Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Physical-Technical Series / Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук
Not a member yet
551 research outputs found
Sort by
Новации в создании и обеспечении конкурентоспособности карьерной техники БЕЛАЗ
Get PDFoai:oai.vestift.elpub.ru:article/598The development tasks of OJSC “BELAZ” – Management Company of Holding “BELAZ-HOLDING”, are defined, which consist in using and introducing the latest achievements in the field of technical sciences and innovative technologies created on their basis into the design and production processes of mining equipment; development of new competitive products and promising sales markets, diversification of exports. Together with scientific organizations, studies have been carried out that have allowed us to develop new and improve existing methodological approaches to solving urgent problems in all problematic areas of creating modern mining dump trucks especially and in excess of extra heavy lifting capacity. OJSC “BELAZ” is the only manufacturer and supplier of dump trucks with a carrying capacity of 450–500 tons. As a result of research on the creation of such machines, the model of a short-base maneuverable dump truck with a rigid frame of a special design was first recommended, which reduces the center of gravity and loading height of a mining dump truck, designed according to the 4 × 4 scheme (two drive axles) with double axle busbar and the use of existing tires with a maximum carrying capacity of 104 tons. The proposed and comprehensively tested new layout solutions give reason to believe that the development of dump trucks with a carrying capacity of up to 600 tons is a reality when mastering the production of tires with a carrying capacity of more than 110 tons. А new generation of dump trucks with hydromechanical transmissions is designed; work is underway to create robotic complexes for the mining industry. Particular attention is paid to computerization, digitalization and environmental friendliness of mining equipment, ensuring the reliability of technology by creating and applying new structural materials and technologies for large parts and systems.Определены задачи развития ОАО «БЕЛАЗ» – управляющая компания холдинга «БЕЛАЗ-ХОЛДИНГ», которые заключаются в использовании и внедрении в процессы проектирования и производства карьерной техники последних достижений в области технических наук и созданных на их основе инновационных технологий; освоении новой конкурентоспособной продукции и перспективных рынков сбыта, диверсификации экспорта. Совместно с научными организациями выполнены исследования, которые позволили разработать новые и усовершенствовать существующие методические подходы к решению актуальных задач по всем проблемным направлениям создания современных карьерных самосвалов особо и сверх особо большой грузоподъемности. ОАО «БЕЛАЗ» является единственным производителем и поставщиком самосвалов грузоподъемностью 450–500 т. В результате исследований по созданию таких машин впервые рекомендована модель короткобазового маневренного самосвала с жесткой рамой специальной конструкции, снижающей центр тяжести и погрузочную высоту карьерного самосвала, исполненного по схеме 4ç4 (два ведущих моста) с двойной ошиновкой осей и применением существующих шин с максимальной грузоподъемностью 104 т. Предложенные и всесторонне опробованные новые компоновочные решения дают основание считать, что при освоении производства шин грузоподъемностью более 110 т реальностью является разработка самосвалов грузоподъемностью до 600 т. Также создано новое поколение самосвалов с гидромеханическими трансмиссиями, ведутся работы по созданию роботизированных комплексов для горнодобывающей промышленности. Особое внимание уделяется компьютеризации, цифровизации и экологичности карьерной техники, обеспечению надежности техники путем создания и применения новых конструкционных материалов и технологий для крупногабаритных деталей и систем
Низконапорная форсунка с аэродинамическим распылом топлива
Get PDFA research was carried out with the construction of a model of a low-pressure nozzle with aerodynamic fuel atomization, which shows the advantages of nozzles of this type. In order to reduce the time at the stage of development and calculations, modern computer design systems were used. The research was carried out in the Flow Simulation module of the SolidWorks software package, which allows you to calculate and build a model of the internal flow around the nozzle using already known parameters. These parameters were set through the program conditions panel: fuel consumption per second; air flow rate at the inlet to the nozzle; static pressure in the combustion chamber. The calculations performed by the module made it possible to evaluate the manufacturability of the design, as well as the internal processes of mixing fuel with air. To determine the quality of fine dispersion of the fuel atomization, a model of the velocity field was calculated over the entire section of the nozzle, from which it can be seen that the maximum flow rate of the fuel is achieved in the outlet channels of the fuel atomizer of the nozzle. The results obtained indicate the operation of the low-pressure principle while maintaining high-quality fuel atomization. The use of low-pressure nozzle with aerodynamic fuel atomization is possible in modern gas turbine engines of civil aircraft, as well as in gas turbine.