Машинобудування

ДИНАМІЧНЕ ТА МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВІБРАЦІЙНИХ ПРОЦЕСІВ У ГАЗОТРАНСПОРТНОМУ ОБЛАДНАННІ

ПРОКОПЕНКО О. — 2025-07-03

DOI: https://doi.org/10.26565/2079-1747-2025-35-01

У статті розглянуто аспекти комплексного підходу до вібраційних перевірок газотранспортного обладнання. Здійснено критичний аналіз наукової літератури та нормативних документів, що охоплюють існуючі підходи до вирішення питань, пов'язаних з визначенням фактичного технічного стану обладнання, оцінкою його терміну служби та прийняттям рішень щодо продовження терміну його служби. Шляхом вивчення наукової літератури проаналізовано застосування віброакустичних досліджень для вирішення задач керування. Розроблено динамічні та математичні моделі газотранспортного обладнання, зокрема моделі загального рівня та гармонік спектра швидкості коливань корпусів підшипників, моделі коливань корпусу відцентрового нагнітача на частотах лопаток ротора, моделі сили, що створюється ступенем лопатки турбіни або компресорного агрегату газотурбінної установки, що передається на ротор, та моделі пульсацій тиску газу в трубопроводі. Моделювання виконано з використанням розроблених динамічних та математичних моделей. Представлено аналіз результатів моделювання, що відповідають результатам експериментальних досліджень.

Як цитувати: Prokopenko О., Antonenko N., Tiupa I., Ananieva Y., Khalimov D.,. Khalimov P. (2025).
Dynamic And Mathematical Modeling Of Vibration Processes In Gas Transportation Equipment. Машнобудування.
2025. Вип. 35 С. 6-16. DOI: https://doi.org/10.26565/2079-1747-2025-35-01

АНАЛІЗ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ ТА ЕКСПЛУАТАЦІЙНОЇ НАДІЙНОСТІ ТЕПЛОМАСООБМІННОГО ОБЛАДНАННЯ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ЇХ РОБОТИ

Тетяна Фурсова — 2025-07-03

DOI: https://doi.org/10.26565/2079-1747-2025-35-02

Енергоефективність та безпечна експлуатація є одними з головних факторів, що характеризують сучасну енергетику в рамках концепції сталого розвитку. Тепломасообмінні апарати відіграють ключову роль у роботі енергосистем, забезпечуючи ефективний теплообмін та оптимізацію використання енергії на електростанціях. У статті аналізується енергоефективність та експлуатаційна надійність тепломасообмінного обладнання ТЕС і АЕС для підвищення якості їх роботи на прикладі устаткування низькопотенційного комплексу конденсаційного енергоблоку. За допомогою статистичних даних та метода експертних оцінок досліджено показники надійності теплообмінного обладнання турбоустановок. Приводяться дані відмов конденсаторів як основного устаткування низькопотенційного комплексу, а також розглядаються дефекти, які викликають ці відмови. Методом кінцевих елементів шляхом автоматизованого інженерного розрахунку досліджено напружено-деформований стан конденсаторів електростанцій для визначення небезпечних зон конструкцій і розподілу температур у конденсаторі при стаціонарному режимі роботи як основному. На базі проведеного аналізу надані рекомендації щодо удосконалення тепломасообмінних апаратів електростанцій, в тому числі приділена увага впровадженню новітніх матеріалів, автоматизованих систем контролю та оптимізація конструкції.

In cites: H.I. Kanuk, T.M. Fursova, А.U.Mezeria, D.O.Chyrochkin, O.M. Epik, D.O.Shvorak (2025). Analysis
of energy efficiency and operational reliability of heat and mass exchange equopment at power plants for
improving their performance quality. Engineering, (35), 17-25. https://doi.org/10.26565/2079-1747-2025-35-02

ПІДВИЩЕННЯ ШВИДКОДІЇ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ТИРИСТОРНИМ КОМПЕНСАТОРОМ РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ ЕЛЕКТРОДУГОВИХ ПЕЧЕЙ

