Гірничі, будівельні, дорожні та меліоративні машини

Результати експериментальних досліджень різання ґрунтів просторово орієнтованими ножами відвального обладнання

Володимир Рашківський — 2025-05-08

Для проведення експериментальних досліджень процесу різання робочого середовища просторово орієнтованими ножами відвального обладнання, доопрацьовано динамометричний стенд реєстрації силового навантаження авторської конструкції КНУБА, що дозволило провести повноцінні експериментальні дослідження з врахуванням всіх чинних факторів взаємодії робочого середовища та робочого органу під час різання. В якості робочого середовища запропоновано використання ґрунтів III, IV, та V категорії. В результаті проведених досліджень для динамометричного стенда реєстрації силового навантаження при дослідженні процесу різання просторово орієнтованим ножем аналітично визначено сили різання при різних кутах α її відхилення, які виконують роботу по руйнуванню і подоланню опору ґрунту різанню. За результатами теоретичних досліджень встановлено, що межі сили різання, визначеної для натуральної установки з просторово орієнтованими ножами та для лабораторного стенду, однакові, а характер їх зміни також подібний і пов’язаний між собою коефіцієнтом подібності. З метою перевірки адекватності теоретичних розрахунків на динамометричному стенді проведено експериментальні дослідження різання робочого середовища. При проведенні експериментальних досліджень одночасно проводилось вимірювання нормальних та ортогональних зусиль, які виконують роботу з руйнування і подолання опору ґрунту різанню. Проведені експериментальні дослідження в повній мірі підтверджують адекватність теоретичних розрахунків, а порівняння теоретичних та експериментальних результатів визначення сили різання показало їх достатню збіжність і, відповідно, правомірність використання аналітичних виразів при розрахунку силових параметрів машин з просторово орієнтованими ножами відвального обладнання. Величини сили різання, що виконують роботу по руйнуванню і подоланню опору ґрунту різанню, що визначались теоретичним шляхом із врахуванням коефіцієнтів подібності, використаних при фізичному моделюванні для наведеного лабораторного стенда реєстрації сил різання просторово орієнтованими ножами відвального обладнання, порівняно з результатами сили різання, визначених експериментальним шляхом на даному стенді. Максимальне значення похибки визначення сили різання теоретичним та експериментальним шляхом на лабораторному стенді реєстрації сил різання просторово орієнтованими ножами відвального обладнання становить Δ_δ=10,06%.

Використання машин з дисковим робочим органом для різання високоміцних будівельних матеріалів в умовах виробничих та будівельних майданчиків

Костянтин Почка — 2025-04-02

На сучасному етапі розвитку обробки твердих матеріалів наука різання матеріалів інтенсивно розвивається у таких кардинальних напрямках, як пошук нових ефективних інструментальних матеріалів; поглиблене вивчення фізики різання; підвищення якості утворених поверхонь разом із потребою інтенсифікації робочих режимів, зокрема, швидкості різання; створення нових ефективних змащувально-охолоджувальних середовищ; дослідження та систематизація досвіду оброблюваності найновіших конструкційних матеріалів – високоміцних і жаростійких сталей і сплавів, синтетичних матеріалів із різноманітними властивостями, вогнетривких матеріалів, графіту і вуглепластиків, деталей з твердих сплавів всіх марок, армованих скловолокном пластмас, різних напівпровідникових матеріалів оздоблюваних матеріалів і виробів з природного каменю; розроблення технічних нормативів на усі відомі види оброблення різанням; оптимізація операцій різання на автоматизованому обладнанні, зокрема на верстатах з ЧПУ та в умовах гнучких автоматизованих виробництв.

Різання природних та штучних кам'яних матеріалів є операцією, у процесі виконання якої підлягає обробленню широка гамма матеріалів з різними фізико-механічними властивостями.

Експериментальне дослідження стабілізації положення пристрою для переміщення малогабаритних вантажів

Юрій Ромасевич — 2025-04-02

Для підтвердження застосовності теоретичного методу синтезу оптимального керування рухом пристрою для транспортування малогабаритних вантажів постає питання проведення експериментального дослідження такого керування на практиці. В даній роботі описано методику проведення експериментального дослідження процесу стабілізації положення пристрою для транспортування малогабаритних вантажів та методи оцінки якості такої стабілізації.