Проведено исследование с построением модели низконапорной форсунки с аэродинамическим распылом топлива, которое раскрывает преимущества форсунок такого типа. С целью сокращения времени на стадии разработки и проведения расчетов применялись современные системы автоматизированного проектирования. Исследования проведены в модуле Flow Simulation программного комплекса SolidWorks, позволяющем рассчитать и построить модель внутреннего обтекания форсунки по уже известным параметрам. Предполагаемая конструкция форсунки подвергалась воздействию условий, соответствующих реальным параметрам. Эти условия задавались через панель граничных условий программы: секундный расход топлива; скорость воздушного потока на входе в форсунку; статическое давление в камере сгорания. Расчеты, выполненные модулем, позволили оценить технологичность конструкции, а также внутренние процессы смешения топлива с воздухом. Для определения качества мелкодисперсности распыла топлива рассчитана модель поля скоростей по всему сечению форсунки, из которого видно, что максимальная скорость истечения топлива достигается в выходных каналах топливного распылителя форсунки. Полученные результаты свидетельствуют о работе принципа низконапорности с сохранением качественного распыла топлива. Применение низконапорных форсунок с аэродинамическим распылом возможно в современных газотурбинных двигателях гражданских самолетов, а также в газотурбинных установках
Разработка системы векторного управления полупроводникового преобразователя, обеспечивающей полигармонический режим работы многофазной электрической машины
Get PDFA system for vector control of current in the circuit of a polyphase electric machine has been developed. For this, on the basis of the analysis of electromagnetic processes in a multiphase semiconductor converter of electrical energy, its discrete mathematical model was created, which takes into account the redistribution of electromagnetic energy by individual spatial harmonic components depending on the number of phases. Using this mathematical model and the scheme of injection of higher current harmonics, which provides a polyharmonic mode of operation of a semiconductor converter, a method for independent control of the spatial harmonic components of the input current of the converter has been developed. The formation in each of the phases of polyharmonic currents, conjugated in shape and phase with the voltage supplying the converter, is carried out by means of control actions in the form of voltage vectors of a semiconductor switch, the implementation of which is carried out by the method of multiphase space-vector modulation. To check the developed provisions, a simulation model of a nine-phase semiconductor converter of electrical energy with a vector control system was created. The results of the study of the model confirmed the adequacy of the developed technical solutions, the use of which will ensure the most complete realization of the own advantages of a multiphase electric machine in order to generally improve the weight, size and energy indicators of the autonomous power supply system.Разработана система векторного управления током в цепи многофазной электрической машины. Для этого на основе проведенного анализа электромагнитных процессов в многофазном полупроводниковом преобразователе электрической энергии создана его дискретная математическая модель, которая учитывает перераспределение электромагнитной энергии по отдельным пространственным гармоническим составляющим в зависимости от числа фаз. С использованием данной математической модели и схемы инжекции высших гармоник тока, которая обеспечивает полигармонический режим работы полупроводникового преобразователя, разработан способ независимого управления пространственными гармоническими составляющими входного тока преобразователя. Формирование в каждой из фаз полигармонических токов, сопряженных по форме и фазе с питающим преобразователь напряжением, осуществляется посредством управляющих воздействий в виде векторов напряжения полупроводникового коммутатора, реализация которых осуществляется методом многофазной пространственно-векторной модуляции. Для проверки разработанных положений создана имитационная модель девятифазного полупроводникового преобразователя электрической энергии с системой векторного управления. Результаты исследования модели подтвердили адекватность разработанных технических решений, применение которых позволит обеспечить наиболее полную реализацию собственных преимуществ многофазной электрической машины в целях общего улучшения массогабаритных и энергетических показателей автономной системы электроснабжения
