8 - 2007

Итоги VII ежегодного конкурса на лучшую студенческую работу с использованием системы автоматизированного проектирования APM WinMachine

Сергей Розинский

В нынешнем, 2007 году прошел очередной, седьмой по счету, конкурс на лучшую студенческую работу с использованием системы автоматизированного проектирования APM WinMachine, организуемый Научно-техническим центром АПМ. Для участия в конкурсе принимались курсовые, дипломные, а также научные и инициативные работы студентов вузов и техникумов России и стран СНГ, выполненные с применением расчетных и графических модулей системы APM WinMachine.

С каждым годом конкурс становится все более масштабным и приобретает все большую популярность благодаря тому, что учебные заведения держат верный курс на внедрение в учебный процесс современных компьютерных технологий и программного обеспечения. В настоящий момент российская система автоматизированного проектирования APM WinMachine используется для проведения таких учебных курсов, как «Инженерная графика», «Сопротивление материалов», «Теоретическая механика», «Детали машин», «Строительная механика», «Теория упругости» и т.д., для выполнения курсовых и дипломных проектов учащимися, а также в ходе исследований, связанных с диссертационными работами. Более чем в 300 вузах, колледжах и техникумах самой обширной географии система APM WinMachine внедрена на различных кафедрах и факультетах. Степень оснащенности российских учебных заведений нашими программными продуктами такова, что примерно три четверти вузов технического, технологического и естественно-научного профиля используют ее в повседневной работе со студентами.

В этом году конкурс студенческих работ отличался большим разнообразием расчетно-графических работ. Среди них — дипломные проекты студентов следующих учебных заведений:

  • ГОУ СПО «Бутурлиновский механико-технологический колледж». Студент — А.С.Подлужный. Тема работы: «Исследование прочностных параметров вальцовых станков с использованием компьютерной системы САПР CAD/CAE APM WinMachine». Руководитель — преподаватель кафедры общетехнических дисциплин А.К.Вылегжанин;
  • МГТУ «МАМИ». Студент — А.В.Корнеев. Тема работы: «Автопоезд полной массой 65 т с разработкой рулевого управления и несущей системы низкорамного полуприцепа тяжеловоза». Руководитель — канд. техн. наук, доцент кафедры автомобилей В.В.Бернацкий;
  • ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет». Студент — А.В.Корж. Тема работы: «Расчет основных параметров ротора буровой установки диаметром 700 мм грузоподъемностью 250 т». Руководитель — доцент кафедры горных машин и комплексов Н.В.Савинова;
  • Казахский национальный технический университет им. К.И.Сатпаева. Студент — С.А.Шабанов. Тема работы: «Конечно-элементный расчет стойки станка-качалки ПШН-8-3-5500 с помощью системы APM WinMachine». Руководитель — канд. техн. наук, доцент кафедры теоретической и прикладной механики А.Ж.Сейдахмет.

Курсовые проекты:

  • Донецкий национальный технический университет. Студент — М.С.Мышов. Тема работы: «Проектирование коробки подач радиально-сверлильного станка модели 257 с использованием среды APM WinMachine». Руководители — ассистенты кафедр основ проектирования машин и металлорежущих станков и систем А.В.Мирошниченко и В.А.Голдобин;
  • Донецкий национальный технический университет. Студент — Ю.А.Чикаленков. Тема работы: «Расчет коробки подач токарно-винторезного станка с ЧПУ в среде APM WinMachine». Руководители — доцент кафедры основ проектирования машин В.Г.Кочергин и ассистент кафедры металлорежущих станков и систем В.А.Голдобин;
  • ГОУ ВПО «Томский государственный архитектурно-строительный университет». Студент — А.П.Сунгуров. Тема работы: «Рыхлитель на базе трактора 35 тягового класса». Руководитель — преподаватель кафедры строительных и дорожных машин В.А.Слепченко.

