CC BY
14
• - эксперимент; — - расчет по уравнению (2) Рисунок 2 - Зависимость концентрации связи от температуры отжига
На основе статистической
экспериментальных данных найдено связывающее концентрацию связей и отжига образцов:
обработки уравнение, температуру
С = А ■ е~аТ + В
Рассчитанные и экспериментальные значения концентрации связи в зависимости от температуры отжига приведены на рис. 2.
Из рисунка 2 видно, что наблюдается хорошая корреляция между экспериментальными и рассчитанными значениями, что указывает на правомерность разработанной методики определения концентрации связи.
Заключение
Разработана методика с использованием ИК-Фурье спектрометра, позволяющая определить концентрацию связей между атомами в исследуемом материале. Установлена корреляция между концентрацией связей О-Н в пленках от температуры отжига. Показано, что с увеличением температуры отжига уменьшается концентрация связей О-Н. Полученные экспериментальные данные и разработанные методики могут быть использованы для разработки приборов наноэлектроники нового поколения, включая газовые сенсоры [8-9] и датчики вакуума [10,11].
Работа выполнена при финансовой поддержке со стороны Минобрнауки России в рамках базовой части государственного задания №2014/151 (код проекта 117).
ЛИТЕРАТУРА
1. Грачева И.Е., Максимов А.И., Мошников В.А. Анализ особенностей строения фрактальных наноком-позитов на основе диоксида олова методами атомно-силовой микроскопии и рентгеновского фазового анализа Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2009. - № 10. - С.
16-23.
2. Ковтонюк Н.Ф. Измерение параметров полупроводниковых материалов / Н.Ф. Ковтонюк, Ю.А. Концевой. - М.: Металлургия, 1970. - 432 с.
3. Averin I.A., Karmanov A.A., Igoshina S.E., Moshnikov V.A., Pronin I.A., Terukov E.I., Sigaev A.P. Correlations in Infrared spectra of nanostructures based on mixed oxides / Physics of the Solid State, 2015. - Vol. 57. - No. 12. - P. 2373-2381.
4. Averin I.A., Igoshina S.E.r MoshnikovV.A., Karmanov A.A., Pronin I.A., Terukov E.I. Sensitive elements of vacuum sensors based on porous nanostructured SiO2-SnO2 sol-gel films /Technical Physics, 2015. - Vol. 60. - No. 6. - P. 928-932.
5. Пронин И.А., Аверин И.А., Димитров Д.Ц., Карманов А.А. Особенности структурообразования и модели синтеза нанокомпозитных материалов состава SiO2-MexOy, полученных с помощью золь-гель-технологии // Нано- и микросистемная техника. 2014. - № 8. - С. 37.
6. Аверин И.А., Карманов А.А., Пронин И.А., Печерская Р.М. Использование ИК-спектроскопии для анализа тонких стекловидных пленок, полученных золь-гель методом // В сборнике: Университетское образование Сборник статей XV Международной научно- методической конференции, посвященной 50-летию полета первого космонавта Ю.А. Гагарина. Под редакцией: В. И. Волчихина, Р. М. Печерской. 2011. -С. 227-228.
7. Аверин И.А., Сигаев А.П., Пронин И.А., Кудашов А.А., Игошина С.Е., Карманов А.А. Исследование качественного состава наноструктур на основе SiO2, SiO2-SnO2, SiO2-SnO2-In2O3 и его зависимость от температуры отжига // В сборнике: Университетское образование XVIII Международная научно-методическая конференция, посвященная 200-летию со дня рождения М. Ю. Лермонтова, под редакцией А. Д. Гулякова, Р. М. Печерской. 2014. - С. 521-523.
8. Бестаев М.В., Димитров Д.Ц., Ильин А.Ю., Мошников В.А., Трэгер Ф., Штиц Ф. Исследование структуры поверхности слоев диоксида олова для газовых сенсоров атомно-силовой микроскопией // Физика и техника полупроводников. 1998. - Т. 32. - № 6. - С. 654-657.
9. Averin I.A.f Pronin I.A.f DimitrovD.TzKrasteva L.K., Papazova K.I., Chanachev A.S., Boji-nova A.S., Georgieva A.Ts., Yakushova N.D., Moshnikov V.A. Theoretical and experimental investigations of ethanol vapour sensitive properties of junctions composed from produced by sol-gel technology pure and Fe modified nanostructured ZnO thin films / Sensors and Actuators A: Physical. 2014. - № A 206.- P. 88-96.
10. Артемов И.И. Эксплуатационные материалы. Учебник для студентов вузов. Пенза, Изд.ПГУ. -2006.
11. Аверин И.А., Игошина С.Е., Пронин И.А., Мошников В.А., Карманов А.А. Вакуумные датчики с наноструктурой на основе SiO2-SnO2 и SiO2-SnO2-In2O3/ Датчики и системы, 2015. - № 6 (193). - С. 2027.
