Гірничі, будівельні, дорожні та меліоративні машини

Синтез оптимальних траєкторій переміщення вантажу стріловим краном

2025-12-09T05:18:13+02:00

У статті розглядається проблема синтезу оптимальних траєкторій переміщення вантажу баштовим краном з метою підвищення продуктивності та безпеки його роботи. Розроблено динамічну модель системи, що включає стрілу, візок і вантаж, підвішений на гнучкому канаті, з урахуванням маятникових коливань вантажу. Для визначення законів руху стріли та візка, які забезпечують задану траєкторію вантажу, розв’язано обернену задачу кінематики. Запропоновано оптимізаційний підхід, спрямований на мінімізацію тривалості транспортування вантажу за умов дотримання кінематичних і динамічних обмежень, зокрема максимальних швидкостей руху візка та обертання стріли. Для забезпечення плавності руху та зменшення динамічних навантажень застосовано методи регуляризації, які дозволяють знизити амплітуду коливань вантажу та усунути небажані зміни напрямку руху механізмів. Чисельне розв’язання задачі оптимізації виконано за допомогою модифікованого методу рою частинок (VCT-PSO), який продемонстрував ефективність у підборі оптимальних параметрів траєкторії. Проведено аналіз впливу регуляризації та довжини гнучкого підвісу на динамічні характеристики системи, зокрема амплітуду коливань, пікові зусилля та моменти, а також тривалість руху. Результати показують, що використання регуляризації значно знижує динамічні навантаження та підвищує стабільність руху, хоча й збільшує час транспортування. Скорочення довжини підвісу зменшує час руху, але може призводити до зростання амплітуди коливань. Запропоновано новий інструмент аналізу динаміки системи в координатах відхилень та різниці швидкостей, який забезпечує наочну оцінку коливального процесу та підтверджує виконання граничних умов. Отримані результати можуть бути використані для вдосконалення систем керування баштовими кранами та підвищення їхньої ефективності на будівельних майданчиках.

Огляд енергоефективних конструкцій бульдозерних відвалів

2025-12-30T02:52:58+02:00

У роботі виконано комплексне дослідження сучасних енергоефективних та адаптивних конструкцій бульдозерних відвалів, що застосовуються у транспортному будівництві, гірничій промисловості та спеціальних інженерних роботах. Розглянуто геометричні параметри відвалів, закономірності формування призми волочіння, силову взаємодію відвала з ґрунтом, а також вплив різних профілів (S-blade, SU-blade, U-blade, Σ-blade, VPAT та DSAB) на опір різанню, продуктивність і питомі енергетичні витрати.

Дослідження ґрунтується на положеннях механіки ґрунтів, моделюванні сил різання, оцінюванні об’єму ґрунтової призми волочіння, визначенні опору переміщенню та розрахунку технічної продуктивності бульдозерів з різними типами відвалів. Особливу увагу приділено інноваційним конструкціям Σ-blade та відвалам DSAB, які забезпечують зниження опору ґрунту до 15–28% та підвищення продуктивності до 45% порівняно з традиційними рішеннями.

Отримані результати підтверджують ефективність профільованих та адаптивних відвалів за рахунок оптимізації геометрії робочої поверхні та регулювання кута різання. Запропоновано інженерні рекомендації щодо впровадження адаптивних систем у сучасні бульдозери з метою зниження витрат палива, зменшення навантаження на трансмісію та підвищення енергоефективності машин.

Проектування опорних пристроїв металоконструкцій каркасів будівельних машин

2025-12-30T03:03:01+02:00

Дана стаття розкриває аспекти визначення розрахункового аналога для опорних вузлів рам металоконструкцій, які використовуються у будівельній техніці. При проведенні розрахунків рам будівельних машин під дією сил, плоскорозташованих у межах самої рами, потрібна відповідна модель опор: їх слід розглядати або як нерухомі опори з шарнірним з'єднанням, або як просторово визначувану систему.

Різниця у підході до моделювання опорних елементів спричиняє суттєві відмінності у визначенні навантажень на всю конструкцію рами. Якщо взяти до уваги одну й ту саму раму з ідентичним застосованим навантаженням, але застосувати різні схеми опирання, можна побачити, що величини максимального згинального моменту у поперечних елементах рами можуть відрізнятися приблизно на 30-35%. Співмірні розбіжності у степені завантаження спостерігаються і для поздовжніх складових рами. З цього випливає нагальна потреба у розробці критеріїв, котрі дозволять обґрунтовано обрати, який саме розрахунковий аналог найкраще відображає конструктивні особливості опорного пристрою рами, що проєктується.