Очікуваним результатом було отримати експериментальні дані перевірки якості розробленого керування для 11 наборів коефіцієнтів ПІД-регулятора. Надалі з них обрано коефіцієнти регулятора, які найкраще себе показали в процесі стабілізації положення пристрою. Також отримано експериментальні дані роботи пристрою з мінімальною похибкою при порівнянні з теоретичними даними.

При проведенні експериментального дослідження використано фізичну модель двоколісного пристрою для транспортування малогабаритних вантажів. Було перевірено якість реалізації регулювання положення пристрою на одинадцяти наборах коефіцієнтів ПІД-регулятора. Зібрано масиви експериментальних даних роботи пристрою, проведено порівняння з теоретичними даними та проведено оцінку якості процесу стабілізації положення пристрою.

При співставленні теоретичних і експериментальних даних отримано показники максимальних та середньоквадратичних похибок кута нахилу пристрою, показники похибок максимальної та середньоквадратичної кутової швидкості нахилу пристрою. Декремент згасання коливань знаходився в межах 0,25…2,11. Серед усіх розв’язків обрано найкращим з практичної точки зору є результат набору наступних коефіцієнтів ПІД-регулятора: пропрорційний k₁=-2,112, інтегральний k₂=-1,756, диференціальний k₃=-1,38·10^-7. Цей результат відповідає найбільшому декременту згасання коливань (λ=2,11). Отриманий результат дав підстави вважати методику синтезу оптимального керування дієвою, а задачу експериментальної перевірки виконаною.

Техніко-економічне обґрунтування вибору моделі річстакера

Сергій Лисак — 2025-05-09

У роботі розглянуто підхід до вибору оптимальної моделі річстакера для контейнерних терміналів на основі техніко-економічних показників. Проаналізовано технічні характеристики ряду моделей провідних світових виробників перевантажувальної техніки. Запропоновано методику визначення технічної та експлуатаційної продуктивності річстакерів за відсутності повних даних від виробника. Визначено п’ять ключових критеріїв ефективності: питома потужність, енергонасиченість, економічність, вартісна потужність та вартісна маса. На основі ранжування моделей за кожним критерієм та підрахунку підсумкового балу обґрунтовано вибір найефективнішої моделі.

Результати проведеного дослідження можуть бути застосовані під час формування технічних вимог і специфікацій при закупівлі перевантажувальної техніки, а також слугувати аналітичною основою для обґрунтованого прийняття управлінських рішень у сфері розвитку логістичної інфраструктури та модернізації вантажних терміналів і портів.

Методи вдосконалення освітньої роботизованої платформи Nyrio One. Частина І

Євген Міщук — 2025-05-09

Останнім часом освітня робототехніка зазнала стрімкого розвитку, що пов'язано з інтеграцією таких технологій у систему освіти, зокрема, необхідністю підготовки нового покоління фахівців, здатних проектувати, програмувати та експлуатувати роботів і маніпуляторів. Підходи до навчання інженерів-робототехників вимагають не лише теоретичної підготовки, але й практичного опанування принципів проектування, програмування та взаємодії з реальними технічними об'єктами. У зв'язку з цим особлива увага приділяється створенню роботизованих платформ, призначених для освітніх застосувань. Такі платформи зазвичай розробляються з урахуванням доступності, модульності, простоти використання та універсальності в різних навчальних середовищах. Одним із прикладів таких платформ є освітня робототехнічна система Nyrio One.

Nyrio One — це робот-маніпулятор з відкритою архітектурою, який має компактний дизайн та відносно просте в модифікації рішення, що дозволяє студентам та викладачам отримати практичний досвід у галузі мобільної робототехніки. Архітектура Nyrio One містить такі стандартні компоненти: датчики положення, виконавчі механізми, мікроконтролер та мікрокомп'ютер, а також базове програмне забезпечення, яке забезпечує основні завдання навігації, реагування на зовнішнє середовище та взаємодію з користувачем.

У цій роботі розглянуто можливості модернізації механічної системи робота, зокрема, досліджено навантаження в механізмі приводу руки робота та показано конструкцію циклоїдального редуктора, який було розроблено для даного робота.

