Preview

НАУКА и ТЕХНИКА

Расширенный поиск

«Наука и техника» - это международный научно-технический журнал, в котором публикуются статьи и обзоры по сериям:

1. Машиностроение
2. Строительство
3. Электронные системы
4. Энергетические комплексы
5. Естественные науки
6. Экономика промышленности

Журнал публикует оригинальные научные статьи на русском и английском языках авторов как из Беларуси, так и из других стран.

ISSN: 2227-1031 (Print)
ISSN: 2414-0392 (Online)

 

 

 

 

 

 

Текущий выпуск

Том 20, № 4 (2021)
Скачать выпуск PDF

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ 

279-286 27
Аннотация

Электролитно-плазменная обработка (ЭПО) получила широкое распространение в промышленности в качестве альтернативы традиционным химическим, электрохимическим и механическим методам повышения качества поверхности изделий из металлических материалов. Преимуществами ЭПО являются высокая интенсивность сглаживания микронеровностей, применение в качестве электролитов растворов солей низкой концентрации, возможность обработки изделий сложной формы. Основной недостаток метода – высокая энергоемкость, поэтому его можно отнести к энергоемкому производству. Для снижения энергоемкости и повышения эффективности процесса ЭПО металлических материалов при сохранении его высокой интенсивности, качества обработки и экологической безопасности предлагается принципиально новый импульсный метод (импульсная ЭПО), совмещающий преимущества как электрохимической обработки, так и ЭПО. Метод реализуется за счет совмещения в пределах одного импульса миллисекундной длительности двух чередующихся стадий: электрохимической и электролитно-плазменной. Высокая эффективность разработанного метода достигается за счет основного интенсивного съема металла при реализации электрохимической стадии с большой плотностью тока и оптимизации продолжительности электролитно-плазменной стадии, при которой обеспечивается высокое качество поверхности. Уменьшение периода следования импульсов при снижении их длительности позволяет увеличить электрохимическую составляющую процесса и обеспечить более интенсивный съем металла, удалить значительные неровности поверхности. Увеличение периода следования импульсов при одновременном повышении их длительности позволяет увеличить электролитно-плазменную составляющую процесса и достигнуть низкой шероховатости при общем снижении энергоемкости процесса. В результате выполнения работы исследовано влияние импульсных характеристик разработанного процесса, концентрации и температуры электролита на плотность тока и длительность электрохимической и электролитно-плазменной стадий, произведен сравнительный анализ эффективности использования импульсного процесса ЭПО вместо традиционного процесса на постоянном напряжении. Установлено, что скорость съема металла в данном импульсном процессе более чем в пять раз превышает скорость съема в процессе, основанном на применении постоянного напряжения, и составляет 40 мкм/мин. При этом энергетические затраты на реализацию импульсного процесса на 19 % меньше

287-295 31
Аннотация

Представлена математическая модель, разработанная для расчета силового воздействия на пуансон в процессе скоростного комбинированного горячего выдавливания биметаллических дорожных резцов в условиях плоской деформации. Для решения этой задачи процесс разделяли на две стадии: разгона и торможения. Стадия торможения состоит из двух этапов. Отличительной особенностью стадии разгона является то, что она позволяет провести анализ обратного выдавливания, в процессе которого металл течет в направлении, противоположном ходу пуансона. Приведена методика расчета усилия, действующего на пуансон на каждой стадии процесса пластического течения биметаллической заготовки в матричную полость с тремя очагами деформации. В ходе решения задачи в квазистатической постановке и исходя из условий минимальной мощности внутренних сил получены уравнения для расчета оптимальных параметров поля aopt, bopt, gopt, зависящих от коэффициентов вытяжки l и коэффициента трения m. Уравнения, полученные в рамках разработанной модели, являются достаточно корректными, так как позволяют определять минимальное усилие, действующее на пуансон. Рассматриваемые модель расчета и уравнения могут быть использованы при разработке промышленной технологии скоростного комбинированного горячего выдавливания плоскоступенчатых биметаллических резцов.

