и верхней части отливки втулка. Вследствие того, что форма заливалась без наполнителя и выбранная конструкция не обеспечивала правильное питание отливки расплавом. Второй и третий варианты имели уже усадку только в верхней части и заливались в опоку с уплотнителем (шамот ШЛ-0,4), но процент усадки в отдельных областях достигал 10 – 12%. Что является довольно высоким показателем и из – за этого полученную отливку можно смело считать бракованной. В связи с этим целесообразней всего было изменить саму конструкцию литниково – питающей системы, чтобы обеспечить питание тонких стенок отливки и предотвратить образование в этих областях дефектов усадочного характера. На рисунке представлен пример моделирования отливки из белого чугуна «Втулка» в указанной программе. В результате получили информацию в виде температурно-временных полей в затвердевающем металле и о динамике образования усадочных дефектов-раковин, пористости и рыхлоты - наиболее опасных с точки зрения теории формирования отливки областях. Дальнейший анализ проводился в направлении увеличения размеров прибыли, стояка, коллектора, их количества, варьировалась температура заливки. Информация подвергалась анализу на соответствие техническим требованиям к детали и, если металл в затвердевшей отливки не содержит усадочных дефектов, то решение по выбору конструкции ЛПС считается достигнутым.

Параметры, изменяемые при моделировании отливки «Втулка»

24

в) г) Моделирование отливки «Втулка» в различных вариантах: а, в– температурные поля, б, г – усадка отливки

Таким образом, в ходе различных вариантов моделирования был выбран оптимальный тип ЛПС (вариант 4), который обеспечивает получение бездефектной конструкции и может быть внедрен в действующее производство предприятий, которые выпускают данную номенклатуру отливок.

Литература

1.Веретенник А.А. Анализ условий получения отливки «Подкладка с упором» в разовые песчаные формы с помощью компьютерного моделирования

/А.А. Веретенник, Л.С. Печенкина // Сборник трудов победителей конкурса научно-исследовательских работ студентов и аспирантов ВГТУ по приоритетным направлениям развития науки и технологий «Научная опора воронежской области». 2017. С. 14-16.

2.Щетинин А.В. Исследование процесса охлаждения чугунных отливок в форме / А. В. Щетинин, Л.С. Печенкина, Т.И. Сушко // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2004. – №7.4. – С. 50-53

3.Печенкина, Л.С. Влияние хрома и ванадия на композиционную структуру в малоуглеродистых белых чугунах [Текст]/ Л.С. Печенкина, Г.И. Сильман, А.А. Рукавицына // Вестник Воронежского государственного технического университета. – Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет». – 2015. - № 6. – С.13-17.

4.Попова О. И. Пути повышения стойкости червячных фрез/ О. И. Попова, М. И. Попова, Л. С. Печенкина// Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2018. – Т.14. - № 4. – С.134-139.

25

УДК 644.681/.684

Автоматизированные системы водоснабжения в современных домах

Т.В. Степанова Ассистент кафедры водоснабжения и водоотведения

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Приведено определение умного дома, а также приведены инновационные системы водоснабжения и пояснена актуальность их применения

Ключевые слова: Автоматизация водоснабжения, инновационные системы, умное водоснабжение, состав и схема систем автоматизированного водоснабжения

Система внутреннего водоснабжения представляет собой совокупность трубопроводов, фитингов, устройств, транспортирующих воду к водоразборным точкам в нужном количестве, необходимого качества и под требуемым напором. Очень актуальными в наше время являются автоматизированные системы водоснабжения. Данные системы широко распространены в странах Западной Европы, а также на территории стран СНГ. Система автоматизированного водоснабжения нужна везде, где нет возможности подключиться к магистральному водопроводу. Нам остается только повернуть кран на кухне или в ванной, воспользоваться канализационным сливом для удаления использованной воды. При автономном проживании в собственном доме все эти проблемы ложатся на плечи домовладельца. Оказывается, для того, чтобы на даче или в коттедже был сохранен городской уровень комфорта без компромиссов, требуются самые современные технологии.

Система автономного водоснабжения чаще всего применяется в загородных домах и отличается от систем городских жилищных помещений тем, что к ней «привязаны» другие автономные системы:

канализация — сброс использованной воды и хозяйственнобытовых стоков;

очистки воды — мы пьем очищенную воду, готовим еду, стираем и

моемся;

ГВС, то есть горячее водоснабжение, непосредственно связано с системой отопления.

