Струйнные и кавитационные устройства для построения энергоэффективных мехатронных систем в машиностроении

В работе разработан принципиально новый подход к выбору основных параметров регулируемых сферических опор жидкостного трения пространственных механизмов с применением методов Монте-Карло. Предложено струйную систему регулировки положения сферы путем изменения гидродинамического сопротивления потока на выходе щели гидростатической, аэростатической или комбинированной аэро-гидростатической сферической опоры. Регулировка осуществляется пристенными струями жидкости или газа, которые формируются в расположенных на периферии щели малоразмерных соплах с криволинейными каналами, объединенными в специальный коллектор с системой пространственных криволинейных разветвленных гидравлических коммуникаций. На основе теоретических разработок и комплекса экспериментальных исследований сформулированы набор исходных данных для проектирования сферических опор жидкостного трения пространственных механизмов со струйной регулировкой положения сферы. Осуществлено научное обоснование выбора геометрических и эксплуатационных параметров опоры, сформулированы требования к технологии изготовления, рекомендации по регулированию опоры и разработки мехатронных системы управления и ее алгоритмического обеспечения. Разработана техническая документация и изготовлены ряд вариантов регулируемых сферических опор жидкостного трения. В результате проведения опытно-конструкторских работ разработаны рекомендации по проектированию сферических опор жидкостного трения для пространственных механизмов.

На основе разработанной математической модели и проведенного аналитического исследования выявлены особенности возникновения и существования кавитационных зон при работе трубчатого кавитатора, возбуждаемого на нулевой моде колебаний. Адекватность полученных результатов подтверждена экспериментальными исследованиями. Разработана методика инженерного расчета трубчатых проточных кавитационных камер, которая обеспечивает их высокую интенсивность и долговечность за счет создания зон с минимальной интенсивностью кавитации на излучающей поверхности трубчатого кавитатора и зон максимальной интенсивности кавитации в фокальной области кавитатора. По результатам теоретических и экспериментальных исследований выяснены возможности достижения большой концентрации ультразвука в жидкости при обеспечении долговечности излучающей поверхности и причины их ограничения. По результатам проведенных исследований сформулированы основные требования к ультразвуковому технологическому кавитационному оборудованию для обработки жидких сред и показаны пути их реализации. Показана высокая эффективность разработанного ультразвукового кавитационного оборудования на примере технологического процесса инактивации и дезинтеграции микроорганизмов в жидких средах.