CC BY
30
Министерство образования и науки РФ
Правительство Пензенской области Академия информатизации образования Академия проблем качества РФ Российская академия космонавтики им. К.Э.Циолковского Российская инженерная академия Вычислительный центр РАН им. А.А.Дородницына Институт испытаний и сертификации ВВТ ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л.Минца» ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «РУБИН» ОАО «НИИФИ», ОАО «ПНИЭИ», ФГУП ФНПЦ «ПО СТАРТ», НИКИРЭТ, ЗАО «НИИФИиВТ» ОАО «ППО ЭЛЕКТРОПРИБОР», ОАО «РАДИОЗАВОД» Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС» ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА» Пензенский государственный университет
АадижУ{%шсж
ТРУДЫ
МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА
НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО
II то^
ПЕНЗА 2015
УДК 621.396.6:621.315.616.97:658:562 Т78
Труды Международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО»:
T78 в 2 т. - Пенза : ПГУ, 2015. - 2 том - 384 с.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
В сборник трудов включены доклады юбилейного ХХ-го Международного симпозиума «Надежность и качество», проходившего с 25 по 31 мая 2015 г. в городе Пензе.
Рассмотрены актуальные проблемы теории и практики повышения надежности и качества; эффективности внедрения инновационных и информационных технологий в фундаментальных научных и прикладных исследованиях, образовательных и коммуникативных системах и средах, экономике и юриспруденции; методов и средств анализа и прогнозирования показателей надежности и качества приборов, устройств и систем, а также анализа непараметрических моделей и оценки остаточного ресурса изделий двойного назначения; ресурсосбережения; проектирования интеллектуальных экспертных и диагностических систем; систем управления и связи; интерактивных, телекоммуникационных сетей и сервисных систем; экологического мониторинга и контроля состояния окружающей среды и биологических объектов; исследования физико-технологических процессов в науке, технике и технологиях для повышения качества выпускаемых изделий радиопромышленности, приборостроения, аэрокосмического и топливно-энергетического комплексов, электроники и вычислительной техники и др.
Оргкомитет благодарит за поддержку в организации и проведении Международного симпозиума и издании настоящих трудов Министерство образования и науки РФ, Правительство Пензенской области, Академию проблем качества РФ, Российскую академию космонавтики им. К. Э. Циолковского, Российскую инженерную академию, Академию информатизации образования, Вычислительный центр РАН им. А. А. Дородницына, Институт испытаний и сертификации ВВТ, ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л. Минца», ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «НИИФИ», ФГУП «ПНИЭИ», ОАО «РУБИН», ОАО «РАДИОЗАВОД», ОАО «ППО ЭЛЕКТРИПРИБОР», ФГУП «ПО «СТАРТ», НИКИРЭТ - филиал ФГУП «ПО «СТАРТ», Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС», ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА»,Пензенский государственный университет.
Сборник статей зарегистрирован в Российском индексе научного цитирования (РИНЦ) с 2005 г.
Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я :
Юрков Н. К. - главный редактор Трусов В. А. - ответственный секретарь Баннов В. Я. - ученый секретарь Волчихин В. И., Абрамов О. В., Авакян А. А., Дивеев А.И., Иофин А. А., Каштанов В. А., Майстер В. А., Острейковский В.А., Петров Б. М., Писарев В. Н., Роберт И. В., Романенко Ю. А., Северцев Н. А., Садыков С. С., Садыхов Г. С., Увайсов С. У.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
© Оргкомитет симпозиума, 2015 © ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2015
УДК 620.16
Прохоров В.Ю., Окладников Л.В., Синюков Н.В.
ФГБОУ ВПО «Московский Государственный университет леса», Мытищи, Россия ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОЧЕТАНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПРОТИВОЗАДИРНЫЕ И ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА СМАЗОК
Исследованию износостойкости материалов посвящено большое количество работ [1,2,3]. К сожалению, отсутствие унифицированных методов и машин для испытания на трение и изнашивание затрудняет проводить сравнительный анализ материалов по износостойкости. Наш выбор машины трения возвратно-поступательного действия был сделан по следующим причинам:
1. Использование наиболее простой методики для оценки противозадирных и противоизносных смазок;
2. Большинство шарниров работают в режиме возвратно-поступательного движения;
3. Полученные данные по значениям интенсивности износа возможно использовать для ресурса разнообразных узлов трения.
