Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Технологiї в машинобудуваннi

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ КОМПЕНСАЦІЇ СИГНАЛІВ У ТЕПЛОВИХ ПРОМИСЛОВИХ ОБ’ЄКТАХ ІЗ РОЗПОДІЛЕНИМИ ПАРАМЕТРАМИ

2025-07-04T19:09:10+03:00

У статті обраний і досліджений тепловий промисловий об’єкт з розподіленими температурними параметрами. Для промислового об’єкту побудована інформаційно-геометрична модель, що базується на передавальних функціях, визначена математична модель, синтезований компенсатор перехресних зв’язків. Для формування математичної моделі об’єкту використаний і досліджений метод послідовного логарифмування практичної ідентифікації, у ході якого були розраховані коефіцієнти передач, транспортне запізнення та сталі часу кожної передавальної функції інформаційно-геометричної моделі. Використовуючи підходи матричного числення лінійної алгебри був синтезований компенсатор для трьох температурних каналів. Через велику надмірність розрахунків авторами створене і використане спеціалізоване програмне забезпечення, яке спроможне автоматично проводити практичну ідентифікацію гладких аперіодичних перехідних характеристик в тестовому он-лайн режимі і автоматично синтезувати компенсатор перехресних зв’язків у режимі реального часу. Для цього використовувався комплект цифрового перетворювача температури Einstein, який зібраний у вимірювальний канал з цифровим виходом і USB вихідним портом Авторами досліджені канали стабілізації температури в досліджуваному промисловому об’єкті з ПІД-регулятором і релейним виконавчим елементом. Здійснене математичне дослідження амплітуди і періоду автоколивань по трьом каналам управління, визначений вплив транспортного запізнення на значення амплітуди і періоду автоколивань температурних сигналів. Подальші дослідження заплановано провести з іншим типом промислових об’єктів які характеризуються іншими передавальними функціями, а саме з вібраційними високочастотними процесами. Вібрація і її похідні – вібропереміщення, віброшвидкість, віброприскорення, як і температура – є найбільш вживаними параметрами в промисловості.

ВИХІДНА ІНСТРУМЕНТАЛЬНА ПОВЕРХНЯ ДИСКОВИХ ФРЕЗ НА БАЗІ ОДНОПОЛОСНОГО ГІПЕРБОЛОЇДА ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ЗУБЧАСТИХ ЕВОЛЬВЕНТНИХ КОЛІС

2025-07-04T19:34:01+03:00

В роботі об’єктом дослідження була конструкція дискових збірних зуборізних фрез на базі твердосплавних пластин прямолінійної форми, які формують профіль колеса, що наближений до евольвенти, при чому за рахунок певної установки мінімізуються ці відхилення і такі фрези мають розрахункові відхилення, що наближають їх за точністю до фрез які мають фасонний а не прямолінійний профіль різальної кромки. В основу розрахунку таких фрез було покладено що різальна кромка повинна розташовуватись на прямолінійній твірні гіперболоїду і за рахунок цього можна отримати криволінійний профіль в осьовому перерізі, який буде мати відхилення від евольвенти в межах певного допуску. В роботі розроблено методику визначення параметрів гіперболоїду для заміни евольвентного профілю, досліджено залежність відхилення профілю від евольвенти в залежності від зовнішнього діаметра дискової фрези. За результатами розрахунків отримано, що для зменшення відхилень від евольвенти при такій заміні профілю необхідно використовувати 4 і більше ділянок гіперболоїду з різними параметрами. Розроблена конструкція таких фрез на базі пластин прямолінійної форми без використання фасонних пластин зменшує собівартість такого інструменту. Фрези запропонованої конструкції раціонально використовувати для обробки крупномодульних зубчатих коліс, де собівартість пластин специфічної фасонної форми, є суттєвою в порівнянні з пластинами прямолінійної форми, що значно знижує як експлуатаційні витрати та собівартість при обробці крупномодульних коліс.

МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ У МЕХАНІЧНОМУ РОБОТІ

2025-07-07T10:42:58+03:00

В статті розглянута практична наукова задача, яка полягає у оптимізації процесів подолання перешкод механічним роботом при русі по пересічній місцевості. Задача вирішувалась за рахунок ідентифікації, створення і аналізу математичної моделі технологічного процесу подолання перешкоди при висі на перекладині роботом за допомогою механічних важелів, з подальшим проведенням математичного та імітаційного моделювання. В статті сформовані схеми зміщення реального технологічного процесу на основі передачі електричних сигналів в електричному колі, розглянуті і проаналізовані електричні параметри математичних моделей у вигляді лінійних диференційних рівнянь першого і другого порядку, визначені недоліки, які впливають на надмірне розгойдування механічного робота, встановлені кореляції між електричними параметрами схеми заміщення і реальними механічними параметрами робота при ведені ним визначеної механічної дії при подоланні перешкод, наведені пропозиції щодо оптимізації вказаних дій і сформульовані завдання для подальших досліджень.

