Development of the universal model of mechatronic system with a hydraulic drive

Зростаючi вимоги до продуктивностi мехатронних систем з гiдравлiчним приводом активних робочих органiв самохiдних машин вимагають застосування нових пiдходiв в процесi розробки та проектування. Функцiональнi параметри мехатронних систем залежать вiд рацiонального вибору режимiв роботи гiдравлiчної системи та конструктивного виконання мехатронних модулiв цих систем. Якiсть мехатронної системи з гiдравлiчним приводом в бiльшiй мiрi визначається динамiчними характеристиками. Для полiпшення динамiчних характеристик запропонована унiверсальна модель, яка описує динамiчнi i статичнi процеси, що вiдбуваються в елементах мехатронної системи. Насос, гiдромотор, запобiжний клапан та робоча рiдина розглянутi у взаємозв'язку, як єдине цiле. Унiверсальна модель враховує особливостi функцiонування i взаємний вплив всiх елементiв мехатронної системи, а також особливостi робочої рiдини та може бути використана з будь-якими гiдромашинами об'ємної дiї. Дослiдження динамiки змiни функцiональних параметрiв мехатронної системи з гiдравлiчним приводом здiйснювалося на чотирьох етапах роботи: розгiн гiдроприводу (спрацювання запобiжного клапана); закриття клапана; завершення розгону; сталий режим роботи. Проведеними дослiдженнями встановлено, що при пуску гiдроприводу мехатронної системи з моменту спрацьовування запобiжного клапана i до його закриття умови експлуатацiї не впливають на змiну функцiональних параметрiв. При сталому режимi роботи спостерiгаються пульсацiї, викликанi нерiвномiрнiстю подачi насоса i коливаннями навантаження. Також необхiдно вiдзначити, що мехатронна система з гiдромотором, який має бiльший робочий об'єм, має кращi динамiчнi характеристики, нiж система з гiдромотором меншого об'єм

Dimensional similitude and the hydrodynamics of three-phase fluidized beds

It is proposed that scaling of three-phase fluidized bed hydrodynamics can be carried out based on geometric similarity and matching of a set of five dimensionless groups: (i) the M-group, M=g-Δρ-μ[sub L]⁴/(ρ[sub L]²-σ³); (ii) an Eotvds number, Eo=g-Δρ-d[sub p]²/σ; (iii) the liquid Reynolds number, Re[sub L] = ρ[sub L]-d[sub p]-U[sub L]/μ[sub L]; (iv) a density ratio, β[sub d]= ρ[sub p]/ ρ[sub L]; and (v) a superficial velocity ratio, β[sub u]=U[sub g]/U[sub L]. These were varied in an experimental study where four dimensionless hydrodynamic parameters were measured: (i) gas hold-up, ε[sub g]; (ii) bed expansion ratio, β[sub be]; (iii) the ratio of mean bubble diameter to particle diameter, d[sub b]/d[sub p]; and (iv) the ratio of mean bubble rise velocity to gas superficial velocity, U[sub b]/U[sub g] . This approach was validated experimentally by matching the dimensionless operating conditions from a kerosene-nitrogen-ceramic three-phase system with those in an aqueous magnesium sulphate solution-air-aluminum particle fluidized bed. There was good agreement between the gas hold-ups and bed expansion ratios in the two systems. A pilot-plant scale cold-flow co-current upwards-flowing three-phase fluidized bed column of inside diameter 292 mm was built and operated using three different liquids (tap water, an aqueous 44 mass % glycerol solution, and an aqueous 60 mass % glycerol solution), air, and cylindrical aluminum particles of diameter 4 mm and length 10 mm. The fluids and solids were carefully selected to result in dimensionless group values in the range of those of an industrial hydroprocessor. Specially built conductivity probes and pressure transducers were used to measure the hydrodynamic properties for different gas and liquid superficial velocities. Special attention was required to provide for drift and calibration when recording and analyzing data from the conductivity probes. Gas hold-ups were in the range of 5 to 20% by volume and were correlated as a function of liquid-phase Reynolds number and superficial velocity ratio. The gas hold-ups were a strong function of the velocity ratio with little influence of the liquid-phase Reynolds number. Bed expansion, in the range of 0-200%, was similarly correlated. Although bed expansion was dependent on the velocity ratio, the liquid Reynolds number had a much more significant influence. Bubble rise velocities, pierced chord lengths, and frequencies were also determined for a range of operating conditions A new approach for estimating gas hold-up based on the gas-perturbed liquid model, using calculated values of interstitial liquid velocity, was also developed. This approach gave favorable agreement with gas hold-up measurements based on pressure drops.Applied Science, Faculty ofChemical and Biological Engineering, Department ofGraduat