Е. А. ХОМ’ЯК — 2025-07-03

DOI: https://doi.org/10.26565/2079-1747-2025-35-03

Електродугові печі (ЕДП) є ключовими технологічними об’єктами в металургійній промисловості, які забезпечують виплавку до 11% світового обсягу сталі. Однак їх експлуатація супроводжується значними викликами, зокрема низьким коефіцієнтом потужності (cosφ ≈ 0,3) через високу індуктивність розсіювання пічних трансформаторів, що спричиняє стрибкоподібне споживання реактивної потужності при несинусоїдних струмах. Ці процеси призводять до нестабільності напруги в електромережі, зокрема до явища флікера, що негативно впливає на якість електропостачання та ефективність енергоспоживання. Для вирішення цієї проблеми широко застосовуються тиристорні компенсатори реактивної потужності (ТКРП), які забезпечують швидке регулювання реактивної потужності за допомогою фазокерованих реакторів. Проте сучасні системи керування ТКРП мають обмежену швидкодію (час регулювання становить 0,02 с), що не дозволяє повністю компенсувати реактивну потужність у перехідних процесах, особливо під час динамічних режимів запалювання електричної дуги.

Метою даної роботи є розробка та обґрунтування способу керування ТКРП із підвищеною швидкодією для забезпечення миттєвої компенсації реактивної потужності ЕДП у перехідних режимах. Запропонований підхід базується на визначенні кута керування тиристорами кожні півперіоди напруги шляхом мінімізації функціонала середньоквадратичної похибки між струмом фазокерованого реактора та сумарним струмом пічного трансформатора й конденсатора. Це дозволяє скоротити час регулювання до 0,01 с, що вдвічі підвищує ефективність компенсації та сприяє зниженню некомпенсованої реактивної потужності. Наукова новизна роботи полягає у вдосконаленні виразу функціонала для півперіодичного керування, а практична цінність – у підвищенні коефіцієнта потужності ЕДП до одиниці та зменшенні впливу флікера на електромережу. Ефективність запропонованого методу підтверджена математичним моделюванням у програмному середовищі MATLAB

In cites: Kovalov V., Khomiak E., Miroshnyk Ye., Tymofieiev О., Krutko V., Shevchenko V., (2025). Statistical methods for quality control of small-batch machining. Engineering, (35), 26-35.
https://doi.org/10.26565/2079-1747-2025-35-03 ( in Ukraine)

СТАТИСТИЧНІ МЕТОДИ ОЦІНЮВАННЯ ЯКОСТІ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ПРИ ОБМЕЖЕНІЙ КІЛЬКОСТІ ІНФОРМАЦІЇ

ЛОМАНОВ К. О. — 2025-07-03

DOI: https://doi.org/10.26565/2079-1747-2025-35-04

У статті розглянуто питання підвищення ефективності управління якістю механічної обробки машинобудівної продукції у малосерійному виробництві. Основну увагу приділено застосуванню статистичних методів контролю, зокрема методу кумулятивних сум, як інструменту для діагностики точності технологічного процесу на токарних верстатах з числовим програмним керуванням. Обґрунтовано доцільність використання контрольних карт кумулятивних сум замість традиційних методів, що не враховують динаміку зміни параметрів у часі.

У межах дослідження проаналізовано результати механічної обробки фланця колінчастого вала зі сталі 20Х на верстаті 16К20Ф3. Було проведено 25 вибірок по 5 одиниць продукції для оцінювання відхилень розмірів від номінального значення та побудови відповідних кумулятивних кривих. На основі експериментальних даних побудовано графіки зміни кумулятивних сум, а також запропоновано еталонну карту для використання на виробництві. Встановлено чіткий зв’язок між нахилом кривої кумулятивних сум і рівнем якості процесу механічної обробки: горизонтальна крива відповідає задовільному стану, спадна — поганій якості, а висхідна — високій якості.

Запропоновано математичний апарат для розрахунку комплексного показника якості механічної обробки з урахуванням вагомості окремих показників якості (точності, шорсткості, просторових відхилень тощо). Встановлено, що цей комплексний показник перебуває в кореляції з рівнем технологічного процесу і може бути ефективним критерієм його оцінки.