УДК 621.371
Китаев В.Н., Дремков М.А, , Уралев А.А.
ФГУП РФЯЦ-ВНИИТФ им. акад. Е.И. Забабахина, Снежинск, Россия
ОПТИМИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПРИЕМА ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ
В автономных технических объектах, сбрасываемых в водную среду с большой скоростью приводнения, для обеспечения работы различных систем объекта применяются пороговые гидростатические датчики давления. Указанные датчики, фактически предназначенные для отслеживания глубины погружения технического объекта, могут преждевременно сработать - переключить контакты при гидростатическом ударе в системе приема давления в момент начала погружения в водную среду и тем самым вызвать сбои и отказы в работе систем технического объекта.
Для исключения возможных сбоев систем от гидростатического удара в момент приводнения технического объекта достаточно исключить поступление воды в систему приема гидростатического давления в это время.
В момент приводнения, а также последующее небольшое время, из-за смены окружающей среды с воздушной на более плотную водную, значительно уменьшается скорость технического объекта. То есть в это время технический объект движется со значительным отрицательным ускорением, которое возможно использовать для закрытия канала приема
гидростатического давления, установив на входе канала системы приема гидростатического давления соответствующее инерционное устройство.
Предложенные в ходе проведения конструкторской проработки различные технические решения устройства - инерционного клапана, необходимого для этого, приведены на рисунках 1, 2, 3.
Инерционный клапан необходимо размещать в техническом объекте относительно направления действия ускорения таким образом, чтобы обеспечивать требуемое перемещение инерционного тела клапана. Подобные технические объекты из-за большой скорости приводнения обычно ориентированы определенным образом относительно водной поверхности, то есть направление действия тормозящего ускорения также достаточно определенно.
Возможны различные конструкции инерционного клапана.
Инерционное тело в виде шарика может быть поджато цилиндрической пружиной (рисунок 1). При резком снижении скорости технического объекта (движении с отрицательным ускорением) инерционная сила, действующая на шарик, преодолевает усилие цилиндрической пружины и закрывает канал поступления воды. При установившемся движении технического объекта (прекращении действия ускорения) шарик отжимается цилиндрической пружиной обеспечивая поступление воды в гидростатический канал приема давления. При этом масса шарика, усилие цилиндрической пружины и диаметр перекрываемого шариком отверстия выбраны таким образом, чтобы обеспечивать указанную последовательность работы инерционного клапана. Гарантированное от-жатие шарика после прекращении действия ускорения, которому неизбежно будет препятствовать внешнее гидростатическое давление, действующее на шарик, может быть дополнительно обеспечиваться специальными конструктивными мерами, реализующими частичную не герметичность инерционного клапана. При таком конструкторском подходе определенной оптимизации инерционного клапана в части массы шарика, усилия цилиндрической пружины и диаметра перекрываемого отверстия не требуется.
Инерционное тело в виде тонкого диска может удерживаться магнитной системой (рисунок 2). При этом, при соблюдении выше приведенных рекомендаций по организованной не герметичности, настройка усилия удержания диска магнитной системой не требуется.
Функции инерционного тела и удерживающего его силового элемента может выполнять плоская кон-сольно закрепленная пластина из упругого материала (рисунок 3). При этом обеспечивается выполнение инерционного клапана с самими минимальными размерами по высоте.
Рассмотренные конструкции инерционных клапанов могут являться базовыми конструктивными элементами для применения в системах приема гидростатического давления различных технических объектов [1].
Возможны и другие конструкции инерционного клапана, реализованные с учетом предложенных рекомендаций.
Для исключения воздействия внешней среды на внутренний объем, связанный с каналом приема гидростатического давления, в процессе хранения и транспортирования технического объекта целесообразно использование герметизирующей разрывной мембраны, которая опирается, не разрушаясь, на организованное в корпусной детали седло при действии избыточного давления из внутреннего объема системы и легко разрушается (разрезается специально организованным ножом) при действии внешнего гидростатического давления [2]. Выполнением в корпусной детали вместо одного входного отверстия нескольких отверстий небольшого диаметра обеспечивается сохранение стойкости мембраны к действию избыточного давления из внутреннего объема системы при требуемой проходном сечении канала. Предлагаемое техническое решение обеспечивает разную механическую прочность мембраны к внутреннему и внешнему избыточному давлению.
Инерционный клапан и мембранное устройство могут быть выполнены в одном конструктиве. Примеры выполнения показаны на рисунках 4 и 5.
Конструкция, приведенная на рисунке 4, выполняет функции инерционного и обратного гидростатического клапана в одном устройстве. Изменением усилия притяжения диска магнитной системой возможно регулировать пороговое гидростатическое давления открытия клапана. Вместе с тем этот диск является и инерционным телом, обеспечивающим дополнительное усилие, перекрывающее канал приема гидростатического давления.