Натурні досліди, які були проведені на реальному механічному роботі, при виконанні ним тестової вправи, виявили наявність затухаючих коливань амплітуди з часом. Отримані дані дозволили сформувати схемо технічну модель такого технологічного процесу у вигляді послідовного електричного RLC-кола. Розгляд і аналіз диференційного рівняння, що описує поведінку параметрів в RLC-колі у вигляді диференційного рівняння другого порядку, підтвердив адекватність математичної моделі. Для усунення коливальних процесів при виконанні технологічного процесу механічним роботом, була розглянута схемо технічна модель у вигляді RL-кола. Така схемо технічна модель дозволила понизити порядок диференційного рівняння і сформувати математичну модель у вигляді лінійного диференційного рівняння першого порядку. Розв’язок такого рівняння методом варіації змінних зі знаходження аналітичних виразів для загального і частинного рішень, дозволило здійснити імітаційне моделювання технологічної дії подолання перешкоди при висі на перекладині механічного робота за допомогою механічних важелів. Імітаційне моделювання показало, що перехідний процес, при використанні такої моделі, є аперіодичним експоненціальним процесом. Це вказує на шкідливість наявності реактивного елементу С у математичній моделі і його усунення спроможне вирішити поставлену практичну наукову задачу.

Виявлення відповідності між отриманою математичною моделлю електричної схеми заміщення і загальним рівнянням механіки для поступального руху, а також параметрами цих рівнянь, дозволило надати рекомендації щодо усунення параметру С(φ) фізичний зміст якого полягає у варіації жорсткості підвісу і сильно залежить від довжини підвісу.

ВИЗНАЧЕННЯ ПЕРЕМІЩЕНЬ У ШПИНДЕЛЬНИХ ВАЛАХ ПРИ РОЗРАХУНКУ ЖОРСТКОСТІ ОПОР ЗА МОДИФІКОВАНОЮ МОДЕЛЮ ДЖОНСА-ХАРРІСА

2025-07-07T13:06:29+03:00

В роботі запропоновано модель для визначення переміщень в багато опорних шпиндельних валах на нелінійно пружних опорах. Методом початкових параметрів в матричному вигляді отримано рішення задачі у вигляді системи рівнянь, в якої крім нелінійної залежності жорсткості підшипників від діючих на них зусиль, враховано ступінчату геометрію шпиндельного валу. При розрахунку жорсткості опор застосовано багато параметричний підхід з фізично обґрунтованими характеристиками контакту елементів підшипників на базі модифікованої моделі Джонса-Харріса (MJHM).

Запропонований метод і програмне забезпечення для вирішення нелінійної крайової задачі визначення переміщень в ступінчатих багато опорних шпиндельних валах з нелінійно пружними опорами реалізовано в середовищі MATLAB. Для розрахунку жорсткості нелінійно пружних опор застосовано модифіковану модель Джонса-Харріса.

ПІДВИЩЕННЯ МІЦНОСТІ ПРИВІДНИХ ШЕСТЕРЕН БЕЗПІЛОТНИХ ЛІТАЛЬНИХ АПАРАТІВ

2025-07-08T09:09:44+03:00

Пропоновано застосування асиметричних зубчастих коліс для надійного обертання гвинтів безпілотних літальних апаратів (БПЛА) необхідно забезпечення кінематичну точність привідних шестерень, норми плавності, норми бокового зазору і одне з головних вимог це міцність зубів шестерень. Розроблені асиметричні зубчасті передачі для модернізації безпілотних літальних апаратів дозволяють підсилити вантажопідйомність для використання більш потужніших двигунів, Підвищення міцності зубів привідних шестерен дає можливість виготовляти їх з поліамідних матеріалів. Заміна спочатку використаних симетричних зубчастих коліс для зубчастих передач з асиметричними зубами дозволила використовувати потужніші та економічні двигуни без модернізації корпуса привода. Розроблені інтегровані підпрограми для порівняння симетричних та асиметричних навантажень на вигин зубів. Представлені приклади фінішної сітки та ізотропії напруги

АВТОМАТИЧНЕ КЕРУВАННЯ ТРАНСПОРТНИМИ РОБОТИЗОВАНИМИ ЗАСОБАМИ- ШАТЛАМИ В ЛОГІСТИЦІ СКЛАДІВ

2025-07-08T09:56:54+03:00

Досліджено можливість автоматичного керування транспортними роботизованими засобами-шатлами в логістиці складів з урахуванням вимог енергоефективності, шляхом розробки математичних моделей та методу керування рухом. Особлива увага приділяється дослідженню електромеханічних процесів, що відбуваються в системі керування, що забезпечують оптимальний вибір швидкості руху шатла.