Результати дослідження можуть бути застосовані для оперативного контролю та покращення якості у виробництві малих партій машинобудівної продукції, що особливо актуально для умов дрібносерійного та багатономенклатурного виробництва.

In cites: Lomanov K., Holovko M., (2025), Statistical methods for assessing the quality of technological processes with limited information. Engineering, (35), 36-45. https://doi.org/10.26565/2079-1747-2025-35-04 (in Ukraine)

ВИЗНАЧЕННЯ НАВАНТАЖЕНЬ, ЯКІ ВИНИКАЮТЬ ПРИ ПЕРЕСУВАННІ ХОДОВИХ КОЛІС МОСТОВИХ КРАНІВ

ПЕРЕВОЗНИК І.А. — 2025-07-03

DOI: https://doi.org/10.26565/2079-1747-2025-35-05

Різні умови роботи і конструктивні особливості окремих вантажопідйомних машин і кранових шляхів викликають великі різновиди механізмів пересування кранів і кранових візків. Опір пересування крана або візка утворюється при коченні коліс по рейкам і в підшипниках коліс. При експлуатації крана ходові колеса знаходяться під дією різних навантажень - ваги вантажу, власної ваги крану, тиску повітря, сили інерції і навантажень, які виникають при перекосах кранів на підкранових шляхах, при дефектах підкранових шляхів і ходової частини крану.

In cites: I.A. Perevoznyk (2025). Determination of loads arising during movement of traveling wheels of bridge cranes. Engineering, (35), 46-53. https://doi.org/10.26565/2079-1747-2025-35-05 (in Ukraine)

Розміри рейок повинні відповідати навантаженням і розмірам ходових коліс і забезпечуються розрахунком їх на згин і на місцевий стиск під колесом. В процесі роботи крана навантаження ходових коліс змінюються іноді у широких межах. Від конструктивної форми балки в значній мірі залежить її довговічність, надійність, простота виготовлення і обслуговування. Придання конструкції замкненого профілю дає максимальне збільшення крутильної жорсткості.

Перекіс крана, який рухається являється наслідком таких причин як проковзування або пробуксовка ведучих коліс крана на рейках, різність діаметрів ведучих коліс, неправильна установка коліс, дефекти кранових шляхів. Ударні навантаження, які виникають при русі ходових коліс бувають у двох випадках: при наїзді кранів на кінцеві упори і при проходженні стиків рейкового шляху і місцевих нерівностей. Для зменшення ударних навантажень сучасні вантажопідйомні крани і вантажні візки при їх підході до кінцевих упорів мають буфери, які дозволяють розширити робочий хід крана і підвищити надійність і безпеку роботи крана.

Вибір типу ходової рейки пов'язаний з величиною навантаження ходових коліс і з конструктивними особливостями механізму пересування – конічні ходові колеса можуть пересуватись тільки по випуклій рейці, циліндричні – і по випуклим і по плоским рейкам.

Знос елементів підкранового шляху приводить до відмов металевих конструкцій підкранових балок, що викликає значні економічні втрати. Перехід в кранових конструкціях від клепаних підкранових балок, які мали дискретні поясні з’єднання з визначеною рухливістю до зварних балок з жорсткою системою поясних зв’язків без конструктивної компенсації рухливості привели до значного зменшення довговічності зварних балок. Місцевий напружений стан стінки у зварних підкранових балках, який визначає міцність від втоми в цій зоні, може бути врегульований тільки за допомогою кранової рейки. Але робота підкранового шляху належним чином не досліджена і до теперішнього часу.

Можливі деформації як самих ходових коліс так і рейкових колій залежать в значній мірі від висоти і характеру стику рейок, форми рейки і швидкості руху ходових коліс.

В статті було проведено більш уточнене визначення тих навантажень, які виникають в підрейкових балках, біли відкинуті деякі припущення і отримані нові розрахункові формули. Крім того, проведений аналіз впливу способу установки рейок на величину силових факторів.