Контроль качества смешивания компонентов энергонасыщенного гетерогенного композиционного материала
Get PDFMethods of direct and indirect assessment of the quality of mixing dispersed solid-phase components in a liquid polymer binder are considered. It is shown that a number of methods for the quantitative estimation of mixing (associated with the extraction of solid-phase components), which have been developed in other areas of the technology of materials, are not suitable for controlling an energy-saturated heterogeneous composite material (EHCM). An experimental method revealed the criteria values (a range) of the EHCM density and determined the main groups of the EHCM characteristics, ensuring their acceptable operational properties. By means of modern research equipment using proven methods, a series of studies was carried out to establish the uniformity of the distribution of particles of solid-phase components in the EHCM, the presence, the shape, sizes and distribution in the volume of defects in the structure of the material, the physicomechanical properties of the EHCM after polymerization. According to a comparison of the results of instrumental determination of the main characteristics of the EHCM (structural, physical) with the operational properties of the material, depending on the duration of the mixing process on a specific equipment under otherwise equal conditions, it was found that for the successful solution of technological tasks it is acceptable to assess indirectly the quality of mixing according to the results of density determination of the EHCM after its polymerization. This can provide operational output quality control of the final product that does not require significant material and time costs during the development of technological processes and during the production of the EHCM.Рассмотрены способы непосредственной и косвенной оценки качества смешивания дисперсных твердофазных компонентов в жидком полимерном связующем. Показано, что ряд получивших развитие в других областях технологии материалов способов количественной оценки смешивания (связанных с экстракцией твердофазных компонентов), не пригоден для контроля энергонасыщенного гетерогенного композиционного материала (ЭГКМ). Экспериментальным способом выявлены критериальные значения (диапазон) плотности ЭГКМ и определены основные группы характеристик ЭГКМ, обеспечивающих приемлемые эксплуатационные свойства данного материала. С использованием современного оборудования по апробированным методикам проведен комплекс исследований по установлению степени равномерности распределения в ЭГКМ частиц твердофазных компонентов, наличия, формы, размеров и распределения в объеме дефектов структуры материала, физико-механических свойств ЭГКМ после полимеризации. На основе сопоставления результатов инструментального определения основных характеристик ЭГКМ (структурных, физических) с эксплуатационными свойствами материала в зависимости от длительности процесса смешивания на конкретном оборудовании при прочих равных условиях установлено, что для успешного решения технологических задач приемлемым является способ косвенной оценки качества смешивания по итогам определения плотности ЭГКМ после его полимеризации. Этим может быть обеспечен оперативный выходной контроль качества конечного продукта, не требующий значительных материальных и временных затрат, при разработке технологических процессов и в ходе производства ЭГКМ
Оптимизация конструкции охранных колец и удельного сопротивления эпитаксиальной пленки мощного n-канального ДМОП-транзистора
Get PDFPowerful n-channel DMOS-transistor with drain-source breakdown voltage Uds br value over 800 V and thresh-old voltage from 2 to 5 V was considered in this paper. One or more guard rings are formed on perimeter of such transistor for the breakdown voltage raising. The optimal guard rings construction was described and resistivity value of epitaxial film ρv was determined for obtaining required transistor Uds br value. The regression model was built, with the help of which the most optimal construction variants of guard rings of investigated transistor and resistivity value of epitaxial film, were selected. It was established that the five-dimensional polynomial of second order using as regression model allowed choosing the optimal topological spaces values in the guard rings area and ρv value which made it possible to obtain required Uds br values of the transistor. Experimental values of transistor drain-source breakdown voltage were 876 and 875 V, but calculated values (at identical parameters of definitional regression model) were 874 and 880 V, accordingly, that were errors of 0.23 % and 0.57 %, i. e. made model fits well with experimental data. It was established that ρv makes contribution to breakdown voltages values of the transistor that is more substantial than parameters of guard rings construction. This NDMOS-transistor was manufactured under production conditions of OJSC INTEGRAL” – “INTEGRAL” Holding Managing Company according to the technological route developed by the author. Such device is used in various electronic devices for energetics, in mobile phones, as part of high-voltage integrated circuits of AC/DC- and DC/DC-converters and high-voltage, high-stable LED-drivers.