Заслуживающие отдельного внимания научно-исследовательские работы:

  • Донецкий национальный технический университет:

- студенты — Р.Л.Богачев, А.К.Карцев. Тема работы: «Разработка комплексной методики прочностного расчета элементов системы блока перемещения очистного комбайна в среде САПР APM WinMachine (на примере очистного комбайна УКД 300)»,

- студенты — Д.Ю.Семенюк, С.А.Пустовой, М.В.Манжура. Тема работы: «Разработка комплексной методики прочностного расчета системы привода исполнительных органов бурошнекового выемочного комплекса в среде САПР APM WinMachine»,

- студенты — М.Н.Лысенко, С.Л.Столяров. Тема работы: «Разработка комплексной методики прочностного расчета системы привода исполнительных органов очистных комбайнов в среде САПР APM WinMachine (на примере очистного комбайна УКД 300)»,

- студент — И.А.Кожевников. Тема работы: «Исследование дискретного редуктора привода гелиостата солнечной электростанции СЭС-5 с использованием пакета APM WinMachine»,

- студент — Е.С.Сергеечева. Тема работы: «Разработка комплексной методики прочностного расчета системы привода исполнительного органа установки КБВ — погружная скважинная головка — в среде САПР APM WinMachine»,

- студенты — А.Ю.Пермяков, Н.А.Колоколова. Тема работы: «Проектирование редуктора привода рабочего рольганга обжимной клети 950 стана 950/900 с использованием пакета APM WinMachine»,

- студенты — Е.Б.Гулай, Д.М.Винниченко. Тема работы: «Разработка экспериментального стенда УНЗ-4И для испытания образцов с упрочненной поверхностью с использованием САПР APM WinMachine»,

- руководители — заведующий кафедры основ проектирования машин» профессор В.Г.Нечепаев, профессор В.П.Онищенко, ассистенты В.А.Голдобин и С.В.Проскуряков;

  • ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет». Студенты — Н.В.Капанин, П.А.Морозов. Тема работы: «Поиск рационального исполнения емкостей для рабочих жидкостей». Руководитель — доцент кафедры горных машин и комплексов Н.В.Савинова;
  • Тверской государственный технический университет:

- студент — М.Ф.Карабанов. Тема работы: «Усовершенствование секции башенного крана за счет применения более технологичной конструкции кронштейна»,

- студент — Р.А.Моисеев. Тема работы: «Усовершенствование конструкции натяжного устройства для монтажа секции башенного крана»,

- руководитель — канд. техн. наук, доцент кафедры технологии и автоматизации машиностроения Ф.Х.Арсланов;

  • ГОУ ВПО «Томский государственный архитектурно-строительный университет». Студент — К.В.Бубеннов. Тема работы: «Моделирование и исследование напряженно-деформированного состояния несущих элементов металлоконструкций сваевдавливающей установки СВУ-1». Руководитель — доцент кафедры строительных и дорожных машин В.Г.Ананин;
  • ГОУ СПО «Нефтекамский машиностроительный техникум». Студент — Р.Р.Загртдинов. Тема работы: «Проверка аналитических расчетов подкрановой балки при помощи модулей APM Structure3D и APM Beam системы APM WinMachine». Руководитель — преподаватель дисциплины «Техническая механика» Ф.Ф.Файзрахманов;
  • ГОУ ВПО «Московский государственный институт электроники и математики» (Технический университет). Студент — Е.В.Матвеев. Тема работы: «Конечно-элементный анализ некоторых конструкций электронной техники в среде APM WinMachine». Руководитель — канд. техн. наук, доцент кафедры технологических систем электроники А.Н.Виноградов;
  • Башкирский государственный аграрный университет. Студент — И.А.Рафиков. Тема работы: «Исследование сошняковой группы стерневой сеялки». Руководитель — старший преподаватель кафедры сельскохозяйственных машин Э.В.Хангильдин.

Таким образом, всего на конкурс была представлена 21 работа. Хочется отметить высокий уровень подготовленности участников конкурса и достаточно грамотный подход к решению поставленных задач, многие из которых имеют практическое применение.