ЗАЛЕЖНІСТЬ ВПЛИВУ ТИСКУ НА ОПОРНУ ПОВЕРХНЮ ВІД ТИСКУ В ЗИМОВІЙ ШИНІ TRIANGLE SNOWLINK PL01 ТИПОРОЗМІРУ 225/55 R18

О.С.ПИСАРЦОВ — 2025-07-03

DOI: https://doi.org/10.26565/2079-1747-2025-35-06

У процесі вивчення впливу внутрішнього тиску в шинах транспортних засобів категорії M₁ на параметри взаємодії з опорною поверхнею було встановлено, що дослідження сучасних типорозмірів шин досі не проводилися. Враховуючи актуальність цього питання для підвищення прохідності автомобілів загальної прохідності під час руху по пересіченій місцевості, було ініційовано відповідне експериментальне дослідження.

У межах даної роботи досліджено взаємозв’язок між внутрішнім тиском у зимових шинах Triangle Snowlink PL01 типорозміру 225/55 R18 та тиском, який створює транспортний засіб на опорну поверхню. Питання оптимізації тиску в шинах є критично важливим для забезпечення підвищеної прохідності, зниження навантаження на дорожнє покриття та покращення керованості, особливо в умовах експлуатації на м’яких або нерівних поверхнях (пісок, сніг, болото тощо).

У дослідженні також розглянуто шляхи впливу на тиск, який чинить автомобіль на опорну поверхню, та запропоновано практичні заходи, спрямовані на підвищення прохідності. Метою дослідження було визначення характеру залежності між зміною внутрішнього тиску в шинах та відповідною зміною тиску на опорну поверхню.

Натурні експериментальні дослідження проводилися згідно з розробленим алгоритмом на транспортному засобі категорії M₁ з підвищеними позашляховими характеристиками – Opel Grandland 1.5 BHDi. Випробування виконувалися на рівній бетонній поверхні за умов встановлення зимових шин Triangle Snowlink PL01 типорозміру 225/55 R18.

Результати експерименту показали, що зниження тиску в шинах із 2,2 до 1,5 атм призводить до зменшення тиску на опорну поверхню з 1,39 до 1,07 кг/см². Це свідчить про потенційне покращення прохідності транспортного засобу. У дослідженні проаналізовано механізм впливу маси автомобіля та площі контакту шини з опорною поверхнею на величину контактного тиску. Встановлено наявність майже обернено пропорційної залежності між тиском у шинах і тиском на опорну поверхню.

У статті подано графічні та аналітичні залежності, що обґрунтовують доцільність зниження тиску в шинах при експлуатації транспортних засобів у складних дорожніх умовах. Отримані результати можуть бути використані при проектуванні колісних транспортних засобів, а також у практиці їх експлуатації на бездоріжжі.

In cites: Pysartsov O. (2025). Dependence of ground pressure on internal pressure in winter tires Triangle Snowlink size 225/55 R18. Engineering, (35), 54-64. https://doi.org/10.26565/2079-1747-2025-35-06
(in Ukraine)

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ НАВАНТАЖЕНЬ МЕТАЛОКОНСТРУКЦІЇ ПРИ ЗАСТОСУВАННІ ХОДОВИХ КОЛІС НОВОЇ КОНСТРУКЦІЇ

ФІДРОВСЬКА Н.М. — 2025-07-03

DOI: https://doi.org/10.26565/2079-1747-2025-35-07

В статті розглядалися задачі експериментального визначення переваг ходових коліс нової конструкції з пружними вставками. Дослідження проводилось на діючому електричному, опорному, двобалковому мостовому крані вантажопідйомністю 10 т., та прогоном 22,5 м. За допомогою тензорезисторів, зібраних в напівмостову схему та підключених до аналого-цифрового перетворювача Zetlab210, були визначені деформації головної балки в момент підйому та переміщення вантажу різної маси. Підйом та переміщення вантажу, було проведено при однакових умовах на штатних колесах вантажного візка та на колесах з еластичною гумовою вставкою. Були отримані графіки деформації головної балки.В подальшому перерахунку отримані залежності напруженого стану в кожному моменті переміщення вантажу при використані як штатних коліс так і коліс з еластичною гумовою вставкою. Також були виявлені залежності та тривалості коливань, які виникають в продовж циклу підйому та переміщення вантажу. Цикл експериментального дослідження складався з підйому вантажу в крайньому лівому положенні вантажним візком, переміщенні вантажу в крайнє праве положення та повернення вантажного візка з вантажем в початкове положення.