Рассмотрен мощный n-канальный ДМОП-транзистор с пробивным напряжением сток-исток Uси проб свыше 800 В и пороговым напряжением от 2 до 5 В, по периметру которого при изготовлении часто формируют одно или несколько охранных колец для повышения пробивных напряжений. Описана оптимальная конструкция охранных колец, а также установлено значение удельного сопротивления эпитаксиальной пленки ρv для получения требуемого значения Uси проб транзистора. Построена регрессионная модель, с помощью которой выбраны наиболее оптимальные варианты конструкции охранных колец исследуемого транзистора, и значение ρv, в которой изготавливается прибор. Установлено, что применение пятимерного полинома второго порядка в качестве регрессионной модели дает возможность определить оптимальные значения топологических зазоров в области охранных колец и удельного сопротивления ρv, позволяющие получать требуемые величины Uси проб транзистора. Экспериментальные значения пробивного напряжения сток-исток транзистора составили 876 и 875 В, а расчетные (при одинаковых параметрах построенной регрессионной модели) – соответственно 874 и 880 В, что составило погрешности 0,23 % и 0,57 %, то есть построенная модель дает хорошее согласование с экспериментальными данными. Установлено, что ρ v вносит более существенный вклад в значения пробивных напряжений транзистора, чем параметры конструкции охранных колец. Данный n-канальный ДМОП-транзистор, применяемый в различных электронных устройствах для энергетики, в мобильных телефонах, в составе высоковольтных интегральных микросхем AC/DC- и DC/DC-конвертеров и высоковольтных, высокостабильных LED-драйверов, был изготовлен в условиях производства ОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ» по разработанному автором технологическому маршруту
Механизм влияния ультразвука на процессы горения и структурообразования при СВС в системах на основе титана
Get PDFUsing the developed experimental setup, the effect of ultrasonic oscillations (USO) on the temperature and combustion velocity during self-propagating high-temperature synthesis (SHS) in the Ti–C, Ti–C–Ni–Mo and Ti–B systems is studied. Basing on the analysis of data known in literature and our own measurements, theoretical explanation to the observed results is proposed. The effect of the intensity of ultrasonic oscillations on the composition and structure of the final synthesis products is established. It was found that along with changes in the parameters of the combustion wave, the completeness of the interaction increases, and changes in the microstructure and phase composition of the reaction products occur. The concept of separation of the effect of USO on SHS into thermal, or macroscopic, and non-thermal, or microscopic is proposed. The former is associated with forced convection of gas around an oscillating specimen and leads to a decrease in temperature and combustion velocity. The latter is connected with a change in the melt spreading conditions, the progress of heterogeneous reactions and mass transfer in the liquid phase in the high-temperature zone of the SHS wave, which lead to a change in the phase composition and structure of the final product.На разработанной экспериментальной установке исследовано влияние ультразвуковых колебаний (УЗК) на температуру и скорость горения при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе (СВС) в системах Ti–C, Ti–C–Ni–Mo, Ti–B. На основании анализа существующих литературных данных и собственных измерений разработано теоретическое объяснение полученных результатов. Установлено влияние интенсивности ультразвуковых колебаний на состав и структуру конечных продуктов синтеза. Получено, что наряду с изменением параметров волны горения увеличивается полнота взаимодействия и происходит изменение микроструктуры и фазового состава продуктов реакции. Предложена концепция разделения влияния УЗК на СВС на тепловое (макроскопическое), связанное с вынужденной конвекцией газа вокруг осциллирующего образца, которая приводит к снижению температуры и скорости горения, и микроскопическое (нетепловое) воздействие, связанное с изменением условий растекания расплава, протекания гетерогенных реакций и массопереноса в жидкой фазе в высокотемпературной зоне волны СВС, что приводит к изменению фазового состава и структуры конечного продукта
Методика расчета двухбарабанной шахтной подъемной машины