Варто зазначити, що коректне визначення розрахункового еквівалента для опорних вузлів конструкції будівельної машини має суттєвий вплив на достовірність отриманих під час розрахунків даних, а також спрощує сам процес обчислень.

Аналіз нелінійних коливань у гусеничних машинах із урахуванням інерційності регулятора швидкості обертання ротора

2025-12-30T03:26:56+02:00

Робота присвячена аналізу нелінійних/стохастичних коливань, які виникають у будівельних машинах з гусеничною ходою, із урахуванням ефекту інерційності регулятора швидкості обертання їх двигунів.

У системах регулювання швидкості обертання машин, які належать до класу мехатронних систем управління рухом (МСУР), зі зростанням чутливості регуляторів неминуче виникає небезпека втрати стійкості до збудження автоколивань. Такі коливання, як показано у статті, можуть виявитись корисними, наприклад, для підвищення чутливості МСУР. У сучасних керованих будівельних машинах на гусеничній ході існує чітка тенденція до зниження моментів інерції частин, котрі обертаються, й до підвищення жорсткості статичної характеристики двигуна, що й призводить до необхідності врахування перехідних процесів у двигуні машини. Зазвичай час встановлення перехідних процесів у приводі виявляється одного порядку з постійною регулятора. У даній роботі наведені результати дослідження стійкості стаціонарного режиму обертання й характеру автоколивань поза межами стійкості (у області динамічного хаосу). Виявлені й досліджені у роботі стохастичні коливання/автоколивання можуть бути більш ефективними для цілей підвищення чутливості МСУР, ніж традиційні, котрі застосовуються для цього, періодичні автоколивання, оскільки останні часто призводять до небажаних резонансних ефектів. У деяких технологічних та випробувальних будівельних машинах гусеничного типу корисно використовувати саме стохастичні автоколивання у якості робочих процесів.

Вдосконалення роботизованої платформи Niryo One за рахунок оптимізації режимів роботи приводу. Частина ІІ

2025-12-09T05:36:50+02:00

В роботі розглянуто питання вдосконалення роботизованої платформи Niryo One шляхом оптимізації режимів роботи приводу маніпуля-тора. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю підвищення ефективності та точності роботи робототехнічних систем у промислових і дослідницьких застосуваннях. У другій частині дослідження представлено розробку математичної моделі динаміки маніпулятора, яка враховує особливості конструкції та параметри платформи Niryo One. На основі побудованої моделі проведено оптимізацію траєкторій руху маніпулятора з використанням методу послідовного квадратичного програмування (SLSQP – Sequential Least Squares Programming). Оптимізація спрямована на міні-мізацію енергоспоживання та часу виконання завдань при дотриманні обмежень на динамічні характеристики системи.
Запропонований підхід до визначення оптимальних режимів руху базується на чисельних методах нелінійного програмування. В результаті оптимізації отримано траєкторії, що забез-печують зниження навантаження на приводи та підвищення плавності руху порівняно з типовими режимами, реалізованими в стандартному програмному забезпеченні платформи. Проведено порівняльний аналіз оптимальних і типових режимів руху за критеріями енергоефективності та динаміки роботи.
Отримані результати можуть бути використані для модернізації існуючих та розробки нових алгоритмів керування двомасовими робото-технічними системами, а також для підвищення надійності та ресурсу роботи. Перспективи подальших досліджень пов’язані з адаптацією розробленого методу для маніпуляторів з іншими кінематичними схемами та в умовах змінних зовнішніх навантажень.

