Основные проблемы современных технологий и один из путей их решения

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет

Основные проблемы современных технологий и один из путей их решения

М.А. Бондаренко

Аннотация

Даны основные понятия мягких оболочек, торовых технологий, эластичных механизмов и конструкций. Описаны основы тороидального движения и выявлены функциональные особенности эластичного тороида. Описано устройство эластичных механизмов, а также новых форм движения, которые возможно получить с помощью этих механизмов. Выявлены основные достоинства эластичных машин и механизмов, позволяющие решить проблему современных технологий и модернизировать, мобилизировать конструкции инженерных узлов. Представлены области применения эластичных тороидов. Сформулированы выводы, полученные в ходе анализа торовых технологий.

Ключевые слова: мягкие оболочки; торовые технологии; эластичный механизм; эластичная конструкция; тороид; движение; технология; особенности.

M. Bondarenko. Major problems of modern technologies and a way to solve them

The fundamental concepts of soft shells, tore technologies, elastic mechanisms and structures are given. The basics of toroidal motion are described. The functional features of an elastic toroid are identified. The article describes the device of elastic mechanisms, as well as new forms of motion that may be obtained by using these mechanisms. The main advantages of elastic machines and mechanisms that allow to solve the problem of modern technologies and upgrade, mobilize the constructions of engineering units, are revealed. The application fields of elastic toroids are presented. The conclusions obtained in the analysis of tore technologies are formulated.10 sources.

Key words: soft shells, torus technologies, elastic mechanism, elastic structure, toroid, motion, technology, features.

Тенденции современного развития техники направлены на увеличение удельных нагрузок, снижение габаритных и весовых характеристик, расширение функциональных возможностей, повышение надежности выпускаемой продукции на базе новых информационных технологий. Благодаря созданию высокомодульных высокопрочных волоконных материалов оказались возможными новые подходы к решению актуальных вопросов инженерного проектирования. Использование свойств такого доступного строительного материала как воздух и вода, открыли доступ к созданию перспективных проектов на стыке наук: физики, химии, механики, кибернетики. Таким проектом явились предварительно напряженные мягкие оболочечные конструкции [1].

Такие конструкции могут эксплуатироваться при длительных и кратковременных внешних воздействиях; в статических, квазистатических и динамических режимах нагружения; в условиях сосредоточенной и распределенной, ассиметричной и несоосно приложенной внешней сжимающей нагрузки.

Мягкие оболочки - это и биологические и химически стойкие защитные устройства (чехлы, ограждения, упаковка) и торовые целевые механизмы с максимальным числом степеней свободы перемещения (конические, цилиндрические, тороидные движители) и двухступенчатые мягкие силовые приводы и эластичные механизмы (подъемники, пневмоподвески, элементы робототехники), и т.д.

Торовые технологии. Виды и особенности

Торовые технологии - машины и механизмы, механика которых основана на тороидальном движении. На основе тороидального движения построены и функционируют многие природные конструкции - природные эластичные машины и механизмы. При этом генератором-носителем тороидального движения является герметичная тонкая эластичная/мягкая тороидальная оболочка, заполненная рабочей/текучей средой под избыточным (газ) или нормальным (жидкость) давлением - эластичный тороид [6].

Природный эластичный тороид способен генерировать (строить) и объединять механическую, электронную, информационную и энергетическую составляющие в физически единую интеллектуальную эластичную систему, которая формируется в структуре «материала» его оболочки и текучей или рабочей среде, находящейся внутри этой оболочки.

Итак, под воздействием внешних или внутренних сил эластичный тороид имеет следующие функциональные особенности:

· перемещается путем выворачивания или наволакивания по жесткой, эластичной и любой другой опорной поверхности, «омывая» ее деформированные участки и инородные включения, при этом самоуплотняется в замкнутой, охватывающей его периферию, поверхности (сам себя находит);

· обеспечивает широко регулируемую площадь контакта и небольшие удельные давления на опорную поверхность с низким давлением текучей среды в своей оболочке;

· создает тяговые усилия и ударный эффект;

· преобразовывает виды движения, например, поступательное во вращательное и наоборот;

· наволакиваясь на предмет, захватывает его независимо от его формы, удерживает или перемещает его внутри себя с регулируемым обжимающим усилием (мягкий захват);

· качением перемещается в поперечном направлении и т.п.

То есть, тороидальное движение является высшим (базовым, основным, главным, образующим) видом движения, а не отдельным подвидом.

Функциональные возможности машины или механизма, имеющего в своем составе эластичный тороид, увеличиваются, как минимум, в два раза, поскольку эластичный тороид на своей внешней поверхности имеет две рабочие поверхности - центральную часть и периферию, плавно переходящих друг в друга - двухсторонняя замкнутая поверхность [2].

Для реализации своих потенциальных возможностей эластичные тороиды могут иметь различные формы и быть кинематически связаны с конструктивными элементами, как центральное и/или внешнее и/или внутреннее периферийные тела различной формы, выполненные из различных материалов [3].

Эластичные механизмы и конструкции

Механизмами называются системы, предназначенные для преобразования движения тел с изменением во времени их относительного положения или расстояния между фиксированными точками звеньев, элементов.

Машины и механизмы, имеющие в своем составе эластичный тороид, оболочка которого выполнена из интеллектуального композиционного материала, заполненная интеллектуальной рабочей средой, называются эластичными. торовый эластичный инженерный конструкция

Эластичные механизмы имеют возможность получения новых форм движения, свойственных текучей среде, таких как: наволакивание, выворачивание, обладают бесступенчатым управлением и плавностью регулирования, экологической чистотой, бесшумностью работы.