Визначено умови та параметри, що впливають на рух шатлу. Приділено увагу резонансним режимам та методам ймовірності їх виникнення. Математичну модель представлено в декількох еквівалентних формах, що дає змогу вибрати найзручніший варіант для розв'язання конкретного інженерного завдання. Модель можна використати для дослідження різних режимів роботи роботизованого шатла, а також для розроблення й оптимізації систем керування, спрямованих на підвищення енергоефективності та гнучкості логістичних процесів.

СУЧАСНІ ДОСЛІДЖЕННЯ В ТЕХНОЛОГІЯХ АБРАЗИВНОЇ ОБРОБКИ ТВЕРДИХ ТА КРИХКИХ ІНСТРУМЕНТАЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ ТА ВИЗНАЧЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ ФОРМУВАННЯ ПОКАЗНИКІВ ШОРСТКОСТІ ЇХ ПОВЕРХОНЬ

2025-07-08T10:17:12+03:00

Аналіз літературних даних засвідчив, що пластичні і крихкі матеріали мають різні механізми формування стружки і, як наслідок, різні механізми утворення шорсткості обробленої поверхні. Крім того, сучасні закордонні дослідники приділяють належну увагу поліруванню твердих сплавів і якісній різальній кромці. Показано, що із збільшенням твердості твердого сплаву шорсткість його поверхні зменшується. Це підтверджено, як на одному сплаві, так і для сукупності твердих сплавів. Причому показник Rmax очікувано зменшується із зменшенням показника Ra, а ось поведінка відношення показників Rmax/Ra є неочікуваною і із підвищенням твердості твердих сплавів воно зростає. Встановлено, що при шліфуванні шаруватих пластини, у яких сполучається різальна кераміка ВОК71 та безвольфрамовий твердий сплав ТН20, на кераміці фіксується більша шорсткість. Причому і тут на більш твердій кераміці фіксується і більше відношення Rmax/Ra, як і на твердих сплавах, що свідчить про наявність на цих крихких матеріалах формування більшої кількості прихованих подряпин. Виявлено, що як тільки зерно КНБ проходить загартовану сталь і попадає на незагартовану, то дещо збільшується показник Ra, а ось показник Rmax зростає суттєво. У значній мірі це викликане саме бічними ефектами (навалами), які виникають при русі зерен у масиві м’якого матеріалу. Це підтверджується і тим, що крок нерівностей Sm залишається незмінним при переході руху зерен КНБ з загартованої частині на незагартовану.

ДОСЛІДЖЕННЯ АВТОКОЛИВАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ПРОЦЕСУ РІЗАННЯ ПРИ ТОЧІННІ

2025-07-08T10:41:14+03:00

Вібрації під час точіння суттєво впливають на якість обробленої поверхні, знижують точність обробки, прискорюють зношування інструментів та обладнання, а також підвищують витрати на механічну обробку. Крім того, вони створюють несприятливі умови праці для робітників. Різноманітність методів обробки, таких як лезове та абразивне різання, з постійним або змінним перерізом зрізу, а також з переривчастим чи безперервним різанням, ускладнює створення єдиної теорії автоколивань для процесу різання. Це також ускладнює розробку універсальних методів гасіння автоколивань, зокрема при точінні. Однак сучасні дослідження, що використовують інноваційні конструкції коливальних систем на основі різців-осциляторів, дозволяють глибше зрозуміти складну координатно зв’язану природу автоколивань у процесі різання через спрощені моделі таких систем. У дослідженні автоколивальної системи при точінні жорсткої деталі вважається, що верстат є абсолютно жорстким. Різець, маючи меншу жорсткість, виступає як осцилятор, що коливається в межах системи. Зона різання, що включає стружкоутворення та тертя, діє як регулятор, створюючи взаємний силовий зв'язок з різцем. Зворотний зв'язок між різцем і зоною різання визначає особливості коливань. У дослідженні розглядаються різні типи коливальних систем із одним і двома ступенями свободи, що дозволяє вивчати регенеративні та «чисті» коливання. Розробка таких систем дозволяє більш детально вивчати механізми збудження автоколивань та їхній вплив на процес точіння.