В состав конкурсной комиссии, оценивающей проблематику решаемых задач, сложность расчетных моделей и качество представления результатов, вошли представители профессорско-преподавательского состава ведущих вузов, а также представители промышленности (из числа пользователей системы APM WinMachine). По традиции председателем конкурсной комиссии был генеральный директор НТЦ АПМ, докт. техн. наук, профессор кафедры деталей машин МГТУ им. Н.Э.Баумана Владимир Васильевич Шелофаст.

В результате работы конкурсной комиссии было принято решение присудить одну первую, три вторые и четыре третьи премии, а также отметить пять (!) работ поощрительными призами!

Первой премии удостоена научно-исследовательская работа студентов ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» Николая Капанина и Павла Морозова по поиску рационального исполнения емкостей рабочих жидкостей циркуляционной системы буровых установок (руководитель — доцент кафедры горных машин и комплексов Н.В.Савинова). Общий вид современных конструкций емкостей представлен на рис. 1. Данная работа проводилась по техническому заданию ЗАО «Эксперт-сервис».

Рис. 1. Современные прямоугольные конструкции емкостей для рабочих жидкостей

Рис. 1. Современные прямоугольные конструкции емкостей для рабочих жидкостей

Цель данной работы — поиск рациональной конструкции емкостей для рабочих жидкостей. Главным показателем конструкции является обеспечение прочностных характеристик при уменьшении металлоемкости, а также минимизация наименований используемого сортамента (технологичность). Для ускорения процессов оптимизации задача разбивалась на четыре этапа: расчет боковой стенки, расчет дна, расчет собранного резервуара, уточнение расчета резервуара с дополнительным оборудованием.

Конструкцию резервуара можно условно разбить на две составляющие: оболочка и обрешетка. Оболочка — это конструкция из листового проката, обрешетка — пространственная конструкция из прокатного или гнутого сортамента. Подбор конструкции обрешетки начинался с исследования работы ферм одинаковых габаритов разной конфигурации, но с одинаковыми поперечными сечениями элементов, при этом толщина оболочки оставалась неизменной. Напряженно-деформированное состояние каждого варианта должно было удовлетворять следующим прочностным требованиям: s adm   =   140 МПа   ±   5% (оценка проводилась с помощью модуля прочностного анализа APM Structure3D, входящего в систему APM WinMachine). Из рассмотренных вариантов ферм для дальнейших исследований были выделены те, которые имели наименьшую массу. Далее для выбранных ферм был проведен поиск лучшего варианта поперечного сечения стержневых элементов с учетом их пространственного размещения относительно оболочки. На втором этапе по результатам проведенных исследований была построена трехмерная модель емкости для получения общей картины напряженного состояния. К вышеперечисленным нагрузкам были добавлены нагрузки от оборудования, устанавливаемого на верхней обрешетке конструкции (рис. 2). При неизменной толщине оболочки изменениям подверглись вертикальные элементы стенок и продольные горизонтальные элементы дна. Дополнительно был проведен анализ поведения конструкции при перемещении резервуара совместно с эшелоном буровой установки, при котором возможны перекосы опорных точек конструкции (рис. 3).

Рис. 2. Модель емкости и карта распределения напряжений при максимальном нагружении

Рис. 2. Модель емкости и карта распределения напряжений при максимальном нагружении

 

Рис. 3. Карта распределения перемещений при возможных перекосах емкости при транспортировке

Рис. 3. Карта распределения перемещений при возможных перекосах емкости при транспортировке

Выстроенный алгоритм исследований позволил получить конструкцию, удовлетворяющую целому набору требований:

  • занимает максимальный объем в выделенном пространстве эшелона буровой установки;
  • имеет массу 5400 кг, что менее заданной — 7000 кг;
  • коэффициент запаса прочности всей конструкции равен 1,7;
  • имеет в перечне используемого сортамента шесть позиций.

При такой последовательности исследований выполнена минимизация массы подобных конструкций на основе эксплуатационных требований. Кроме того, нужно отметить, что расчет в компьютерных инженерных средах значительно сокращает время итераций, что позволяет рассмотреть большое количество вариантов.