296-301 25
Аннотация

Согласно требованиям «Правил по обеспечению промышленной безопасности грузоподъемных кранов», противоугонные устройства должны обеспечивать останов грузоподъемных кранов, находящихся под действием силы ветра, в любой точке рельсового пути, в том числе в месте стыка рельсов, соединяемых боковыми планками. Рекомендованные к применению различные типы противоугонных крановых устройств имеют ряд недостатков.  Так, снабжение противоугонных крановых устройств, выполненных в виде рычажных захватов, взаимодействующих с головкой рельса, механизмами разведения-сведения захватов с электромеханическим, электромагнитным, гидравлическим или пневматическим приводами усложняет их конструкцию. Известны также противоугонные крановые устройства, у которых останов грузоподъемных кранов на рельсовом пути осуществляется стопорным эксцентриком, взаимодействующим с поверхностью головки рельса. Надежность подобных устройств недостаточна, поскольку  из-за постоянного усилия пружины сила сцепления эксцентрика с рельсом не зависит от изменяющейся силы ветра.  В статье предлагаются основы расчета противоугонного кранового устройства, представляющего кинематическое соединение двух механизмов – эксцентрикового и клещевого, что позволяет решить ряд перечисленных выше  проблем.

302-309 40
Аннотация

Исследована прочность гибкой оболочки пневматической рессоры транспортного средства при движении относительно рельсовой колеи. Расчет проведен с использованием метода конечных элементов, реализованного  в среде программного обеспечения SolidWorks. Для этого воспроизведены чертежи пневморессоры баллонного типа  в формате 3D. Особенностью конструкции является то, что расстояние между верхним и нижним днищами в статике неизменно – благодаря регулятору положения кузова, который поддерживает его постоянство относительно рамы тележки. Полученные результаты позволили сделать вывод, что имеются определенные резервы по уровню напряжений, т. е. дополнительно к вертикальным возможно учесть еще и поперечные взаимные смещения днищ пневморессоры, которые будут возникать при смещениях тележки относительно кузова. На последующем этапе исследованы напряжения в материале гибкой оболочки в случае взаимных поперечных смещений днищ, наблюдающиеся при поперечных смещениях тележек относительно кузова транспортного средства во время движения по кривым участкам пути. При этом наибольшие напряжения в материале гибкой оболочки пневморессоры составляют около 11 МПа даже при вдвое большем номинальном давлении воздуха и поперечных взаимных смещениях днищ 40 мм, т. е. они значительно меньше разрывной прочности (30 МПа). Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что конструкция и параметры гибкой оболочки пневморессоры баллонного типа обеспечивают ее прочность при эксплуатационных схемах нагружения. Поэтому с целью улучшения динамических качеств транспортных средств предлагается использовать гибкую оболочку пневморессоры как составляющую рессорной подвески.

310-319 30
Аннотация

Предлагается для повышения энергоэффективности использования автотранспортного средства, оснащенного поршневым двигателем внутреннего сгорания, в качестве трансмиссии применять новый тип механических бесступенчатых передач с внутренними силовыми функциями. Показано, что если в известном многопоточном  импульсном вариаторе В. Ф. Мальцева механизмы свободного хода дополнить упругими валами – торсионами,  то такой вариатор превращается в непрерывный трансформатор – механическую бесступенчатую передачу с внутренними силовыми функциями. Появляются внутренняя автоматичность и непрерывность во всем диапазоне изменения передаточного отношения. Это схемное техническое решение реализовано в экспериментальном образце. В ходе испытаний изучены свойства и характеристики такой механической бесступенчатой передачи. Приведены кинематическая схема и основные конструктивные размеры экспериментального образца. Разработаны специальное стендовое оборудование и измерительно-регистрирующая аппаратура. Определен перечень регистрируемых параметров. Статистически оценена точность их измерения. Результаты экспериментов представлены в виде зависимостей крутящих моментов на ведомом и ведущем валах передачи от частоты вращения ведомого вала. Показано, что характеристики передачи в безразмерном виде – коэффициент трансформации и коэффициент полезного действия – в функции внутреннего передаточного отношения являются универсальными. Установлено, что путем независимого изменения  амплитуды колебаний внутренних звеньев (уровня силовой функции) и частоты вращения ведущего вала можно получить бесконечный кинематический и значительный силовой диапазоны передачи. Передача обладает высокими преобразующими и энергетическими свойствами, которые лучше, чем у гидродинамических передач.