Аналіз досліджень стаціонарних баштових кранів при вітрових навантаженнях

Євгеній Горбатюк — 2025-04-02

Навантажувально-розвантажува-льні роботи є невід’ємною складовою технологічного процесу будівництва. Для виконання цих робіт здебільшого застосовують крани різних типів.

В сучасному промисловому та цивільному будівництві широко застосовуються баштові крани стаціонарного типу, які використовуються при спорудженні різних типів споруд та будівель.

На будівництвах різних країн сьогодні використовують понад 200 тис. баштових кранів.

Під час використання баштових кранів особливу увагу необхідно приділяти їх експлуатації в несприятливих умовах, тому такі системи є механізмами підвищеної небезпеки.

Одним із важливих факторів несприятливих умов при повномасштабному російському вторгненні в Україну стали ударні хвилі, які виникають в результаті ракетних ударів. Ці ударні хвилі спричиняють, в свою чергу, повітряний тиск та коливання на земній поверхні та зумовлюють певну сейсмічність.

Для забезпечення безаварійної роботи і підвищення надійності баштових кранів при розрахунках конструкцій і комплектуючих елементів їх робочого обладнання важливо враховувати динамічні навантаження, які в декілька разів перевищують статичні навантаження.

Забезпечення стійкості стаціонарних баштових кранів, особливо в умовах воєнного стану, є одним із важливих теоретичних і практичних завдань. Найважливішим аспектом вирішення цього завдання є забезпечення стійкості за умов повітряних ударних хвиль.

Експериментальне дослідження оптимального режиму розгону поворотно-поворотного механізму баштового крана

Юрій Ромасевич — 2025-04-02

Під час будівництва баштові крани відіграють важливе значення. Вони призначені для переміщення вантажу і щоб таке переміщення виконувалось із максимальною продуктивністю важливо мінімізувати коливання вантажу на перехідних режимах руху (при гальмуванні або розгоні) за найкоротший час. Метою статті є перевірка розрахованих теоретичних даних шляхом стосовно оптимального за швидкодією керування механізмом повороту лабораторної установки баштового крана. Проведено розрахунок тривалостей окремих етапів розгону стрілової системи із змінними параметрами – масою вантажу, вильотом стріли, довжини гнучкого підвісу вантажу, які були незалежними факторами дослідження. Загалом було проведено 12 експериментів. Для проведення експериментів використано лабораторну установку баштового крана, на яку встановлено обладнання по визначенню характеру змін маятникових коливань вантажу та повороту стріли. Масив даних, який отримано під час виконання експериментальних досліджень, було проаналізовано виходячи із чисельних значень відхилення теоретичних даних від експериментальних (кількісний аналіз) та за графічними залежностями (якісний аналіз). У результаті отримано, що експериментальні дослідження підтверджують тезу стосовно достатньо якісного (з точки зору практичної реалізації результатів) реалізації оптимальної за швидкодією керування механізмом повороту стріли крана.

Інтегровані моделі прогнозування надійності прийняття рішень системи діагностики технічного стану будівель

Євгеній Горбатюк — 2025-05-08

Елементи та конструкції будівель відрізняються різним ступенем складності і невизначеності технічного стану, а також значною кількістю чинників, що призводять до їх фізичного зносу, деформацій, дефектів та пошкоджень. Інформація про дефекти будівлі має бути представлена у вигляді результатів обстеження та діагностики. Визначення зв’язку між дефектами та причинами їх появи, прогнозування наслідків цих дефектів на подальший технічний стан об’єкту є багатофакторним завданням, тому потребує детального вивчення.

Дане дослідження висвітлює питання, що пов’язані з методами обстеження та аналізу причин виявлення пошкоджень діагностики технічного стану будівель і споруд. Отримало подальший розвиток інформаційна технологія системи підтримки прийняття рішень, яка базується на потужних щодо інтелектуалізації аналітичних засобах, які дозволяють експертам приймати більш правдоподібні оцінки та управлінські рішення.

Проведені дослідження дозволяють запропонувати підхід до вирішення завдання вибору тієї чи іншої моделі, що описує зміну динаміки виміряних даних внаслідок старіння та зносу конструкцій, дозволяє обґрунтовано вибирати ступінь складності моделі, що забезпечує найвищу точність прогнозу з моменту настання пошкодженого стану.