Працездатність абразивних армованих кругів

2025-12-09T05:52:53+02:00

У статті розглянуто питання підвищення працездатності абразивних армованих кругів, що застосовуються у процесах різання та шліфування металів і будівельних матеріалів. Виконано аналіз конструктивних особливостей кругів із гладкими та шорсткими бічними поверхнями та досліджено їх вплив на ефективність різання, теплові процеси й безпечність роботи. Запропоновано фізичні моделі, що пояснюють причини заклинювання інструменту під час різання металопрокату, з урахуванням пружних деформацій матеріалу та дії сил врізування. Показано, що використання кругів із шорсткими бічними поверхнями забезпечує мікрорізання виступаючими абразивними зернами, зменшує тертя, покращує тепловідведення й підвищує якість обробленої поверхні. Встановлено, що такі круги характеризуються більшою зносостійкістю (на 20–30%), зниженою вірогідністю заклинювання та підвищеною безпекою експлуатації порівняно з традиційними кругами з гладкими поверхнями. Практичне значення отриманих результатів полягає у можливості їх використання для вдосконалення конструкції абразивного інструменту та підвищення продуктивності й надійності процесів різання в металургії, будівництві та машинобудуванні.

Визначення реологічних параметрів системи «шина–дорога»

2025-12-09T06:19:10+02:00

Ефективність і безпека сучасних колісних транспортних засобів значною мірою визначаються надійною взаємодією пневматичних шин з опорною дорожньою або ґрунтовою поверхнею за різних режимів навантаження. Ця взаємодія формується під впливом складного поєднання пружних, в’язких і пластичних деформаційних процесів, що відбуваються як у конструкції шини, так і в опорному шарі поверхні контакту. Для точного опису цих процесів необхідні розробка та застосування вдосконалених реологічних моделей, здатних відтворювати нелінійну та часозалежну поведінку матеріалів шини.

У роботі запропоновано аналітичні та експериментальні методики визначення реологічних параметрів пневматичних шин, включаючи жорсткість, модуль деформації, коефіцієнт в’язкого опору та характеристики внутрішнього тертя. Методи базуються на аналізі статичної та динамічної поведінки деформацій шини, а також на дослідженні просторового розподілу контактних напружень у зоні взаємодії шини з опорною поверхнею. Підхід дозволяє враховувати вплив різного рівня навантаження та внутрішнього тиску повітря на механічну реакцію шини.

Отримані реологічні параметри створюють основу для побудови числових моделей системи «шина–дорога», що забезпечує точне прогнозування контактних напружень, закономірностей деформування та динамічних навантажень під час експлуатації транспортних засобів. Запропоновані методики зменшують експериментальну складність та підвищують точність визначення параметрів, маючи практичне значення для конструкції шин, оптимізації динаміки руху та інженерії транспорту.

Теоретичне дослідження параметрів вертикальної роторної дробарки

2025-12-30T02:42:05+02:00

Камінь є одним із найпоширеніших та найважливіших природних ресурсів, який активно використовується в різних сферах діяльності. Витрати енергії на робочі процеси машин для виробництва будівельних матеріалів можуть бути значними. Крім того, постійні витрати на технічне обслуговування, запасні частини та електроенергію також накладають додаткове фінансове навантаження на компанії, що виробляють будівельні матеріали. Враховуючи ці фактори, питання оптимізації та вдосконалення таких машин є надзвичайно важливим. Підвищення їхньої ефективності та зниження витрат енергії значно знизить собівартість виробництва будівельних матеріалів, а також зменшить навантаження на навколишнє середовище.

Вертикальна роторна дробарка належить до класу відцентрових ударних машин і працює за принципом руйнування матеріалу шляхом вільного удару в полі дії відцентрових сил. У таких дробарках одночасно реалізовано кілька механізмів руйнування. Взаємодія цих механізмів забезпечує дуже високу швидкість дроблення та отримання високоякісного продукту. Важливою перевагою таких дробарок є те, що вони ефективно працюють при високих швидкостях обертання ротора. Збільшення лінійної швидкості потоку ротора посилює ударний ефект, що дозволяє руйнувати навіть дуже міцні матеріали з відносно низькими енерговитратами. Водночас робота за принципом вільного удару забезпечує рівномірний вплив на кожну частинку, що дозволяє уникнути надмірного подрібнення та зменшує кількість пилової фракції.

У статті розглядається критична швидкість частинки матеріалу при її виході з ротора. Проаналізовано рівняння руху частинки. Досліджено вплив фізико-механічних властивостей матеріалу на критичну швидкість виходу частинок. Розглянуто залежності для визначення продуктивності та потужності роторної дробарки.