Вторая премия присуждена студенту Казахского национального технического университета им. К.И.Сатпаева Сергею Шабанову за работу по анализу напряженно-деформированного состояния стойки станка-качалки ПШН-8-3-5500 (рис. 4) с помощью системы APM WinMachine (руководитель — канд. техн. наук, доцент кафедры теоретической и прикладной механики А.Ж.Сейдахмет).

Рис. 4. Станок-качалка в испытательном цехе

Рис. 4. Станок-качалка в испытательном цехе

Целью работы было снижение металлоемкости стойки станка-качалки, применяемого в нефтяной промышленности для добычи нефти, путем модернизации ее конструкции. Для этого был проведен анализ напряженно-деформированного состояния исходной конструкции стойки (рис. 5) и предложены варианты модернизации. После поверочных расчетов нескольких вариантов в модуле APM Structure3D была определена новая конструкция стойки, для которой было исследовано напряженно-деформированное состояние (рис. 6), проведен расчет определения собственных частот для исключения резонансных явлений (рис. 7) и коэффициента запаса по устойчивости конструкции, а также проанализирована вынужденная динамика системы. В модуле APM Joint были рассчитаны болтовые и сварные соединения опорных ног стойки.

Рис. 5. Модель стойки станка-качалки — старый вариант

Рис. 5. Модель стойки станка-качалки — старый вариант

 

Рис. 6. Модель стойки станка-качалки — оптимизированный вариант и карта распределения напряжений

Рис. 6. Модель стойки станка-качалки — оптимизированный вариант и карта распределения напряжений

 

Рис. 7. Первые три формы собственных колебаний стойки

Рис. 7. Первые три формы собственных колебаний стойки

В результате проделанной работы достигнуто качественное улучшение конструкции, которое позволило уменьшить ее массу на 26%, при том что конструкция удовлетворяет всем основным условиям прочности, жесткости и устойчивости.

Второй премии удостоена научно-исследовательская работа, выполненная в Донецком национальном техническом университете студентами Дмитрием Семенюком, Сергеем Пустовым и Максимом Манжурой, на тему: «Разработка комплексной методики прочностного расчета системы привода исполнительных органов бурошнекового выемочного комплекса в среде САПР APM WinMachine» (руководители — заведующий кафедрой основ проектирования машин профессор В.Г.Нечепаев, ассистенты В.А.Голдобин и С.В.Проскуряков).

Основной целью данной работы является показ актуальности применения современных САПР-систем при разработке оборудования для угольной промышленности на примере проектирования редуктора привода исполнительных органов бурошнекового выемочного комплекса (рис. 8) в модулях системы APM WinMachine.

Рис. 8. Общий вид бурошнекового выемочного комплекса КБВ

Рис. 8. Общий вид бурошнекового выемочного комплекса КБВ

В работе спроектированы все элементы редуктора. Зубчатые передачи рассчитаны в модуле APM Trans, валы — в модуле APM Shaft, подшипники — в модуле APM Bear. Прочностной анализ корпусной детали проведен в модуле КЭ-анализа APM Structure3D (рис. 9). В плоском графическом редакторе APM Graph разработаны сборочные и деталировочные чертежи, а также необходимые ведомости и спецификации. Таким образом, соответствующими расчетами подтверждена работоспособность проектируемой конструкции редуктора и его элементов, а также целесообразность проведения подобного анализа в системе автоматизированного проектирования APM WinMachine.

Рис. 9. Модель корпуса редуктора и карты распределения эквивалентных напряжений

Рис. 9. Модель корпуса редуктора и карты распределения эквивалентных напряжений

Еще одна вторая премия присуждена дипломному проекту выпускника ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» Антона Коржа по расчету основных параметров ротора буровой установки диаметром 700 мм и грузоподъемностью 250 т (руководитель — доцент кафедры горных машин и комплексов Н.В.Савинова).

Целью проекта явилось проектирование механизма и металлоконструкций ротора буровой установки и конструкции подроторной рамы по техническому заданию ЗАО «Эксперт-сервис». Все технические решения подтверждены расчетами в системе инженерного анализа APM WinMachine и чертежами, выполненными в APM Graph.