Надежная и эффективная работа автономного водоснабжения необходима для стабильной работы других систем обеспечения комфорта в загородном доме. Мировой опыт автономного проживания дает нам список необходимых средств для обеспечения бесперебойного водоснабжения:

артезианская скважина (постоянный дебит круглый год);

скважинный центробежный насос (высокая производительность, стабильный напор даже с большой глубины);

26

блок управляющей автоматики (оптимальная работа скважинного

насоса);

мембранный гидробак (реже включается насос, нет гидроударов в

системе).

Автоматизация водоснабжения не только увеличивает комфортность проживания, но также позволит снизить расход воды и электричества. Вам не придется лично перекрывать краны и снижать обороты гидравлического насоса, чтобы снизить расход воды и сэкономить электроэнергию — за Вас это сделает умная автоматика. Схема автоматизированной системы управления представлена на следующем рисунке.

Функциональная схема автоматизированной системы управления насосами артезианских скважин и станций водозабора

Насос из скважины закачивает воду в открытую промежуточную накопительную емкость, располагающуюся в подвале жилого дома, из которой одна насосная станция Н1 качает воду на дом, а вторая Н2 – на полив и технические нужды. Причем отбор воды для насосной станции полива располагается у самого дна накопительной емкости НБ. Это позволяет удалять накапливаемый на дне накопительной емкости НБ в процессе работы системы водоснабжения ил, а также опорожнять емкость в случае необходимости. Отбор же воды на водоснабжение дома берется на расстоянии около 100 мм от дна. Также на линии водоснабжения дома установлен фильтр.

Итак, что обязательно входит в состав надежных и эффективных систем автоматизированного водоснабжения, а также других современных домашних автоматических систем?

27

Датчик — элемент системы, задача которого измерить параметры среды для дальнейшей передачи собранных данных в обрабатывающие или исполняющие устройства.

Модуль ввода/вывода данных — преобразование данных в цифровую форму, пригодную для передачи компьютеру, программируемому контроллеру или исполнительному устройству.

Контроллер — программируемое управляющее устройство, используемое в различных областях: промышленность, городское коммунальное хозяйство, транспорт, частный дом и т.д. По сути контроллер — это небольшой узко специализированный компьютер, задача которого управлять конкретным технологическим процессом.

Таким образом, система умный дом помогает повысить комфорт и улучшить безопасность, а применение в домах инновационных систем водоснабжения обеспечивает долговременную и качественную службу всех приборов.

Литература

1.«Умный дом»: современная система управления вашим домом [Элек-

тронный ресурс] - https://zhkhacker.ru/2012/01/umnyj-dom/

2.Системы холодного и горячего водоснабжения [Электронный ресурс] - http://ru.kan-therm.com/poleznoe/vodosnabzhenie_v_sisteme_kan_therm.html

3.Крейс, В.А. Водоснабжение и канализация на участке / В.А. Крейс. -

М.: Эксмо, 2014.

4.Попкович, Г.С. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения

/Г.С. Попкович. - М.: ЁЁ Медиа, 1986.

28

УДК 621.453

Алгоритм расчета контура газодинамического тракта ЖРД с тарельчатым соплом

И.С. Звягин1, Г.И. Скоморохов2 1Студент гр. РД-31, rd-vgtu@mail.ru

2Д-р техн. наук, профессор, gisk46@mail.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Приводится алгоритм расчета контура газодинамического тракта камеры сгорания ЖРД с тарельчатым соплом, образованным внешними стенками камеры и центральным телом. Обоснован выбор топливной пары кислород-метан, представлен алгоритм построения контура газодинамического тракта сопла.

Ключевые слова: Ракетные двигатели, камера сгорания, кислород-метан, сопло с центральным телом, моделирование.

Практическое использование сопла с центральным телом в ракетном двигателестроении до настоящего времени сдерживается отсутствием теоретических и экспериментальных исследований по эффективности его применения, поэтому дальнейшие исследования в данной области являются актуальными. В качестве топливной пары выбран «метан-кислород». Метан (CH4 - природный газ) рассматривается как один из перспективных видов горючего для ракетной техники. Выделения сажи в процессе работы на метане практически нет, что позволяет использовать такой двигатель для многоразовых ракет-носителей [1].

Алгоритм расчёт геометрии газодинамического контура осесимметричного сопла с центральным телом (в сокращении). Дозвуковая часть камеры проектируется торообразной формы (рис. 1). Задача по оптимизации контура тарельчатого сопла формулируется, например, следующим образом: известны изме-

Рис. 1. Параметры контура тарельчатого сопла

Величины параметров камеры, используемые в дальнейших расчетах рассчитаны по эмпирическим формулам [2] и приведены в табл. 1.

29