Структурне моделювання демпферної системи методом графів зв’язку

Валерій Яковенко — 2025-05-08

Побудова та аналіз систем управління зручно здійснювати в просторі вектора стану х тому що сучасна теорія віброзахисних систем базується на понятті простору стану. У системах віброзахисту використовуються не тільки механічні, а й інші електронні, термічні, гідравлічні методи перетворення енергії: майже завжди такі перетворення здійснюються на одному об’єкті. Завдяки цим обставинам поняття стану вимагає розширення й уживання такої множини змінні стани, щоб його елементи були універсально пристосовані до вживання в різноманітних випадках. Таким чином, в основу цього підходу покладені топологічні подання про безперервність зміни й перетворення енергії. Ця концепція найбільш сучасна й покладена в основу спеціальної мови моделювання методами графів зв'язку. Роль адаптивних демпферів, які можуть змінювати свої характеристики є значною в сучасному машинобудуванні та будівництві. В свою чергу графова модель дозволяє швидко змінювати структуру демпфер та досліджувати вплив параметрів на динаміку системи. Метод мови графів зв’язку дозволяє отримати матричні рівняння систем віброзахисту в просторі станів, у вигляді рівнянь стану і спостереження. Такий підхід дає можливість розглядати безліч різних видів віброзахисних систем з динамічним демпфером, у тому числі в нелінійній постановці, а також з керованими характеристиками рідинного елемента. В роботі розглянуто моделювання системи віброзахисту, які мають динамічний гаситель коливань. Сформульовано основні допущення необхідні для побудови віброзахисної системи з динамічним гасителем коливань. Виведені нелінійні функції інертності і опору, які забезпечать можливість моделювання описаних особливостей внутрішнього руху рідини в . Побудовано граф зв'язку для нелінійної постановки задачі. Складено рівняння стану та рівняння спостереження.

Розробка узагальненого лінійно-квадратичного нейрорегулятора системи „кран-вантаж”. Частина 2

Юрій Ромасевич — 2025-04-02

У другій частині статті представлено механізм навчання штучної нейронної мережі (ШНМ) структура якої була розроблена у попередньому дослідженні. Значний обсяг навчальних даних (85451 навчальних пар), величина пакету навчання (2000), кількість раундів навчання (500000), а також глибина ШНМ дозволили отримати досить низьку похибку навчання (1,52·10^-6) та валідації (1,99·10^-6). Крім того, майже на всій тестовій вибірці ШНМ також показала досить якісне передбачення коефіцієнтів оптимального регулятора. Для цього були розраховані максимальні та середньоквадратичні похибки прогнозування.

Однак, окремі значення похибок прогнозування коефіцієнтів поставили під сумнів якість оптимального регулювання руху системи. Для того, щоб оцінити цю якість було вивчено найгірший у сенсі похибки прогнозування результат. Це дозволило встановити, що відхилення величин коефіцієнтів (максимально на 7,86%) не спричиняє значного відхилення динаміки руху системи „кран-вантаж” від того, що отримано за допомогою оптимальних коефіцієнтів лінійно-квадратичного регулятора. Для цього побудовано та проаналізовано графічні залежності фазового портрету маятникових коливань вантажу, функції керування, рушійного зусилля та швидкості руху крана.

У статті відмічена одна із переваг отриманої ШНМ – швидкодія отримання оптимального керування. Вона випливає із того, що доступ до ШНМ потребує значно менших обчислювальних ресурсів, аніж ті, що потрібні для розв’язання рівнянь Ріккаті.

У заключній частині статті наведено рекомендації стосовно реалізації отриманих результатів на практиці. Вони полягають у тому, що на вхід ШНМ передають вхідний вектор, що містить нормовані значення маси вантажу, довжини гнучкого підвісу та коефіцієнта ваги керування. Це дозоляє отримати прогнозні значення коефіцієнтів оптимального регулятора. У подальшому їх використовують для відшукування оптимальної стратегії керування. Остання, в свою чергу, реалізується засобами керованих електроприводних механізмів крана.