Рис. 10. Общий вид буровой установки глубокого бурения

Рис. 10. Общий вид буровой установки глубокого бурения

Общий вид буровой установки показан на рис. 10. Проектирование элементов привода ротора буровой установки проводилось с помощью модуля автоматизированного проектирования приводов APM Drive. Прочностной анализ станины и стола ротора, а также подроторной рамы выполнялся с использованием модуля APM Studio — препроцессора создания 3D-моделей для КЭ-анализа и модуля APM Structure3D (рис. 11-13). Спроектированный механизм ротора и подроторной рамы позволит повысить экономию металла при ее изготовлении и снизить энергозатраты при эксплуатации буровой установки.

Рис. 11. Модель станины ротора с картами результатов

Рис. 11. Модель станины ротора с картами результатов

 

Рис. 12. Модель стола ротора с картами результатов

Рис. 12. Модель стола ротора с картами результатов

 

Рис. 13. Модель подроторной рамы с картами результатов

Рис. 13. Модель подроторной рамы с картами результатов

Третья премия присуждена выпускнику Бутурлиновского механико-технологического колледжа (Воронежская обл.) Александру Подлужному за дипломный проект по исследованию прочностных параметров вальцов вальцовых станков, применяемых на мукомольном производстве (руководитель — преподаватель А.К.Вылегжанин).

Целью данной работы было проведение исследования прочностных параметров вальцов вальцевых станков и выдача рекомендаций по их усовершенствованию для повышения производительности и продления срока службы.

Принципиальная схема вальцового станка приведена на рис. 14. Различные типы рассчитанных вальцов с результатами приведены на рис. 15. В результате проведенного в модулях системы APM WinMachine анализа были предложены новые конструкции вальцов, которые обладают повышенной жесткостью и износостойкостью, обеспечивают гораздо больший ресурс службы и тем самым снижают финансовые затраты на эксплуатацию мукомольных станков.

Рис. 14. Принципиальная схема вальцового станка

Рис. 14. Принципиальная схема вальцового станка

 

Рис. 15. Сводная таблица результатов для расчетных вариантов вальцов

Рис. 15. Сводная таблица результатов для расчетных вариантов вальцов

Третья премия присуждена студенту МГТУ «МАМИ» Андрею Корнееву за дипломный проект на тему: «Автопоезд полной массой 65 т с разработкой рулевого управления и несущей системы низкорамного полуприцепа тяжеловоза» (руководитель — канд. техн. наук, доцент кафедры автомобилей В.В.Бернацкий).

Основная цель проделанной работы заключалась в проведении прочностного анализа существующей конструкции прицепа (рис. 16) и выдачи предложений, подкрепленных поверочными расчетами, по оптимизации конструкции.

Рис. 16. Общий вид автопоезда

Рис. 16. Общий вид автопоезда

В результате было показано, что предложенная модификация прицепа удовлетворяет заявленным требованиям по допустимым напряжениям и деформациям (рис. 17), а программный комплекс APM WinMachine полностью применим для решения сложных оптимизационных задач.

Еще одна третья премия присуждена студентам Руслану Богачеву и Алексею Карцеву из Донецкого национального технического университета за научно-исследовательскую работу на тему: «Разработка комплексной методики прочностного расчета элементов системы блока перемещения очистного комбайна в среде САПР APM WinMachine (на примере очистного комбайна УКД 300)» (руководители — заведующий кафедрой основ проектирования машин профессор В.Г.Нечепаев, ассистент В.А.Голдобин). Цель работы — разработка комплексной методики проектирования сложных технических объектов на примере современных очистных комбайнов, применяемых в угольной отрасли.

Рис. 17. Расчетные модели прицепа с картами результатов по существующей и оптимизированной конструкциям

Рис. 17. Расчетные модели прицепа с картами результатов по существующей и оптимизированной конструкциям

В данной работе продемонстрирована связь между сторонними графическими редакторами и расчетными модулями системы APM WinMachine (APM Studio, APM Structure3D). Благодаря современным возможностям прочностного анализа было показано, что существующая конструкция редуктора блока перемещения имеет большие запасы прочности (рис. 18), что позволяет вести разговор о ее оптимизации, а следовательно, об улучшении технико-экономических показателей.