Наукова новизна роботи полягає в застосуванні нової, модернізованої конструкції ходових коліс вантажного візка з еластичною гумовою вставкою, які ефективно гасять коливання в металоконструкції мостового крану.

Експериментальні дослідження навантажень, які виникають в металоконструкції мосту мостового крана проводились з використанням двохребордних циліндричних коліс на вантажному візку діючого мостового крану. Під час реєстрації виникаючих навантажень, на вантажному візку мостового крана були встановлені спочатку штатні колеса, потім штатні колеса були замінені на модернізовані колеса (з еластичною, гумовою вставкою).

За підсумками експериментальних досліджень було виявлено зменшення напружень в головній балці мостового крану на 18% та зменшення пікових вібрацій на 20 секунд при однакових циклах підйому та переміщення вантажу. Також при використанні коліс з еластичною гумовою вставкою зменшується період згасання коливань закінчення циклу переміщення вантажу щонайменше на 30%.

In cites: Fidrovska N., Slepuzhnshkov E.D., Kyrychenko, I., Ragulin V. (2025). Experimental studies of metal structure loads when using rollingwheels of the new design. Engineering, (35), 65-73. https://doi.org/10.26565/2079-1747-2025-35-07 (in Ukraine)

АДГЕЗІЙНО – ПРУЖНА МОДЕЛЬ ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕРТЯ МАШИНОБУДІВНИХ МАТЕРІАЛІВ В ЗВ’ЯЗКУ З ПОКАЗНИКАМИ ШОРСТКОСТІ ПОВЕРХНІ

Микола Рябчиков — 2025-07-03

DOI: https://doi.org/10.26565/2079-1747-2025-35-08

У статті розглянуто актуальне питання зниження коефіцієнта тертя в умовах сухого контакту між поверхнями машинобудівних деталей шляхом оптимізації параметрів шорсткості. На основі аналізу сучасних досліджень у сфері трибології встановлено, що традиційні підходи, орієнтовані на змазування, не є ефективними або можливими в низці високотехнологічних процесів, таких як вакуумна металізація, нанесення функціональних покриттів тощо. Тому пошук методів зниження тертя в умовах сухого контакту є особливо важливим для підвищення довговічності та енергоефективності елементів технічних систем. Основна увага в роботі приділена створенню математичної моделі, яка враховує як пружні деформації мікронерівностей поверхні, так і адгезійні взаємодії, що виникають у зоні контакту. Для опису згину мікронерівностей застосовано рівняння згину пластини, а для опису контактної взаємодії – класичну модель Герца. У результаті чисельного моделювання показано, що коефіцієнт тертя суттєво залежить від висоти Ra та середнього кроку Sm шорсткості, а також від параметрів матеріалів, що визначають їхню пружність і адгезійну здатність. Виявлено, що зі зміною геометричних параметрів мікронерівностей та властивостей матеріалів коефіцієнт тертя може мати як зростаючий, так і спадний характер. Найбільшу інженерну цінність має виявлення чітко вираженого мінімуму коефіцієнта тертя для певного поєднання параметрів шорсткості та матеріалів. Це відкриває можливості для свідомого проектування технологічних режимів обробки поверхонь з метою досягнення оптимальних характеристик тертя без застосування мастильних матеріалів. У статті наведено графічні залежності, що ілюструють поведінку коефіцієнта тертя в залежності від параметрів поверхні та рівня адгезії. Сформульовані теоретичні висновки можуть бути використані для вибору оптимальних значень шорсткості при конструюванні та виготовленні деталей машин, які працюють у вакуумі, біомедичних пристроях, а також в умовах обмеженого доступу до мастила. Автори також підкреслюють необхідність подальших досліджень для точного визначення коефіцієнтів адгезійної взаємодії (k₁ і k₂), а також уточнення ролі фактичної площі контакту, що може істотно впливати на силу тертя.