Эластичные тороиды не имеют ограничения по длине и могут иметь геометрические размеры, изменяющиеся от долей миллиметров до десятков, сотен метров при определенных их пропорциях.

К достоинствам эластичных машин и механизмов, позволяющим решить проблему современных технологий и модернизировать и мобилизировать конструкции инженерных узлов, следует отнести следующие:

· возможность получения плавного (бесступенчатого) движения при взлете, плавании, перемещении в непрямолинейном направлении, а также бесступенчатых пульсаций, волнового движения, колебаний вдоль и поперек осей вращения, сворачивания в компактный объем, и т.п.;

· возможность создания абсолютно новых «мехатронных» систем, например мягких или эластичных радиоэлементов;

· более высокий в сравнении с традиционной механикой коэффициент полезного действия, поскольку трение скольжения заменено трением качения (эффект колеса);

· низкая энерго- и материалоемкость, поскольку «жесткие» конструкционные материалы заменены эластичными конструкционными материалами оболочек;

· высокие мобильность и простота эксплуатации, ремонта, монтажа и демонтажа, особенно в экстремальных условиях;

· универсальность конструктивных элементов;

· плавность регулировки;

· минимальная масса и габариты при хранении (несмотря на большие рабочие объемы);

· экологическая чистота;

· бесшумность работы;

· отсутствие необходимости создавать новые специальные производства для изготовления систем эластичной механики.

Применение торовых технологий

Условия эксплуатации эластичных механизмов могут быть самыми разными: подводные, подземные, наземные, надводные, воздушные, и т.д. Машины и механизмы на основе эластичной механики смогут найти самое широкое применение в любой сфере деятельности человека: энергетика, транспорт, строительная индустрия, машиностроение, добывающие отрасли, мехатронные технологии, аварийно-спасательное оборудование, медицина, и т.д.

На сегодняшний день уже изготовлены многочисленные действующие модели транспортных средств высокой проходимости для транспортировки большегрузных и крупногабаритных объектов, антенно-фидерных устройств, элементов роботов и кластерных систем, устройств дозаправки топливом, контейнеров, погрузочно-разгрузочных, амортизирующих и демпфирующих систем, и т.д.

Таким образом, интерес к мягким оболочкам как инженерным конструкциям сохранен. Появляются новые машиностроительные технологии с применением силовых мягких оболочек. Пневмоконструирование как направление инженерного проектирования является весьма перспективным и интересным [1].

Выводы

Изучая мягкие оболочки, торовые технологии, эластичные технологии как способ решения проблем современных электронных, информационных и энергетических технологий, которые подошли к физическим пределам своего развития, можно сделать следующие выводы:

· Эластичные конструкции как энергетические системы, не только реализуют свойства сжатой рабочей среды, но и благодаря физико-механическим свойствам конструкционного материала могут выполнять специальные функциональные свойства, не присущие традиционным механизмам. Это связано с созданием новых материалов на стыке отраслей физики, химии, механики, электроники, биологии, информатики и др. [1].

· Благодаря минимальной массе и транспортному объему, простоте конструкции и быстроте приведения в рабочее состояние эластичные механизмы незаменимы в экстремальных условиях, затрудняющих использование традиционного оборудования.

· Задачами, которые можно решить с помощью эластичных механизмов являются: оказание первой оперативной помощи, обеспечение жизнедеятельности или эвакуации пострадавших, временная консервация и восстановление функциональных аварийных объектов.

· Если использовать тороидные оболочки в качестве мягких движетелей и заменять жесткую рычажную систему, или механизмов с гибкими тягами на упругие оболочки, они позволят обеспечить вездеходность транспортным средствам за счет перемещения центра тяжести относительно неподвижной опоры.

· Использование оболочек управляемой формы, изменение поверхностного натяжения которых регулируется, позволяет предложить новую концепцию использования пневматики низкого и сверхнизкого давления для создания нетрадиционных движителей [8].

· Использование эластичных механизмов в различных отраслях промышленности, в частности в транспортном машиностроении, позволяет применять новые направления в конструировании, открывающие не только совершенствование существующих механизмов, но и создание новых подходов в классической механике.

Библиографический список

1. Шихирин В.Н., Ионова В.Ф., Шальнев О.В., Котляренко В.И. Эластичные механизмы и конструкции: монография. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. 286 с.

2. Шихирин В.Н. Цивилизации брошен вызов. Ответом, возможно, станет эластичная механика. // Сорок один: окружная газета Зеленограда (Москва). 2001. 10 февраля. № 7 (1285).

3. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газоподобном эфире. М.: Энергоатомиздат. 2-е изд. 2003. - 584 с.

4. Шихирин В.Н. Торовые технологии - основа эластичной механики: материалы I-й Междунар. науч.-практ. конф. «Торовые технологии». Иркутск: Изд-во ИрГТУ,2004. 48 с.

5. Сичкарев В.И. Классификация мягких силовых конструкций // Тр. НКИ / Николаев, 1973. Вып. 78. С. 76-78.

6. Шихирин В.Н. Эластичная механика. Основа машин и механизмов будущего // Электроника. Наука. Технология. Бизнес. 2001. С 10-15.

7. Шихирин В.Н. Эластичные машины и механизмы будущего // Сумма технологий. Обзор российских технологий. 2000. №3. С. 52-53.

8. Шихирин В.Н. Перспективы развития торовых технологий, эластичной механики. Иркутск: Изд-во ИрГТУ. 2005. С. 3-41.

9. Емелин В.И., Авдеев Р.М. Торообразный эластичный привод для внутритрубных работ: монография; под ред. В.И. Емелина. Красноярск: Изд-во ИПЦ КГТУ, 2005. 167 с.

Размещено на allbest.ru