Аэрокосмическая техника высокие технологии и инновации – 2015

Результаты экспериментов (рис. 4) показали наличие максимумов эффективности. Значение и расположение максимумов для различных направлений струи масла различны. Наибольшая эффективность маслозахвата достигается при направлениях струй масла против вращения маслозахвата или вдоль вала (76 и 74 % соответственно). Характер зависимостей относительного расхода от скорости должен зависеть и от конструкции маслозахвата. Для исследования влияния всех факторов и оптимизации конструкции необходимо разработать методику расчетного исследования эффективности маслозахвата, а экспериментально исследовать лишь конструкции маслозахватов, показавшие по результатам расчетов наибольшую эффективность.

Библиографический список

1.Иноземцев А.А., Нихамкин М.А., Сандарцкий В.Л. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок: учебник. – М.: Машиностроение, 2008. – Т. 1. – 201 с.

2.Фалалеев С.В., Старцев Н.И., Новиков Д.К. Конструирование основных узлов и систем авиационных двигателей и энергетических установок [Электронный курс]: электрон. учеб. пособие / Минобрнауки России, Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С.П. Королева (Нац. исслед. ун-т). – Электрон. текст.

Играф. дан. (11,4 Мбайт). – Самара, 2011. – 1 эл. опт. диск

(CD-ROM).

3.Боев А.А., Петрухин А.Г., Шкловец А.О. О перспективном методе подвода масла к подшипниковому узлу ГТД // Известия Самарского научного центра Российской академии на-

ук. – 2013. – Т. 15, № 6 (4). – С. 1022–1026.

4.Kenneth L.E. United State Patents Bi-directional oil scoop

for bearing lubrication; assignee General Electric Company – № US6682222 B2; filed 22.09.2001; date of patent 27.01.2004. – 10 р.

331

УДК 534.833.53

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКА

ВКАНАЛЕ СО ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩЕЙ КОНСТРУКЦИЕЙ

ВПАКЕТАХ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОГО АНАЛИЗА

И.А. Корин

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

e-mail: korinvanj@mail.ru

Выполнено моделирование распространения звука в канале квадратного сечения с установленной в него панелью звукопоглощающей конструкции (ЗПК). Моделирование основывалось на конечно-элементном решении уравнения Гельмгольца в пакетах COMSOLMultiphysics и ANSYS. Расчет проводился для полномасштабного образца ЗПК. Результаты расчета сравнивались с экспериментом.

Ключевые слова: авиационный двигатель, шум, звукопоглощающая конструкция, метод конечных элементов.

Для борьбы с шумом, распространяющимся в каналах авиационного двигателя используются звукопоглощающие конструкции (ЗПК). Эффективность работы ЗПК определяется близостью ее импеданса к оптимальному. Существуют методы, позволяющие предсказывать импеданс на основе известной геометрии ЗПК [1, 2], однако конечные выражения получаются только при введении в исходную математическую модель ряда упрощений. В связи с эти предпринимается попытка разработать методику численного моделирования распространения звука в канале с ЗПК, позволяющую в зависимости от геометрии проектируемой конструкции получать значения импеданса.

Для описания распространения звука в канале можно использовать уравнения Навье-Стокса, которые являются «тяжеловесными» и при определенных допущениях, соответствующих физике реальных процессов, могут быть трансформирова-

332

ны в уравнения Эйлера, которые, в свою очередь, при допущении о постоянстве профиля скорости по каналу, могут быть сведены к конвективному уравнению Гельмгольца. Решение перечисленных уравнений возможно реализовать численно с помощью метода конченых элементов, что подробно представлено в работах [3–5].

Численное моделирование распространения звука в канале сЗПК первоначально выполнялось в пакете конечно-элементного анализа COMSOLMultiphysics, который имеет ряд достоинств для решения акустических задач [6]. В частности, втрехмерной постановке использовалось уравнение Гельмгольца. Представленная в[7, 8] методика расчета подобной задачи для одного резонатора была перенесена на расчет полномасштабного образца однослойной сотовой ЗПК длиной 350 мм (рис. 1). При расчетах использовалиськонечныеэлементытретьей степениаппроксимации.

Рис. 1. Геометрия расчетной области

Полученные результаты показали, что фаза акустического давления в ряде случаев хорошо согласуется с экспериментальными данными. Однако согласование распределения амплитуды давления по каналу может считаться удовлетворительным лишь для низких частот (рис. 2).