Машина трения (рис. 1) с возвратно-поступательным движением работает следующим образом. Вращение от электродвигателя 1 через муфту 2 передаётся на червячный редуктор 3, на выходном валу которого укреплен диск. В диске эксцентрично установлен палец, сообщающий возвратно-поступательное движение крейцкопфу 4,
шарнирно соединенному с узлом трения. Узел трения состоит из ползуна 4, движущегося по направляющей 9 и штока 10. На ползуне крепится двумя винтами испытуемый нижний образец 6 в виде пластинки толщиной 2,5 мм, длиной 60 мм и шириной 4 0 мм. На штоке крепится верхний испытуемый образец 7, который участком шириной 2 мм и длиной 25 мм скользит по плоской поверхности нижнего образца.
Благодаря шарнирному соединению 5 и цилиндрической форме сечения направляющей ползун имеет возможность ориентироваться по неподвижному верхнему образцу, закрепленному в штоке, который может перемещаться только вертикально (перпендикулярно движению ползуна).
Узел нагрузки состоит из рычага 11 с соотношением плеч 1:5, груза 12 и штока, передающего усилие на образцы. Длина хода ползуна 50 мм. Число двойных ходов машины равно 108 в минуту при 2800 мин -1 ротора двигателя и степени редукции 26:1.
Верхний образец изготавливается из материала втулки, нижний - из материала оси.
Рисунок 1 - Машина трения с возвратно-поступательным движением 1 - электродвигатель; 2 - муфта; 3 - червячный редуктор; 4 - ползун; 5 - шарниры; 6 - подвижный образец; 7 - неподвижный образец; 8 - стол; 9 - направляющая; 10 - шток; 11 - рычаг; 12 - набор грузов
Методика испытаний. Перед испытаниями образцы промывают в бензине и взвешиваются на аналитических весах с точностью ± 0,1 мг. Затем пара трения прирабатывается под нагрузкой 0,5...1,25 МПа в течение 7-14 часов. Окончание приработки характеризовалось равномерным распределением следов износа по всей поверхности. Испытания проводятся последовательно при следующих удельных нагрузках: 0,5; 1,25; 2,5; 3,75; 5,0; 7,5; 10,0; 15,0; 20,0; 25,0; 30,0; 35,0; 40,0 МПа.
При каждой из указанных нагрузок испытания проводятся в течение 3,5 часов - времени, достаточного для фиксирования износа поверхностей. Взвешивание образцов производится перед началом испытаний, после каждой ступени нагрузки, после испытаний. Перед взвешиванием образцы промываются в бензине. Смазка наносилась перед приработкой, через 3,5 часа во время приработки, перед испытаниями на каждой ступени нагрузки. Скорость скольжения - 0,19 м/сек, что исключает повышение температуры в контакте выше критической. Путь трения за 3,5 часа испытаний соответствует 2,395 км.
Обработка результатов испытаний. Оценка износостойкости материалов производится по вели, Ак
чине интенсивности линейного износа: и —-,
Ь
где & Ъ - высота изношенного слоя за путь трения Ь.
Данный показатель может быть непосредственно использован для расчета срока службы узлов трения.
Интенсивность линейного износа верхней детали рассчитывалась по следующей формуле:
и =
Ак1
Аql
А ql
2п • Н 2/1 ■ п ■ Н ■ Ь ■ 1К 2/1 ■ п ■ Н ■ Аа
где & Ъ1 - изношенный слой детали 1 за п циклов; & д1 - потеря веса детали 1 за п циклов; Н - ход подвижной детали; 2 Н - путь трения для всех точек детали 1 за цикл; 1к - размер детали 1 в направлении относительного перемещения; Ь -размер детали 1 в направлении, перпендикулярном относительному перемещению; Аа - номинальная площадь детали 1; Y1 - удельный вес детали 1.
Интенсивность износа нижнего образца рассчитывалась по формуле:
АИ2 Аq 2 Аq2
и 2 = = = ,
2п ■ ¡к 2Г2 ■ п ■ К ■ Ь ■ Н 2Г2 ■ п ■ Н ■ Аа
где 21к - наибольший путь трения точек поверхности детали 2 за один цикл; & Ъ2 - осреднённый изношенный слой детали 2 за п циклов; & д2 -потеря веса детали 2 за п циклов; Y2 - удельный вес детали 2.
Формула справедлива при 1к<Н.
Суммарная интенсивность износа сопряжения:
^ Е =
А +Ай2
— и \ + ■ и о 1 1 Н
2п ■ Н
Испытания прекращаются при достижении интенсивность износа J = 7 • 10-9.
Большие значения интенсивности линейного износа, как правило, сопутствуют процессам разру-
шения граничной смазки, увеличению износа на 2 - 3 порядка, задиру поверхностей трения.