Герметизирующая мембрана в данном варианте конструкции может разрушаться в момент приводнения технического объекта, не нарушая требуемый алгоритм работы системы приема гидростатического давления.
Конструкция, приведенная на рисунке 5, в которой инерционный клапан с инерционным телом в виде пластины с тремя упругими лапками, перекрывающей входные отверстия для поступления воды, позволяет обеспечить малые габариты и сохранить требуемую надежность в течение длительных сроков хранения.
Представленные результаты конструкторских проработок подтверждают необходимость их полноценного проведения для обеспечения надежности разрабатываемого объекта еще на стадии конструирования [3]. Разработанные в ходе проведенных исследований технические решения инерционных клапанов и защитных устройств позволяют оптимизировать систему приема гидростатического давления для исключения сбоев и отказов систем технических объектов при их использовании по назначению.
ЛИТЕРАТУРА
1. Китаев В.Н., Деев С.А. Возможности разработки электромеханических приборов на основе базовых конструктивных элементов. Труды Международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО»: в 2 т. - Пенза: ПГУ, 2015. - 2 т. - 362 с., с. 116-118.
2. Ольховский Н.Е. Предохранительные мембраны для защиты оборудования в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Ленинград, Изд-во «ХИМИЯ», 197 0 г. - 17 6 с.
3. Китаев В.Н., Китаева Е.Н. Обеспечение надежности электромеханических приборов на стадии конструирования. Надежность и качество - 2012: труды Международного симпозиума: в 2 т. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2012. - 1 т. - 508 с., с. 63-65.
УДК 621.397
Китаев1 В.Н., Китаева1 Е.Н. , Бабушкин2 В.И., Клитеник2 О.В.
1ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. акад. Е.И. Забабахина», Снежинск, Россия 2ФГУП УЭМЗ, Екатеринбург, Россия
ОПТИМИЗАЦИЯ ИНДУКЦИОННОГО ДЕМПФЕРА ИНЕРЦИОННОГО ВКЛЮЧАТЕЛЯ
В подвижных автономных технических объектах для обеспечения работы их систем традиционно применяются инерционные включатели, коммутирующие электрические цепи при определенных параметрах движения - линейном ускорении и его длительности не меньшими некоторых значений. Для обеспечения срабатывания инерционного включателя от интеграла линейного ускорения при движении технического объекта применяются различные технические решения, обеспечивающие интегрирование линейного ускорения.
Для этой цели в известных инерционных включателях могут применяться индукционные магнитные демпферы, обычно поворотного типа, в которых тормозящий момент является определенной функцией от угловой скорости поворотного ротора (якоря).
Для выполнения инерционного включателя в безопасном исполнении при минимальных габаритах необходимы индукционные демпферы с высоким коэффициентом торможения.
В настоящей статье показаны примеры успешной оптимизации основных конструктивных параметров магнитной системы индукционного демпфера ранее разработанного на предприятии инерционного включателя с целью получения наибольшего значения коэффициента торможения.
Конструкция инерционного включателя, защищенная патентом РФ [1], приведена на рисунке 1.
Цель оптимизации - магнитная система индукционного демпфера должна иметь значение коэффициента торможения, обеспечивающего срабатывание инерционного включателя в требуемом временном диапазоне при воздействии на инерционный включатель в направлении срабатывания возрастающего
линейного ускорения, не меньшего определенного значения.
Оптимизация должна быть выполнена без увеличения габаритных размеров существующей конструкции индукционного демпфера, показанной на рисунке 2.
Магнитная система индукционного демпфера представляет собой систему высокоэнергетических постоянных магнитов чередующейся полярности. В радиальном магнитном зазоре поворачивается немагнитный диск (якорь), выполненный из металла с высокой проводимостью, например, меди.
Для поиска возможных технических решений проведен анализ ранее созданных технических решений в области многополюсных магнитных систем, электромагнитных демпфирующих систем и инерционных включателей, обеспечивающих временную задержку на основе индукционного демпфирования [2, 3].
На основе этого сделан выбор вариантов и проведен последующий расчет возможных радиальных систем индукционного демпфера.
Предложен усовершенствованный вариант односторонней торцевой магнитной системы с установленным на вращающемся медном роторе магнитомяг-ким диском, по результатам расчетов сделан вывод о перспективности данной системы (рисунок 3, 4).
Секторные магниты с осевым направлением намагниченности установлены на магнитомягкий магнитопровод. По результатам разработки конструкций приборов, функционирование которых основано на магнитоиндукционном магнитном демпфере, установлено, что наиболее оптимальна многополюсная магнитная система с числом полюсов 12...14.