Также автором была освоена реализация данной методики в ANSYS. Вначале была решена тестовая задача о поиске резонансной частоты одного резонатора, установленного в канале. Результаты решения совпали с представленными в [7, 8]. Далее

333

было реализовано моделирование распространения звука в канале с полномасштабным образцом ЗПК на основе уравнения Гельмгольца в трехмерной постановке. Полученные результаты также на определенных частотах хорошо описывали распределение фазы давления, но плохо – распределение амплитуды.

Рис. 2. Распределение амплитуды и фазы акустического давления по каналу на частоте 500 Гц (точки – эксперимент, линии – расчет)

В целом для того чтобы сделать окончательные выводы о работоспособности рассмотренного подхода, необходимо продолжить данные исследования, в частности в направлении учета нелинейных членов в определяющих соотношениях.

334

Автор благодарит Г.С. Шипунова (ПНИПУ) за создание образца ЗПК, а также Т.А. Вискову и Р.В. Бурдакова (ПНИПУ) за проведенные измерения образца на установке «Канал с потоком» в Центре акустических исследований ПНИПУ.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Правительства РФ по Постановлению № 220 «О мерах по привлечению ведущих ученых в российские образовательные учреждения высшего профессионального образования» по договору № 14.Z50.31.0032.

Библиографический список

1.Мунин А.Г., Кузнецов В.М., Леонтьев Е.А. Аэродинамические источники шума. – М.: Машиностроение, 1981. – 248 с.

2.Yu J., Ruiz M., Kwan H.W. Validation of Goodrich perforate liner impedance model using NASA Langley test data // AIAA Paper 2008-2930. – 2008. – 11 p.

3.Watson W.R., Jones M.J. Impedance eduction inducts with higher-ordermodesandflow // AIAA Paper 2009-3236. – 2009. – 19 p.

4.Bulbovich R.V., Pavlogradskiy V.V., Palchikovskiy V.V. The procedure of liner impedance eduction by finite element method // 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, ICAS. – 2014. – 11 p.

5.Бульбович Р.В., Павлоградский В.В., Пальчиковский В.В. Учет профиля скорости потока в определении импеданса ЗПК на установке «Канал с потоком» // Сб. тр. 1-й Всерос. акуст. конф., Москва, 6–10 октября. – М.: 2014. – 7 с.

6.Федотов Е.С., Пальчиковский В.В., Павлоградский В.В. Решение задачи извлечения импеданса звукопоглощающей конструкции в пакете конечно-элементного анализа COMSOL Multiphysics // Тез. докл. 4-й Открытой Всерос. конф. по аэро-

акустике. – М: Изд-во ЦАГИ, 2015. – C. 138–140.

335

7.Федотов Е.С., Пальчиковский В.В. Исследование работы резонатора Гельмгольца в волноводе прямоугольного сечения // Математическое моделирование в естественных науках: XXIII Всерос. школа-конф. молодых ученых и студентов, Пермь, 1–4 октября 2014. – Пермь, 2014. – Т. 1. – С. 268–271.

8.Федотов Е.С., Пальчиковский В.В. Исследование работы резонатора Гельмгольца в волноводе прямоугольного сечения // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2014. –

№38. – С. 107–126.

336

УДК 62-97

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АВТОМАТИЧЕСКОГО ХРОНОМЕТРИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ

МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТАНКАХ С ЧПУ

В.Р. Туктамышев1, С.А. Масленков1, Д.А. Ведерников1, В.С. Зылев2, В.А. Девяткин1

1Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

e-mail: tuktvr@gmail.com

2ЗАО «Специальное конструкторское бюро» ПАО «Мотовилихинские заводы», Пермь, Россия

Борьба за потребителя требует постоянного совершенствования научно-производственной базы предприятий. Одним из путей решения этой задачи является внедрение методов автоматического хронометрирования процессов обработки на механообрабатывающих станках. Проведен анализ инструментов и опыта использования отечественными предприятиями. Выявлено отсутствие научно обоснованных методов автоматического хронометрирования и предложены способы решения данной проблемы.

Ключевые слова: нормирование, автоматическое хронометрирование, MDA.

В условиях современной конкуренции в области машиностроения крайне важно обеспечить качество изготавливаемой продукции с минимальными экономическими затратами. При этом немаловажную роль в этом играет и техническое нормирование труда. Норма времени (выработки) служит основой для оплаты труда рабочих, калькуляции себестоимости производства детали и изделия. На основе норм времени рассчитывают длительность производственного цикла, необходимое количество исполнителей, оборудования и инструментов, определяют

337

производственную мощность цехов, отделений и участков, производят планирование производства.