Get PDFIn the Republic of Belarus, on the base of JSC “Soligorsk Institute for Resources Saving Problems with Pilot Production”, the development and launch of import-substituting mass production of large-capacity double-drum mine winders with an increased diameter of winding drums up to 7 meters were fulfilled. Earlier, in the post-Soviet space, machines with similar technical characteristics were not produced. Accordingly, for the implementation of the project, a comprehensive study of all the scientific and technical aspects of the creation of this equipment was required, taking into account the material and technical capabilities of the enterprises of domestic mining engineering. One of the important results of this study was the development of an improved methodology for calculating the basic elements of a winder. The technique allows calculating the strength parameters of the winding drums, shaft, disengagement mechanism, drive elements (mating clutch), bearings together with their anchor fasteners, reduced to normal operating conditions and to conditions of emergency wire breakage. The methodology includes the calculation of the stress-strain state of the elements of the winding drums using the finite element method and allows using the obtained numerical data to simulate the stress-strain state of the main components of the hoisting machine to calculate its safety factors in normal operation and in emergency conditions. The developed methodology was successfully tested in the design and technological center of JSC “Soligorsk Institute for Resources Saving Problems with Pilot Production” during the development of double-drum mine winders with large diameter winding drums for skip hoisting units of the Petrikov mining and processing complex, as well as during the modernization of existing hoisting units at working mines of JSC “Belaruskali”.На базе ЗАО «Солигорский Институт проблем ресурсосбережения с Опытным производством» выполнена разработка и налажено импортозамещающее серийное производство двухбарабанных шахтных подъемных машин большой грузоподъемности с увеличенным диаметром навивочных барабанов – до 7 м. Для реализации проекта проведено комплексное исследование всех научно-технических аспектов создания данной техники с учетом материально-технических возможностей предприятий отечественного горного машиностроения. Одним из важных результатов такого исследования стала разработка усовершенствованной методики расчета основных элементов подъемной машины. Методика позволяет рассчитать прочностные параметры наматывающих барабанов, вала, механизма расцепления, элементов привода (сопрягающей муфты), подшипников совместно с принадлежащими анкерными креплениями, приведенные к нормальным условиям эксплуатации и к условиям аварийного обрыва каната. Методика включает расчет напряженно-деформированного состояния элементов навивочных барабанов с помощью метода конечных элементов и позволяет использовать полученные численные данные при моделировании напряженно-деформированного состояния основных узлов подъемной машины для расчета коэффициентов запаса ее прочности в условиях нормальной эксплуатации и в аварийных. Разработанная методика была успешно опробована в конструкторско-технологическом центре ЗАО «Солигорский Институт проблем ресурсосбережения с Опытным производством» при разработке двухбарабанных шахтных подъемных машин с навивочными барабанами большого диаметра для скиповых подъемных установок Петриковского горно-обогатительного комплекса, а также при модернизации существующих подъемных установок на действующих рудниках ОАО «Беларуськалий»
Влияние параметров электролитического осаждения на структуру и микромеханические свойства пленок Ni–Fe
Get PDFThe correlation between the synthesis modes, chemical composition, crystal structure, surface microstructure, and also the mechanical properties of thin nanostructured Ni – Fe films has been studied. Thin Ni–Fe films on the Si with Au sublayer were obtained using electrolyte deposition with different current modes: direct current and three pulsed modes with pulse duration of 1 s, 10–3 and 10–5 s. It is shown that a decrease in the pulse duration to 10–5 s leads to an increase in the film elastic modulus and the hardness due to the small grain size and a large number of grain boundaries with increased resistance to plastic deformation. The effect of heat treatment at 100, 200, 300, and 400 °C on the surface microstructure and micromechanical properties of the films was investigated. An increase in grain size from 6 to 200 nm was found after heat treatment at 400 °C which, in combination with interfusion processes of the half-layer material, led to a significant decrease in hardness and elastic modulus. Ni–Fe films with improved mechanical properties can be used as coatings for microelectronic body for their electromagnetic protection.Проведены исследования корреляции между режимами синтеза, химическим составом, кристаллической структурой и микроструктурой поверхности, а также механическими свойствами тонких наноструктурированных пленок Ni–Fe. Тонкие пленки Ni–Fe были получены в различных режимах электролитического осаждения: в режиме постоянного тока и в импульсных режимах с длительностью импульса 1 с, 10–3 и 10–5 с. Показано, что уменьшение длительности импульса до 10–5 с приводит к увеличению модуля упругости и твердости пленок благодаря малому размеру зерна и, соответственно, большому количеству границ зерен с повышенным сопротивлением пластической деформации. Исследовано влияние термической обработки при T = 100, 200, 300 и 400 °С на микроструктуру поверхности и микромеханические свойства пленок. После термообработки при 400 °С наблюдалось увеличение размера зерна от 6 до 200 нм, что в сочетании с процессами взаимодиффузии материала подслоя и пленки привело к значительному снижению твердости и модуля упругости. Пленки Ni–Fe с улучшенными механическими свойствами могут быть использованы как покрытия корпусов микроэлектроники для электромагнитной их защиты