Рис. 18. Переданная из стороннего графического редактора трехмерная модель редуктора блока перемещения очистного комбайна и рассчитанная карта распределения напряжений

Рис. 18. Переданная из стороннего графического редактора трехмерная модель редуктора блока перемещения очистного комбайна и рассчитанная карта распределения напряжений

Последней из третьих премий была награждена работа по оценке напряженно-деформированного состояния рыхлительного оборудования трактора в различных рабочих положениях, выполненная студентом А.П.Сунгуровым из Томского государственного архитектурно-строительного университета (руководитель — преподаватель кафедры строительных и дорожных машин В.А.Слепченко).

Целью расчетных работ являлась оценка напряженно-деформированного состояния рабочих органов рыхлителя (рис. 19) для определения реальных коэффициентов запаса прочности и проверки правильности выбранного материала.

Рис. 19. Модель рыхлителя трактора, спроектированная в модуле APM Structure3D

Рис. 19. Модель рыхлителя трактора, спроектированная в модуле APM Structure3D

В результате проработанных вариантов были получены карты распределения эквивалентных напряжений и деформаций элементов рыхлителя (рис. 20), которые позволили сделать вывод о величинах коэффициентов запаса прочности, а следовательно, о правильности выполненных конструктивных решений.

Рис. 20. Карты распределения напряжений и перемещений в элементах рыхлителя

Рис. 20. Карты распределения напряжений и перемещений в элементах рыхлителя

Поскольку количество призовых мест было полностью исчерпано, в этом году принято решение учредить несколько поощрительных премий, в качестве которых будут вручаться комплекты учебно-методической литературы, изданной в НТЦ АПМ. Итак, поощрительные премии получили следующие студенты:

  • Е.В.Матвеев. Тема работы: «Конечно-элементный анализ некоторых конструкций электронной техники в среде APM WinMachine». ГОУ ВПО «Московский государственный институт электроники и математики» (Технический университет);
  • Р.Р.Загртдинов. Тема работы: «Проверка аналитических расчетов подкрановой балки при помощи модулей APM Structure3D и APM Beam системы APM WinMachine». ГОУ СПО «Нефтекамский машиностроительный техникум»;
  • М.Н.Лысенко, С.Л.Столяров. Тема работы: «Разработка комплексной методики прочностного расчета системы привода исполнительных органов очистных комбайнов в среде САПР APM WinMachine (на примере очистного комбайна УКД 300)». Донецкий национальный технический университет;
  • М.Ф.Карабанов. Тема работы: «Усовершенствование секции башенного крана за счет применения более технологичной конструкции кронштейна». Тверской государственный технический университет;
  • К.В.Бубеннов. Тема работы: «Моделирование и исследование напряженно-деформированного состояния несущих элементов металлоконструкций сваевдавливающей установки СВУ-1». ГОУ ВПО «Томский государственный архитектурно-строительный университет».

Всем участникам конкурса будут выданы памятные дипломы, а авторы и руководители работ, занявших призовые места, кроме того, получат денежные премии.

В заключение хочется отметить тот факт, что все большее число студентов учебных заведений выполняют курсовые, дипломные проекты и научно-исследовательские работы с использованием современных программных продуктов. Научно-технический центр АПМ благодарит всех студентов и их руководителей за присланные работы, желает всем творческих успехов и выражает уверенность в том, что в будущем году, когда многие студенты станут молодыми специалистами, полученные знания пригодятся им в конструкторских бюро, ну а тем, кто продолжает учебу, — при подготовке и защите выпускных работ.

Современные вычислительные средства позволяют выполнять проектно-конструкторские работы на гораздо более высоком уровне. Глубокий анализ, точность, скорость — вот параметры решений, в которых реально заинтересована промышленность. Нам очень приятно осознавать, что уровень конструкторских решений год от года растет, а система APM WinMachine становится все более качественной и востребованной.


Сергей Розинский

Сергей Розинский

Руководитель отдела продаж НТЦ АПМ.

В начало В начало

САПР и графика 8`2007