В то же время при планировании современного производства возникает проблема расчета оптимальных норм времени, так как с помощью известных методов не всегда возможно получить адекватные результаты.

На сегодняшний день, исходя из практики отечественных предприятий, существует несколько методов назначения норм.

Метод нормирования по укрупненным, типовым и единым нормативам предусматривает применение табличных значений укрупненных норм времени [1–3].

Для универсальных станков метод подробно описан в [1], для станков с числовым программным управлением – в [4].

Приводимые нормы из централизованных источников в большинстве своем устарели, поскольку разрабатывались 20– 30 лет назад. Современная промышленность шагнула дальше, кроме этого, подобные нормы допустимы в массовом и серийном производстве.

Согласно [1–3] время перерывов на отдых и естественные надобности берется как 2 % от продолжительности рабочей смены. Вместе с тем существующие нормы для операторовналадчиков станков ЧПУ предусматривают перерывы общим объемом 15 мин, в течение каждых 2 ч работы, дополнительно к обеду. Если за основу брать 8-часовой рабочий день, легко подсчитать процент времени на отдых от общей продолжительности смены – он составит 12,5 %.

Время обслуживания рабочего места включает в себя время организационного обслуживания, что подразумевает периодическую смазку станка, раскладку инструмента возле станка и т.д. В современных условиях смазка и периодический осмотр станков с ЧПУ осуществляются службой главного механика, в регламентированные периоды времени, как правило, в не рабочее время, либо автоматически. Поэтому данная составляющая не должна учитываться в принципе. Согласно современной док-

338

трине доставка и сборка инструмента должна производиться, также не затрагивая процесс обработки деталей. Соответственно время, связанное с обслуживанием режущим инструментом, тоже не должно входить в штучное.

Исходя из этого укрупненные нормы малоприменимы для современных высокопроизводительных обрабатывающихцентров.

Метод прямого хронометрирования, предусматривающий постоянное фиксирование действий исполнителя в течение его работы, дает положительные результаты и хорошую точность. Но в то же время для его реализации требуется отвлечение технологов от выполнения планов технологической подготовки производства, поэтому данный метод не может быть реализован на постоянной основе.

В связи со всем вышеизложенным возникает острая потребность в разработке новых подходов к назначению норм времени на операцию и способов сбора данных для разработки этих норм.

Естественно, возникает вопрос о том, как создать первичную базу данных норм времени.

Для определения этих норм в данные момент разрабатывается проект внедрения модуля автоматического хронометрирования, заключающегося в прямом аппаратном хронометрировании работы станков с числовым программным управлением. Этот проект предусматривает установку на все станки с числовым программным управлением систем типа MDA производства Siemens. Данный модуль позволит вести долгосрочное хронометрирование состояний станка и накопление статистических данных, которые в последующем могут быть проанализированы.

Модуль MDA автоматически хронометрирует все действия, производимые на стойке, кроме этого, он может выводить диалоговые окна для оператора, запрашивая, какие действия он производит в данный момент времени.

Метод способен предоставить объективные данные о времени работы станка, данные о вспомогательных действиях, таких как подналадка, установка детали и т.д.

339

На базе накопленных статистических данных планируется разработать базу данных унифицированных норм времени, которые бы учитывали квалификацию исполнителя и давали бы средние значение нормативов для сбалансированного планирования работы производства. Впоследствии этот модуль будет использоваться для поддержания разработанной базы данных в актуальном состоянии.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (договор № 02.G25.31.0068 от 23.05.2013 г. в составе мероприятия по реализации Постановления Правительства РФ № 218).

Библиографический список

1.Миллер Э.Э. Техническое нормирование труда в машиностроении: учеб. пособие для техникумов. – 3-е изд. – М.: Машиностроение, 1972. – 248 с.

2.Морозов И.М., Гузеев И.И., Фадюшин С.А. Техническое нормирование операции механической обработки деталей: учеб. пособие. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2003. – 65 с.

3.Романова С.Ю. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с числовым программным управлением. Ч. 1. Нормативы времени – М.:

Экономика, 1990. – 208 с.

4.Непомнящий Е.Г. Экономика и управление предприятием: конспект лекций. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1997. – 374 с.

340