Для непосредственного измерения линейной величины изношенного слоя геометрия дорожки трения измерялась на профилографе-профилометре «Калибр-2 01». Результаты непосредственного измерения высоты изношенного слоя и путем пересчета через весовой износ различались не более, чем на 10%. В связи с этим за основной метод измерения был принят более простой весовой метод измерения износа.
Противозадирные и противоизносные свойства смазок в значительной степени зависят от сочетания конструкционных материалов в узле трения.
Анализ данных указывает на то, что в паре со сталью 4 5 (ЯНС ~ 40) при смазке солидолом несущая способность бронз сильно зависит от их состава (рис. 2). По износостойкости в паре со сталью 45 (смазка - солидол С) бронзы можно выстроить в следующем порядке: БрОФ10-1 (ГОСТ 493-79); БрОЦС5-5-5 (ГОСТ 493-79); БрАЖ9-4 (ГОСТ 613-79).
Критические нагрузки на пару трения бронза -сталь зависят также от выбранной марки стали, её термо- и физико-химической обработки. Так, при смазке солидолом бронза ОЦС5-5-5 в паре со сталью 45 имеет диапазон работы до 7,5 МПа, в
то время, как та же бронза работает со сталями 20Х (нитроцементированная) и сталь 20 (цементированная) вплоть до 4 0МПа. Значения критической нагрузки для бронзы ОЦС5-5-5, работающей в паре с различными сталями приведены в таблице 1. Критическими нагрузками считались такие, при которых имело место схватывания, либо износ образцов превышал величины ^ 7 х10-9.
Несущая способность пар трения сталь-сталь также зависит от выбранных марок стали, термо-и физико-химической обработки (табл. 2 и рис. 3). Наилучшие результаты из рассмотренных пар показали сочетание сталь 20Х (цементированная) по стали 20Х (нитроцементированная) и сталь 20Х (цементированная) по стали 20 (цементированная), критические нагрузки для которых превышают 4 0,0 МПа.
При конструировании узлов трения следует учитывать соотношение путей трения сопряженных деталей. У «обратных пар» (менее твердая деталь имеет больший путь трения) несущая способность выше, чем у «прямых пар» (более твердая деталь имеет больший путь трения). Например, несущая способность у стали 45, трущейся по стали 20Х (нитроцементированная) больше, чем у стали 20Х (нитроцементированная), трущейся по стали 45.
1x10
3 -
1 - Бр.АЖ 9-4 - Ст.45
2 - Бр. ОЦС 5-5-5 - Ст.45
3 - Бр.ОФ 10-1 - Ст.45
0 5 10 15 20
Рис. 2. Зависимости изменения интенсивности изнашивания различных бронз в паре со сталью 45 (смазка - солидол С)
Значения критических нагрузок для бронзы ОЦС5-5-5, работающей в паре с различными сталями (смазка солидол С)
Таблица 1
2.5
2
1.5
0.5
Р. МИа
0
Пара трения Критическая нагрузка Ркр, МПа
БрОЦС5-5-5 - Ст. 45 7,5
БрОЦС5-5-5 - Ст. 45 (закалка т.в.ч.) 10,0
БрОЦС5-5-5 - Ст. 20Х (цементированная) 10,0
БрОЦС5-5-5 - Ст. 20Х (нитроцементированная) > 40,0
БрОЦС5-5-5 - Ст. 20 (цементированная) > 40,0
Ы0"9
♦ Ст.45 - Ст.20 Х(ц)
Рис. 3. Зависимость интенсивности износа различных сочетаний сталей (смазка — солидол С)
Значения критических нагрузок для стали 45 (закалённая, НЕС 40 ± 5), работающей в паре с различными сталями (смазка солидол С) Таблица 2
Пара трения Критическая нагрузка Ркр, МПа
Ст.45 - Ст.40Х 2,5
Ст.45 - Ст. 20 (цементированная) 10,0
Ст.45 - Ст. 20Х (цементированная) 10,0
Ст.45 - Ст.40Х (т.в.ч.) 10,0
Ст.45 - Ст. 20Х (нитроцементированная) 35,0
ЛИТЕРАТУРА
1. Прохоров В.Ю. Пути реализации эффекта безызносности шарнирных сопряжений / труды международного симпозиума «Надежность и качество». - 2013, Т. 1.- С. 43-46.
2. Прохоров В.Ю. Повышение износостойкости шарнирных сопряжений манипуляторов лесозаготовительных машин / труды международного симпозиума «Надежность и качество». - 2011, Т. 2. - С. 198.
3. Гришко А.К. Методология управления качеством сложных систем / Гришко А.К., Юрков Н.К., Кочегаров И.И. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 377-379.