ШЛЯХИ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ШВИДКІСНОЇ ЗУБООБРОБКИ ЗАГАРТОВАНИХ КРУПНОМОДУЛЬНИХ ЗУБЧАСТИХ КОЛІС

2025-07-04T11:38:01+03:00

Забезпечення високих експлуатаційних характеристик загартованих крупномодульних зубчастих коліс прямо залежить від параметрів їхнього поверхневого шару. У межах цього дослідження було проаналізовано теоретичні підходи щодо формування зв’язку між характеристиками стану поверхні зубів і режимами механічної обробки. Встановлено, що зв’язок між технологічними умовами зубообробки та параметрами поверхневого шару можна описати системою аналітичних рівнянь. Ці рівняння можуть бути використані при створенні алгоритмів і програм для вибору оптимальних технологічних режимів обробки з урахуванням необхідних параметрів якості поверхневого шару, які забезпечують довговічність роботи зубчастих пар. Процес пластичного деформування матеріалу при обробці пов’язаний із геометрією ріжучого інструмента, зокрема з радіусом заокруглення його ріжучої крайки. Зміна цього радіуса впродовж обробки обумовлена умовами навантаження та характеристиками оброблюваного матеріалу. Цей вплив розглянуто з урахуванням кінематики взаємодії інструмента з деталлю, що дозволяє стабілізувати якість поверхневого шару при виготовленні зубчастих коліс.

ВПЛИВ НА ПРОДУКТИ ЕРОЗІЇ ФІЗИЧНИХ ПРОЦЕСІВ ЕЛЕКТРОЕРОЗІЙНОЇ ОБРОБКИ ДЕТАЛЕЙ ІЗ СКЛАДНОЛЕГОВАНИХ СТАЛЕЙ

2025-07-08T12:42:41+03:00

В роботі приведені основні види електроерозійної обробки матеріалів. Розглянуті основні фізичні процеси, які відбуваються при електроерозійній обробці деталей із складнолегованих сталей. Показано, що всі різновиди електроерозійної обробки металів засновані на використанні явища електричної ерозії. Вказано, що найбільший вплив на кількість утворення оксидів у продуктах ерозії мають властивості електричного розряду. Представлені дані електронно-мікроскопічних та петрографічних досліджень продуктів ерозії. Встановлено, що основними компонентами відходів є металева фаза, яка складає приблизно 62-65% та оксидна фаза – 25-28%. Запропоновано подальше ретельне дослідження продуктів ерозії задля визначення вибору відновника для відновлення металевої фази із продуктів ерозії.

ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ РЕВЕРСИВНОГО ІНЖИНІРИНГУ В МАШИНОБУДІВНІЙ ГАЛУЗІ

2025-07-08T13:02:47+03:00

Досліджено стан, динаміку та тенденції підприємств, що займаються наданням послуг у галузі технічного обслуговування, ремонту та відновлення машин. Визначено характер та особливості відмов, що призводять до втрати здатності машини виконувати своє функціональне призначення. Виділено три основні методи організації ремонтних робіт, які визначають принципи організації підприємства з ремонту та технічного обслуговування. В рамках дослідження розглянуто особливості розвитку сфери технічного обслуговування та ремонту у різних економічних регіонах, у тому числі України. У ході дослідження було проаналізовано статистичні дані функціонування підприємств технічного обслуговування та ремонту за останні 10-12 років, виявлено основні закономірності їх зміни, визначено основні фактори, що вплинули на цей процес. Встановлено, що основна частка виконуваних робіт припадає на промислове обладнання, транспортні засоби, будівельну та сільськогосподарську техніку. Причому спостерігається стабільне зростання затребуваності послуг, пов'язаних із обслуговуванням та відновленням обладнання (у середньому від 2% до 7,5% на рік, залежно від економічного розвитку країни). Особливу увагу приділено тенденціям у галузі реверсивного інжинірингу, що становить до 20% усіх ремонтних робіт. При цьому відновлення деталей найчастіше здійснюється за відсутності з різних причин конструкторсько-технологічної документації необхідної для її виготовлення, що потребує певної оснащеності та спеціалізації підприємства. Виділено основні фактори, які визначають постійно зростаючу потребу у такому вигляді послуг. Наголошено, що розвиток сучасних комп'ютерних технологій та засобів вимірювань відкривають нові можливості для розвитку підприємств, які займаються реверсивним інжинірингом.