A thermogravimetric study of the Si-O-N system /

A thermogravimetric analyzer was used to study the Si-O-N system. Pure, polished single crystal silicon wafers were heated in the analyzer in an atmosphere of flowing high purity nitrogen or argon. The sample weight was measured continuously over specified temperature ranges. The high affinity of silicon for oxygen made it extremely difficult to form silicon nitride. Zirconium metal strips were placed near the sample to further reduce the local oxygen concentration. Silicon nitride was formed at 1250$sp circ$C with a nitrogen gas with a bulk oxygen concentration of less than 5 ppm. Two distinct modes of formation of silica (SiO$sb2$) were observed. These were active and passive oxidation. Active oxidation involved the evolution of SiO and resulted in a weight loss while passive oxidation resulted in a weight increase. Due to the formation of silicon dioxide, weight measurements were not useful in determining silicon nitride kinetics

The influence of external field on the lubricity of mineral oil for railway transport

The use of mineral oil is associated with its gradual operational degradation caused by its natural aging and contamination with various impurities. As the concentration of impurities increases, the number of active surface molecules which determine the operational properties of mineral oils decreases. A promising method of recovery of the operational properties of oils is the treatment with an electric field, which makes it possible to enhance the activity of surfactants in the tribo-contact area. This statement is proved through the improvement of the wettability of the bronze surface with mineral oils after their treatment with an electrostatic field. However, the method of electrical treatment is associated with the need to increase the requirements for the purity of liquids, especially to the presence of water, which requires creating an oil pre-treatment system. As an alternative, a method of electrical treatment with special field parameters is proposed enabling to accelerate the coalescence process. The major parameter that accelerates the coalescence process is the electric field oscillation frequency. The results of the study give grounds for choosing the optimal field parameters

The influence of external field on the lubricity of mineral oil for railway transport

The use of mineral oil is associated with its gradual operational degradation caused by its natural aging and contamination with various impurities. As the concentration of impurities increases, the number of active surface molecules which determine the operational properties of mineral oils decreases. A promising method of recovery of the operational properties of oils is the treatment with an electric field, which makes it possible to enhance the activity of surfactants in the tribo-contact area. This statement is proved through the improvement of the wettability of the bronze surface with mineral oils after their treatment with an electrostatic field. However, the method of electrical treatment is associated with the need to increase the requirements for the purity of liquids, especially to the presence of water, which requires creating an oil pre-treatment system. As an alternative, a method of electrical treatment with special field parameters is proposed enabling to accelerate the coalescence process. The major parameter that accelerates the coalescence process is the electric field oscillation frequency. The results of the study give grounds for choosing the optimal field parameters

Дослідження впливу концентрації рідкокристалічної присадки та електричного поля на фізико-хімічні властивості індустріальної оливи

Objective: The objective of the article is research into the effect of liquid crystal additive concentration and electric field on the viscosity of industrial oil, and study into influence of concentration on low-temperature properties of oil. Methods: The research and calculations were made by the methods presented in State Standards DSTU GOST 33-2003, GOST 25371-201 and GOST 20287-91. Findings: The authors obtained dependencies of change in viscosity and chilling temperature of industrial oil on liquid crystal additive concentration. Besides, they obtained dependencies of change in industrial oil viscosity treated by electric field at various concentrations of a liquid crystal additive. The study deals with the viscosity index for industrial oil with various concentrations of an additive. A range of the concentrations chosen was also substantiated. The results of the research were processed in Statistica software; regression equations which described dependencies of oil viscosity on additive concentration were obtained.Цель: Целью статьи является изучение влияния концентрации жидкокристаллической присадки и электрического поля на вязкость индустриального масла, а также исследование влияния концентрации на низкотемпературные свойства масла. Методы: Исследование и расчеты проводились по методам, описанным в государственных стандартах ГОСТ 33-2003, ГОСТ 25371-2018 и ГОСТ 20287-91. Результаты: Получены зависимости изменения вязкости и температуры застывания индустриального масла от концентрации жидкокристаллической присадки. Получена зависимость изменения вязкости индустриального масла при обработке электрическим полем, при разных концентрациях жидкокристаллической присадки. Рассчитан индекс вязкости для индустриального масла с различными концентрациями присадки. Обоснованно выбранный нами диапазон концентраций. Результаты исследований обработаны в программе Statistica, получено уравнение регрессии, описывающие зависимость вязкости масла от концентрации присадки.Мета: Метою статті є вивчення впливу концентрації рідкокристалічної присадки та електричного поля на в’язкість індустріальної оливи, а також дослідження впливу концентрації на низькотемпературні властивості оливи. Методи: Дослідження і розрахунки проводилися за методами описаними в державних стандартах ДСТУ ГОСТ 33-2003, ГОСТ 25371-2018 та ГОСТ 20287-91. Результати: Отримано залежність зміни в’язкості та температури застигання індустріальної оливи від концентрації рідкокристалічної присадки. Отримано залежність зміни в’язкості індустріальної оливи при обробці електричним полем, за різних концентрацій рідкокристалічної присадки. Розраховано індекс в’язкості для індустріальної оливи з різними концентраціями присадки. Обґрунтовано обраний нами діапазон концентрацій. Результати досліджень оброблені в програмі Statistica, отримано рівняння регресії, які описують залежність в’язкості оливи від концентрації присадки