In cites: Riabchykov M., Puts V., Martyniuk V. (2025). Adhesive-elastic model of determining the friction coefficient of engineering materials in connection with surface roughness indicators. Engineering, (35), 74-84. https://doi.org/10.26565/2079-1747-2025-35-08 (in Ukraine)

МОДЕЛЮВАННЯ ТРИБОТЕХНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ПОЛІМЕРНИХ ПОКРИТТІВ НА ОСНОВІ ФЕНІЛОНУ З МОДИФІКАТОРАМИ КОМПЛЕКСНИХ СПОЛУК МІДІ (II) ЗА ДОПОМОГОЮ MATLAB

O. В. СТОВПНИК — 2025-07-03

DOI: https://doi.org/10.26565/2079-1747-2025-35-09

Мета. Дослідження присвячено розробці та оцінці антифрикційних полімерних покриттів на основі фенілона С2, ароматичного поліаміду з високою термостійкістю, модифікованого комплексами міді (II) складу [Cu(HL)X₂]₂, де HL – похідні ариламідів бензимідазол-2-тіокарбонової кислоти. Метою роботи є моделювання триботехнічної поведінки цих покриттів із акцентом на впливі швидкості ковзання, питомого навантаження та концентрації модифікатора для підвищення ефективності й довговічності вузлів тертя в машинобудівних вузлах за умов високих навантажень, характерних для промислового обладнання.

Методи. Покриття виготовляли шляхом розчинення фенілона С2 і модифікаторів комплексів міді (II) у диметилформаміді з подальшим просоченням пористої бронзової підкладки (пористість 20–25%) за вакуумного тиску протягом 30 хвилин. Зразки з покриттям піддавали термічному твердінню при 420 К протягом 1,5 години, а потім при 723 К протягом 2 годин для забезпечення повного затвердіння. Триботехнічні випробування проводили на машині тертя СМТ-2010 за схемою «колодка-диск» у змащеному середовищі з використанням індустріального масла І-40А (ГОСТ 20799-88). Дослідження охоплювали швидкості ковзання від 0,15 до 1,2 м/с і питомі навантаження від 5 до 15 МПа з контртілом зі сталі 45 (твердість 45–50 HV, шорсткість Ra 0,4–0,63 мкм). Коефіцієнти тертя вимірювали з точністю ±0,001, а швидкість зношування визначали гравіметричним методом із точністю ±0,01 мг/м після 10-годинних циклів випробувань. Експериментальні дані обробляли в MATLAB для виведення прогнозуючого рівняння коефіцієнта тертя.

Результати. Модифікація комплексами міді (II) значно покращила триботехнічні властивості покриттів на основі фенілона. При концентрації модифікатора 1% коефіцієнт тертя знизився з 0,080 до 0,045, а зносостійкість зросла на 60%. Покриття №2 (аніон Cl, замісник метоксифеніл) продемонструвало найкращі характеристики завдяки оптимальному поєднанню змащувальних властивостей і міцності. Обробка в MATLAB дала рівняння f(V,P)=0,0335+0,0095⋅V+0,0005⋅P, яке описує залежність коефіцієнта тертя від швидкості ковзання (V, м/с) і питомого навантаження (P, МПа) з максимальною похибкою менш ніж 5%. Оптична мікроскопія виявила утворення захисної трибохімічної плівки на поверхні контртіла, що зменшує знос завдяки зниженню прямого контакту та підвищенню гладкості поверхні.

Висновки. Розроблені покриття мають значний потенціал для використання у вузлах тертя з високими навантаженнями в машинобудуванні, забезпечуючи зниження тертя та підвищену зносостійкість у змащених умовах. Отримане рівняння є достатнім інструментом для прогнозування триботехнічної поведінки, що сприяє оптимізації конструкцій. Наявність трибохімічної плівки підкреслює важливість хімічних взаємодій у покращенні характеристик. Подальші дослідження можуть бути спрямовані на вивчення вищих концентрацій модифікатора (понад 1%) для оцінки меж деламінації та розширення застосовності покриттів до екстремальних температур і навантажень, характерних для сучасного промислового обладнання.

In cites: Stovpnyk O. V. & Sytar V. I. (2025). Modeling the tribological properties of polymer coatings based on phenylone with copper (II) complex modifiers using matlab. Engineering, (35), 85-94. https://doi.org/10.26565/2079-1747-2025-35-09