Влияние модифицирующих покрытий на диэлектрическую проницаемость керамических материалов с композиционными покрытиями
Get PDFThe results of research of features of modification of aluminosilicate ceramics by suspension of fluoroplastic, aluminophosphate binder (AFS), non-aqueous compositions of polyurethane components, are presented. Samples of aluminosilicate ceramics for research were obtained by technological methods, including batch preparation operations, sample pressing, pre-annealing and sintering at a temperature of 1200–1350 °C. Polydisperse powders of aluminosilicates obtained by grinding waste of porcelain production (porcelain ware, GOST 28390-89); low-melting clay raw materials were selected as initial components. Modification of surface of aluminosilicate materials was carried out by impregnation of aqueous compositions based on a suspension of fluoroplastic and aluminophosphate binder (AFS), non-aqueous compositions of polyurethane components used in the preparation of polyurethane foam and 5 % solution of polyethylene hydrosiloxane in toluene with the formation of composite coatings on the surface of ceramic materials. It is shown that the application of organic film coatings (based on polyurethane, aluminophosphate binder and a suspension of fluoroplastic-4D, polyethylene hydrosiloxane) leads to formation of a multilayer dielectric material in which there are interface surfaces separating areas with different dielectric properties. In the presence of an external electric field, conditions are created for migration polarization between the crystalline phase of the substrate and the amorphous phase of the coating, due to the redistribution of free charges in the volume of the composite. Moreover, the chemical interaction of AFS with ceramics leads to the smoothing of the surface relief of the aluminosilicate base and the overgrowth of deep pores. Composite “aluminosilicate – AFS-fluoroplastic coating” differs from other materials, primarily in that aluminophosphate binder coating chemically reacts with the ceramic base. The impurity ions introduced during coating application, its composite structure, as well as the heterogeneity of the interface determine the pronounced frequency dependence ε and tgδ, as well as large dielectric losses of the composite in comparison with the original aluminosilicate material.Представлены результаты исследования особенностей модифицирования алюмосиликатной керамики суспензией фторопласта, алюмофосфатного связующего (АФС), неводных композиций компонентов полиуретана. Образцы алюмосиликатной керамики для исследований получали технологическими приемами, включающими операции подготовки шихты, прессование образцов, предварительный отжиг и спекание при температуре 1200−1350 °С. В качестве исходных компонентов были выбраны полидисперсные порошки алюмосиликатов, полученные измельчением отходов фарфорового производства (фарфоровой посуды, ГОСТ 28390-89), легкоплавкое глинистое сырье. Модифицирование поверхности алюмосиликатных материалов проводили путем импрегнации вод ных композиций на основе суспензии фторопласта и АФС, неводных композиций компонентов полиуретана, используемых при получении пенополиуретана и 5%-ного раствора полиэтилгидросилоксана в толуоле с формированием на поверхности керамических материалов композиционных покрытий. Показано, что нанесение пленочных органических покрытий (на основе полиуретана, алюмофосфатного связующего и суспензии фторопласта-4Д, полиэтилгидросилоксана) приводит к формированию многослойного диэлектрического материала, в котором присутствуют поверхности раздела, отделяющие области с различными диэлектрическими свойствами. При наличии внешнего электрического поля создаются условия для миграционной поляризации между кристаллической фазой основы и аморфной фазой покрытия, обусловленной перераспределением свободных зарядов в объеме композита. Причем химическое взаимодействие АФС с керамикой приводит к сглаживанию рельефа поверхности алюмосиликатной основы и заращиванию глубоких пор. Композит «алюмосиликат – покрытие АФС-фторопласт» отличается от остальных материалов прежде всего тем, что алюмофосфатное связующее покрытия химически реагирует с керамической основой. Ионы примеси, внесенные при нанесении покрытия, его композиционная структура, а также гетерогенность границы раздела определяет выраженную частотную зависимость ε и tgδ, а также большие диэлектрические потери композита в сравнении с исходным алюмосиликатным материалом