СТРОИТЕЛЬСТВО 

320-328 23
Аннотация

В процессе эксплуатации бетонные и железобетонные конструкции подвержены воздействию агрессивной среды углекислого газа. При реконструкции и капитальном ремонте причальных сооружений прибрежной зоны морей Дальнего Востока установлена слабая прочность сцепления «старого» карбонизированного и «нового» ремонтного бетонов. Причиной, препятствующей надежному сцеплению бетонов, является образование непрочных продуктов коррозии в порах и на поверхности «старого» бетона. В процессе исследования выполнены ускоренные испытания карбонизации бетона от воздействия углекислого газа. Структура карбонизированного цементного камня исследована с помощью электронного сканирующего микроскопа. Результаты исследований позволили оценить структуры «здорового» и пораженного карбонизацией цементных камней. Выполненный анализ процесса карбонизации бетона, включая микрофотографии образцов, показал, что под действием углекислоты поверхностный слой толщиной 4 мм  и более претерпевает перестройку структуры. Волокнистые образования разрушаются, и карбонизированный объем представляет собой груду слабосвязанных рыхлых новообразований и пленок, перекрывающих входы в капиллярную систему бетона. Они не являются надежной основой для сцепления «нового» и «старого» бетонов и препятствуют проникновению жидкости, содержащей продукты растворения цемента из «нового» бетона в капилляры здоровой структуры «старого» для их надежного соединения.

329-337 32
Аннотация

Приведены результаты разработки и реализации технологии самоуплотняющегося тяжелого конструкционного бетона и технологии бетонирования с его использованием крупнейшей на территории Беларуси фундаментной плиты (объем бетона около 9100 м3) высотного здания на объекте «Строительство многофункционального комплекса в г. Минске  в границах ул. Филимонова – просп. Независимости – ул. Макаенка». Отражены результаты исследований, обеспечившие получение самоуплотняющегося бетона класса С35/45 водонепроницаемостью до W20 (при требуемой по проекту W12) из бетонных смесей предельной по расплыву конуса марки РК6 для трех разных по степени армирования слоев фундаментной плиты (нижнего, среднего и верхнего) при общей высоте конструкции 3,5 м и размерах в плане 83´34 м. Разработаны и реализованы технология непрерывного (бесшовного) бетонирования, позволившая за 42 ч непрерывной работы бездефектно уложить в конструкцию примерно 9100 м3 бетона, а также система технологических мер, предотвратившая температурное трещинообразование бетона. Однородность физико-механических свойств бетона, подтвержденная контрольными испытаниями, обеспечена за счет равномерной подачи бетонной смеси (от шести бетононасосов одновременно) слоями высотой 200–300 мм при расстоянии между точками подачи около 5–6 м и вертикальном расположении «хоботов» бетоноводов в течение подачи бетона в каждую точку, а также тем, что время подачи очередного объема бетона было значительно меньше времени схватывания ранее уложенного бетона (при общей скорости бетонирования £0,1 м/ч). При разработке, исследованиях и реализации проекта использовали стандартизированные и оригинальные методики испытаний бетонных смесей, кинетики твердения и свойств затвердевшего бетона. Контрольные испытания физико-механических свойств  и характеристик бетона, осуществленные в БНТУ совместно с контролирующими ход строительства уполномоченными организациями, а также в независимых (сторонних) организациях, подтвердили их соответствие проектным требованиям.

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ 

338-344 31
Аннотация

Решается задача аналитического синтеза управляющего ускорения беспилотного летательного аппарата (БЛА) при его полете по сложной траектории, состоящей из последовательно расположенных участков горизонтального полета, находящихся на разной высоте относительно земной поверхности. Задача решается как аналитическое определение оптимального управления линейной нестационарной системой при заданном минимизируемом функционале качества. Математическая модель системы представляется в виде дифференциальных уравнений  движения БЛА в вертикальной плоскости неподвижной системы координат, привязанной к земной поверхности. Особенностью предлагаемой методики решения задачи является обоснование оригинального вида минимизируемого функционала и параметров, входящих в полученный известными методами закон изменения управляющего ускорения. В формате составляющих функционала качества рассматриваются значения координат и скорости беспилотного летательного аппарата, заданных в соответствующих точках пространства, через которые должен проходить путь аппарата, для получения оптимальной кривизны траектории. Вычисленные математические зависимости позволяют реализовать их на борту летательного аппарата и, в конечном итоге, решают задачу обеспечения минимальных затрат энергии при управлении объектом (БЛА). Компьютерное моделирование аналитически полученных результатов  в виде траектории полета беспилотного летательного аппарата и процессов изменения его ускорения и скорости  показало работоспособность предлагаемой методики и перспективность ее использования на первоначальном этапе синтеза системы управления БЛА.