4. Прохоров В.Ю., Голубев И.Г., Быков В.В. Использование новых материалов при модернизации техники. Ремонт, восстановление, модернизация. 2006. № 3. С. 18-20.
5. Северцев, Н.А. К вопросу об утрате работоспособности систем / Н.А. Северцев, А.В. Бецков, А.М. Самокутяев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 268-270.
6. Универсальные оценки безопасности. Монография / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Москва, 2005.
7. Синтез оптимального закона управления потоками транспорта в сети автодорог на основе генетического алгоритма / Дивеев А.И., Северцев Н.А. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2003. № 3. С. 87.
8. Северцев, Н.А. Минимизация обобщенного риска угроз безопасности / Н.А. Северцев // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 2005. № 7. С. 3-10.
9. Критерии и показатели безопасности / Дедков В.К., Северцев Н.А., Петухов Г.Б., Тихон Н.К. // Вопросы теории безопасности и устойчивости систем. 1999. № 1. С. 33-54.
10. Баранов, Н.А. Управление состоянием готовности системы безопасности к отражению угрозы / Н.А. Баранов, Н.А. Северцев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 8-10.
11. Дедков, В.К. Компьютерное моделирование характеристик надежности нестареющих восстанавливаемых объектов / В.К. Дедков, Н.А. Северцев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. I. С. 368-370.
УДК 538.6
Макеева1 Г.С., Голованов2 О.А, Савицкий2 В.Я., Филиппов2 О.В.
1Пензенский государственный университет, Пенза, Россия 2ОВА ВС РФ, филиал, Пенза, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА АНТИРЕЗОНАНСА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА МАГНИТНУЮ НАНОКОМПОЗИТНУЮ СТРУКТУРУ
Введение
Воспроизводимость результатов исследования новых наномасштабных свойств и функциональных возможностей фотонно-кристаллических устройств в терагерцевом диапазоне обусловливает необходимость единого подхода к их математическому моделированию, который позволит преодолеть ограничения, поставленные традиционными в оптике методами проектирования. Этот подход должен быть основан на идеях вычислительной электродинамики, успешно реализованных в системах автоматизированного моделирования и проектирования техники СВЧ.
В этой связи актуальной является задача теоретического исследования дифракции электромагнитных волн и возникающих геометрических, размерных эффектов в анизотропных магнитных наноструктурах на основе периодических решеток ферромагнитных нанопроволок и магнитных фотонных кристаллов в терагерцевом диапазоне на математических моделях электродинамического уровня строгости.
1. Решение задачи дифракции методом автономных блоков с магнитными нановключениями и каналами Флоке
Строгая постановка краевой задачи дифракции электромагнитных волн на решетке ферромагнитных нанопроволок заключается в следующем. Необходимо решить систему уравнений Максвелла
rot H(t) = е0 + CTE(t)
rot E (t ) =
dt dB(t) , dt '
(1)
с электродинамическими граничными условиями совместно с уравнением Ландау-Лифшица движения вектора намагниченности в ферромагнетике с учетом обменного взаимодействия
(2)
d M (t) d t
=- y(M (t) x H ф (t))+wr (Xo H (t) - M (t))
где Е(?), Н (?) - векторы напряженности электрического и магнитного полей; м (?) - вектор намагниченности среды; В(?) - вектор магнитной индукции; Нфф (?)=Н (?)+Нд (?) - суммарное эффективное поле, включающее поле обменного взаимодействия Нд(?) = дУ2М(?) , д - константа обменного взаимодействия; £ - относительная диэлектриче-
ская проницаемость среды;
с -
электропровод-
ность среды; £0 - электрическая постоянная; у - гиромагнитное отношение; оГ - частота релаксации; Хо - статическая восприимчивость.
Рассмотрим задачу дифракции плоской однородной электромагнитной волны на двумерной периодической решетке ферромагнитных нанопроволок, расположенных в среде с относительными диэлектрической и магнитной проницаемостями £у,Му • (рис.1). Падающая ТЕМ-волна (с волновым векто-
k
ром «. , амплитудой С1(1)(ю) , частотой о ) распространяется поперечно (вдоль оси z) по отношению к направлению постоянного поля подмагни-
чивания
H 0 = Ноёу
приложенного вдоль оси фер-
ромагнитных нанопроволок.
Элементарную ячейку периодической решетки с геометрическими размерами а, Ь, с , содержащую ферромагнитную нанопроволоку радиуса г и длиной 1Г представим в виде АБ с виртуальными каналами Флоке и магнитным нановключением [2]. Ферромагнитные нанопроволоки находятся между входными сечениями 51,£2 АБ, рассматриваемого в качестве волноводного трансформатора.