Розробка універсальної моделі мехатронної системи з гідравлічним приводом

The growing demands to performance of mechatronic systems with a hydraulic drive of movable operating elements of self-propelled machines require application of new approaches to the process of their development and design. Functional parameters of the mechatronic systems depend on a rational choice of operating modes of the hydraulic system and the design implementation of the mechatronic modules of these systems. Quality of the mechanically driven mechatronic system is largely determined by its dynamic characteristics. In order to improve dynamic characteristics, a universal model describing dynamic and static processes occurring in the elements of the mechatronic system was proposed. The pump, the hydraulic motor, the safety valve and the working fluid are considered interrelated as a single whole. The universal model takes into account peculiarities of functioning and mutual influence of all elements of the mechatronic system as well as the features of the working fluid and can be used with any hydraulic machines of a volumetric action. The study of dynamics of the changes in functional parameters of the mechanically driven mechatronic system was carried out for four stages of its operation: acceleration of the hydraulic drive (triggering of the safety valve); valve closure; completion of acceleration and steady-state operation. The conducted studies have established that when activating the hydraulic drive of the mechatronic system from the moment of the safety valve activation and to its closure, operating conditions do not affect changes in the functional parameters. In the steady-state operation, there are fluctuations caused by unevenness of the pump feed and load fluctuations. It should also be noted that the mechatronic system with a hydraulic motor having larger working volume has better dynamic characteristics than that with smaller working volume.Возрастающие требования к производительности мехатронных систем с гидравлическим приводом активных рабочих органов самоходных машин требуют применения новых подходов в процессе их разработки и проектирования. Функциональные параметры мехатронных систем зависят от рационального выбора режимов работы гидравлической системы и конструктивного выполнения мехатронных модулей этих систем. Качество мехатронной системы с гидравлическим приводом в большей мере определяется ее динамическими характеристиками. Для улучшения динамических характеристик предложена универсальная модель, описывающая динамические и статические процессы, происходящие в элементах мехатронной системы. Насос, гидромотор, предохранительный клапан и рабочая жидкость рассмотрены во взаимосвязи, как единое целое. Универсальная модель учитывает особенности функционирования и взаимное влияние всех элементов мехатронной системы, а также особенности рабочей жидкости и может быть использована с любыми гидромашинами объемного действия. Исследование динамики изменения функциональных параметров мехатронной системы с гидравлическим приводом осуществлялось на четырех этапах работы: разгон гидропривода (срабатывание предохранительного клапана); закрытие клапана; завершение разгона; установившийся режим работы. Проведенными исследованиями установлено, что при пуске гидропривода мехатронной системы с момента срабатывания предохранительного клапана и до его закрытия условия эксплуатации не влияют на изменение функциональных параметров. При установившемся режиме работы наблюдаются пульсации, вызванные неравномерностью подачи насоса и колебаниями нагрузки. Также необходимо отметить, что мехатронная система с гидромотором, имеющим больший рабочий объем, имеет лучшие динамические характеристики, чем система с гидромотором меньшего объемаЗростаючі вимоги до продуктивності мехатронних систем з гідравлічним приводом активних робочих органів самохідних машин вимагають застосування нових підходів в процесі розробки та проектування. Функціональні параметри мехатронних систем залежать від раціонального вибору режимів роботи гідравлічної системи та конструктивного виконання мехатронних модулів цих систем. Якість мехатронної системи з гідравлічним приводом в більшій мірі визначається динамічними характеристиками. Для поліпшення динамічних характеристик запропонована універсальна модель, яка описує динамічні і статичні процеси, що відбуваються в елементах мехатронної системи. Насос, гідромотор, запобіжний клапан та робоча рідина розглянуті у взаємозв'язку, як єдине ціле. Універсальна модель враховує особливості функціонування і взаємний вплив всіх елементів мехатронної системи, а також особливості робочої рідини та може бути використана з будь-якими гідромашинами об'ємної дії. Дослідження динаміки зміни функціональних параметрів мехатронної системи з гідравлічним приводом здійснювалося на чотирьох етапах роботи: розгін гідроприводу (спрацювання запобіжного клапана); закриття клапана; завершення розгону; сталий режим роботи. Проведеними дослідженнями встановлено, що при пуску гідроприводу мехатронної системи з моменту спрацьовування запобіжного клапана і до його закриття умови експлуатації не впливають на зміну функціональних параметрів. При сталому режимі роботи спостерігаються пульсації, викликані нерівномірністю подачі насоса і коливаннями навантаження. Також необхідно відзначити, що мехатронна система з гідромотором, який має більший робочий об'єм, має кращі динамічні характеристики, ніж система з гідромотором меншого об'єм