ВПЛИВ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ФОТОПОЛІМЕРНОГО ДРУКУ НА ПОКАЗНИКИ ЯКОСТІ ДЕТАЛЕЙ

2025-07-09T08:22:11+03:00

Проведено математичний аналіз результатів експериментального дослідження відхилення розмірів базових шарів в залежності від технологічних параметрів як час експонування базових шарів, товщина базових шарів та кількість базових шарів за допомогою регресійного аналізу. В результаті дослідження надруковано 27 тестових моделей з різними технологічними параметрами для визначення впливу окремих параметрів на відхилення розмірів. В результаті аналізу визначено, що два параметри мають значний вплив на відхилення розмірів, це параметри час експонування та кількість базових шарів а один параметр ‒ товщина базового шару не має значного впливу на результат друку. Визначення впливу технологічних параметрів на показники якості моделі дозволить скоротити процес підготовки деталі до друку і оптимізувати процес друку.

УТОЧНЕНИЙ РОЗРАХУНОК ТЕМПЕРАТУРИ РІЗАННЯ ПІД ЧАС ПЕРЕРИВЧАСТОГО ШЛІФУВАННЯ

2025-07-09T08:51:04+03:00

Розроблено математичну модель визначення температури різання під час переривчастого шліфування та обгрунтування умов її зменшення з урахуванням балансу тепла, яке виділяється в процесі шліфування та надходить до стружок і оброблюваної деталі. Проведено оптимізацію геометричних параметрів переривчастих кругів за критерієм найменшої температури різання та встановлено, що за умови рівності довжин робочого виступу і вирізу переривчастого круга досягається екстремум (мінімум) температури різання. Показано, що чим більше робочих виступів на переривчастому крузі, тим меншою може бути температура різання. Розрахунками встановлено, що за цих умов температуру різання під час переривчастого шліфування можна зменшити до 3-х разів порівняно із звичайним шліфуванням суцільним кругом. Однак, для цього необхідно забезпечити повне або часткове охолодження оброблюваної деталі за період проходження зони шліфування вирізом переривчастого круга. Інакше температура різання буде значно збільшуватися у міру збільшення кількості контактів робочих виступів переривчастого круга із оброблюваним матеріалом, що може привести до перевищення температури різання, яка досягається під час шліфування суцільним кругом. Встановлено, що найбільшу продуктивність обробки за заданої температури різання в умовах переривчастого шліфування можна досягти шляхом застосування методу глибинного шліфування із відносно невеликою швидкістю деталі. Це підтверджується практичними даними, отриманими під час розрізання переривчастими кругами заготовок на частини із значними глибинами різання (30 мм і більше), за яких на оброблених поверхнях, як правило, відсутні припікання та інші температурні дефекти завдяки виникаючим незначним температурам різання, що дозволяє забезпечити високі показники якості та продуктивності обробки.

ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ЗЕРНИСТОСТІ АЛМАЗНИХ КРУГІВ НА ПОКАЗНИКИ ШЛІФУВАННЯ

2025-07-09T10:00:09+03:00

Проаналізовано результати досліджень впливу трьох варіантів алмазних кругів різної зернистості на ефективність шліфування та кінцевий результат, враховуючи різні поперечні подачі. Поверхні обирались серед важкооброблюваних матеріалів, що використовуються при виготовленні та ремонті стратегічно важливої техніки:твердого сплаву ВК6, титанового сплаву ВТ22та жароміцної дисперсійно- твердіючої високолегованої нержавіючої сталі 10Х11Н23Т3МР. Шліфування проводилося з використанням твердого змащувального матеріалу. Отримані результати дозволяють стверджувати, що правильний вибір зернистості алмазних кругів з урахуванням ТЗМ чи без нього, істотно впливає на якість та стабільність процесу шліфування важкооброблювальних матеріалів, зокрема на формування шорсткості поверхні, рівень сил різання та температурний режим.

УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДУ КОДУВАННЯ ІНФОРМАЦІЇ У QR-КОДАХ ФАРМАЦЕВТИЧНОЇ ПРОДУКЦІЇ ПРИ СОРТУВАННІ НА РОБОТИЗОВАНІЙ КОНВЕЄРНІЙ ЛІНІЇ

2025-07-09T10:43:11+03:00

У статті представлено вдосконалений метод кодування інформації у QR-кодах, розроблений для підвищення ефективності роботи роботизованими конвеєрними лініями сортування фармацевтичної продукції. Запропоноване рішення базується на використанні оператора надмірності та алгоритмів рандомної перестановки, що дозволяє зменшити кількість помилок під час зчитування, підвищити стійкість QR- кодів до механічних пошкоджень і скоротити час обробки. Проведені дослідження демонструють підвищення точності сортування на 35% та зниження частоти збоїв на 25%, що забезпечує значну оптимізацію виробничих процесів і покращення надійності автоматизованих систем.