Визначення оптимальної середньої швидкості руху рідини в перерізах збірного дренажного трубопроводу змінного діаметра

2025-12-09T05:02:46+02:00

Аналіз умов роботи напірних збірних дренажних трубопроводів показав, що в якості останніх в основному розглядають трубопроводи постійного поперечного перерізу за своєю довжиною, які працюють зі змінною витратою. При цьому на початкових ділянках труб мають місце невеликі (менше допустимих) середні швидкості руху основного потоку, що часто призводить до осідання і накопичення в початкових перерізах значної кількості частинок навколишнього ґрунту. В кінцевих перерізах середня швидкість потоку набуває завищених значень, що спричиняє підвищення втрат напору. Таким чином, задача визначення оптимального значення середньої швидкості руху рідини в перерізах за довжиною збірного трубопроводу є актуальною.

Враховуючи викладене, метою даної роботи є розробка методики розрахунку величини оптимальної середньої швидкості руху рідини в перерізах за довжиною напірних збірних дренажних трубопроводів змінного поперечного перерізу (такого, що збільшується).

В даній роботі на основі безрозмірного аналізу системи диференційних рівнянь, що описують рух рідини зі змінною витратою у збірних напірних дренажних трубопроводах змінного (такого, що збільшується) за довжиною перерізу, розроблена методика розрахунку оптимальної середньої швидкості руху рідини в перерізах трубопроводу. При аналізі в диференційному рівнянні змінної витрати другим членом, який враховує втрати напору, що пов’язані з впливом ефекту приєднання рідини вздовж шляху на загальні втрати напору у всьому трубопроводі, знехтувано, що практично не впливає на кінцеві результати розрахунків. При розгляді використано поняття умовного нескінченно довгого збірного трубопроводу або трубопроводу обмеженої довжини, що має нескінченну просякненість поверхні бічних стінок. Основними параметрами, які визначають характер зміни витрати вздовж збірного дренажного трубопроводу, прийнято коефіцієнт опору збірника ζ_lзб і узагальнений параметр збірної дрени А_зб, який враховує її конструктивні і фільтраційні характеристики.

У результаті дослідження отримано просту та зручну методику визначення максимальної середньої швидкості у кінцевому перерізі напірного збірного дренажного трубопроводу, що враховує змінність діаметра та нерівномірність притоку за довжиною.

Модульність систем комплектуючих та матеріали для їх виготовлення і використання механіки 3D-принтера для плазмового різання

2025-12-30T03:47:02+02:00

. За останні роки поширення технологій 3D-друку набуло, і на сьогодні продовжує набувати, все більшого застосування. Безумовно, в майбутньому нас очікує масштабне поширення адитивних методик, але практичне застосування 3D-друку доступно кожному вже сьогодні.

Автори у даній статті розглядають можливі варіанти реалізації системи модульного кріплення хотенда для 3D-принтера. Розглядають можливі його варіанти та його переваги порівняно з традиційним кріпленням хотенда які існують на сьогодні. Виконують тестування такої системи кріплення на створеному експериментальному стенді з механікою 3D-принтера.

Підчас постійної експлуатації 3D-принтера частіше за все приходиться виконувати чистку хотенда що зумовлює постійно зупиняти роботу принтера на певний час. Також може бути необхідність заміни діаметра сопла у самому екструдері. Інколи також є необхідність швидко змінювати різні типи пластику. Таке модульне кріплення на думку авторів може пришвидшити процес обслуговування хотенда. В майбутньому у якості матеріалу для виготовлення корпусу такого кріплення пропонують варіанти славу на основі алюмінію. Такий матеріал має достатню міцність та невелику вагу що є важливим для механіки принтера.

На основі такої модульної системи кріплення автори розглядають можливість підключення на механіку принтера також інших робочих пристрої. Серед них пропонується розробити робочий орган на основі плазмотрона. Для такого варіанту плазмотрона пропонують побудувати його за схемою плазмового струменю. При такій будові електрична дуга запалює плазму у середині плазмотрона і через тонке сопло виходить стійкий плазмовий промінь. Механіка принтера дозволить виконувати чіткий та рівний різ матеріалу, що на думку авторів дозволить здійснювати різ металу та їх сплавів невеликої товщини. У майбутньому таке застосування плазмотрона на механіці 3D-принтера ще потребує експериментальних випробувань