345-351 31
Аннотация

Спеченные фрикционные материалы широко используются в узлах трения автотракторной техники, техники специального назначения. Основная цель – передача крутящего момента на исполнительный механизм. Развитие рынка техники требует разработки и применения новых узлов. Одновременно с этим необходимо создание новых материалов, это относится и к спеченным фрикционным. Данная группа материалов характеризуется высоким ресурсом работы, эффективностью передачи крутящего момента, а также способностью восстановления работоспособности в случае нарушения режимов эксплуатации. Одним из наиболее существенных параметров, характеризующих спеченный фрикционный материал, является износостойкость. В большинстве случаев она определяет не только  ресурс работы самого узла, но и всей машины в целом. Особое место занимают тормозные узлы, в которых также используются фрикционные материалы. Повышенная износостойкость фрикционного материала способствует снижению эффективности и ресурса работы тормозной системы. Оценка износостойкости фрикционного материала под заданные эксплуатационные параметры – весьма длительный и материально затратный процесс. Разработка методов и способов ускорения оценки износостойкости – важная научная и практическая задача. В статье представлены результаты использования искусственных нейронных сетей для прогнозирования ресурса работы композиционного фрикционного материала на основе меди в зависимости от скорости скольжения, давления на материал и количества подаваемой смазки в зону трения. С использованием массива экспериментальных данных для фрикционного материала ФМ-15 была обучена искусственная нейронная сеть. Результаты обучения показали высокую точность, правильность предложенной и реализованной архитектуры сети. Разработанное программное обеспечение продемонстрировало свою работоспособность и возможность применения в расчетах для определения износа композиционного фрикционного материала.

ЭКОНОМИКА ПРОМЫШЛЕННОСТИ 

352-356 31
Аннотация

Рассмотрен алгоритм решения задачи поиска оптимальной дислокации ключевых объектов транспортной  и складской инфраструктур в рамках методологического подхода проектирования логистической инфраструктуры  на территории регионов стран. Методологический подход включает в себя три этапа. На первом этапе определяются районы, где целесообразно размещение ключевых объектов региональной логистической инфраструктуры. Далее с использованием разработанных авторами моделей, осуществляется привязка объектов складской инфраструктуры на местности и с учетом спроектированной складской сети определяется оптимальная дислокация объектов транспортной инфраструктуры.  Для поиска оптимальных мест расположения объектов региональной логистической инфраструктуры авторы предлагают алгоритм, применимый для построения как складской, так и транспортной инфраструктур вследствие схожести моделей. Алгоритм основан на методе построения последовательности планов. На первоначальном этапе для рассматриваемого множества планов строится конечное расширение. Для данного множества определяется миноранта для функции затрат, связанных с размещением и обслуживанием объектов инфраструктуры, перемещением грузов и перегоном порожнего транспортного средства. После этого формируется итеративный алгоритм, определяющий последовательность оптимумов миноранты на последовательности вложенных друг в друга множеств. На первом шаге находится элемент множества планов, минимизирующий миноранту, на следующем шаге из рассматриваемого множества исключается найденный  элемент и на оставшемся множестве ищется новый оптимум, для которого миноранта принимает минимальное значение. Для элиминации множества планов целесообразно использовать процедуры динамического программирования. Границы применимости метода построения последовательности планов определяются возможностью сконструировать расширение множества планов размещения объектов, подобрать на нем миноранту и построить алгоритм упорядочивания оптимумов.

357-364 30
Аннотация

Дана содержательная характеристика современного промышленного производства и выявлены перспективы модернизации белорусской промышленности за счет новой индустриализации. В качестве задач исследования определены: рассмотреть современные концепции трансформации экономических систем под влиянием технологического прогресса, содержательно охарактеризовать новую индустриализацию, в том числе описать технологические и организационные особенности нового промышленного производства, выявить его отличительные черты, определить перспективы использования концепции новой индустриализации для модернизации белорусской промышленности. Методической основой послужили общенаучные методы и принципы познания, а именно: метод дедукции и индукции, метод сравнительного анализа, исторический подход. Автор рассматривает новую индустриализацию как хозяйственный уклад, сложившийся в результате распространения цифровых технологий в современной социально ориентированной, преимущественно рыночной, экономике. Технологической основой нового промышленного производства выступают киберфизические производственные системы, функционирующие за счет промышленного Интернета вещей, Интернета услуг и сетевых механизмов взаимодействия между всеми участниками цепочки создания добавленной стоимости. Развитие цифрового производства и цифровых услуг влечет цифровизацию бизнес-моделей. В результате благодаря триаде цифрового производства, цифровых услуг и цифровых бизнес-моделей формируется гибкое, адаптивное, индивидуализированное промышленное производство. При модернизации белорусского промышленного комплекса, направленной на развитие высокотехнологичного и наукоемкого промышленного производства и повышение эффективности традиционных отраслей промышленности за счет использования самых разнообразных новых технологий, приоритетом должна стать комплексная цифровизация производства, услуг и бизнес-моделей.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.