Статья: ЭЛЕМЕНТЫ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ 4.0 НА ПРИМЕРЕ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АВАТАРА АНТРОПОМОРФНОГО СТОМАТОЛОГИЧЕСКОГО РОБОТА-СИМУЛЯТОРА (2024)

В статье разработаны разработки входной защитной цепи, общее назначение которой - ограничение сигналов большой мощности, поступающих в радиочастотный тракт КВ-приемника по антенному входу. Входная защитная цепь предохраняет тонкие узлы и элементы приемника от перегрузки и выхода из конструкции. Потребность в надежности, безопасности работы сложных систем и комплексов связи с каждым годом только возрастает. Актуальность защиты входных цепей проявляется при малом разнесении приемника источника и помех, в условиях радиоэлектронной борьбы. Принцип действия разработанной схемы основан на управлении релейным переключателем. Описана методика выбора параметров компонентов, применяемых в схеме. Приведены практические испытания опытных образцов входной защитной цепи, установленной на входе выпускаемого КВ-приемника. В ходе практического эксперимента были выявлены недостатки, которые не были отражены в имитационной модели, построенной в среде NI Multisim. В частности, это локальный нагрев компонентов на печатной плате, вызванный емкостным сопротивлением и слабым затуханием фильтра, вносимым на частоте 23…30 МГц. Отмечены пути доработки действующей цепи защиты. Важная формулировка схемы заключается в том, что после проведения доработки контура входного детектора разработанную схему можно применять на частотах УКВ-диапазона до 520 МГц. К характеристикам схемы следует следующее малое время проведения - 1,27 мс, вносимое затухание - менее 0,01 дБм. Установлено, что изделие сохраняет работоспособность после подачи на вход антенны синусоидального ВЧ-сигнала в течение 15 минут с ЭДС 100 В на различных рабочих частотах.

В промышленности и в системах вооружения большое место занимают устройства, которые обладают интеллектуальными возможностями. Вычислительные ресурсы могут быть использованы более эффективно, если устройства объединены в беспроводную сеть, по которой происходит управление объектами. Такая сеть может быть подсистемой глобального интернета либо представлять автономную локальную сеть. Для построения локальной сети одной из ключевых проблем является выбор радиомодулей, на основе которых реализуется беспроводной обмен данными. При выборе модулей следует учитывать частотный диапазон и функциональные возможности. Если по частотному диапазону разработчики и пользователи имеют ограничения, то к функциональным возможностям в современных системах передачи информации предъявляются самые разнообразные требования. Своими специфическими требованиями обладают системы передачи информации, которые используются в военных целях. Особое внимание обращается на достоверность передачи информации в сложной электромагнитной обстановке, потребление энергии и противодействие организованным помехам. В настоящей статье анализируются технические характеристики радиомодулей, предназначенных для передачи сигналов в различных частотных диапазонах. Проанализированы также возможные протоколы взаимодействия локальных сетей, и на основании проведенного исследования выработаны рекомендации по их использованию при проектировании систем передачи информации по принципу интернета вещей для систем передачи информации в сложной помеховой обстановке, которая характерна для военных систем.

Существующий известный амплитудный вихретоковый метод измерения толщины неэлектропроводящего покрытия на немагнитном металлическом основании не обеспечивает современные потребности в точности измерения. Сильное влияние на результат измерений оказывает изменение удельной электрической проводимости основания. Целью данного исследование является повышение достоверности измерений толщины неэлектропроводящих покрытий на немагнитных металлических основаниях за счет учета (подавления) влияния удельной электрической проводимости оснований. Для достижения указанной цели использован трехобмоточный трансформаторный скомпенсированный вихретоковый преобразователь. Его выходной сигнал в комплексном виде представлен действительной и мнимой составляющими на комплексной плоскости, что позволяет реализовать амплитудно-фазовый метод вихретокового неразрушающего контроля. Описан разработанный метод двухпараметровой обработки сигнала, основанный на алгоритме определения принадлежности точки многоугольнику. Для его реализации используется двухмерная градуировка толщиномера с использованием нескольких образцовых оснований с разной удельной электрической проводимостью, которая на комплексной плоскости отображается в виде веерообразной сетки. Указанный алгоритм определяет, какому участку этой сетки принадлежит сигнал вихретокового преобразователя, а порядковый номер определяемого участка является одновременно мерой толщины покрытия и удельной электрической проводимости основания как независимых величин. Описана методика выбора количества градуировочных точек, основанная на выборе оптимального интервала между ними по критериям вероятности распределения результатов измерений. Разработана установка - имитатор толщины неэлектропроводящих покрытий, соединяемая двухсторонней связью с градуируемым толщиномером и реализующая его автоматическую градуировку. Приведены результаты испытания реализованного метода измерения толщины неэлектропроводящего покрытия на немагнитном металлическом основании, показавшие уменьшение отклонения результатов измерения толщины покрытия под влиянием удельной электрической проводимости основания на два порядка.

Анализ существующих технологических методов изготовления и подготовки к эксплуатации твердосплавного режущего инструмента показал, что необходима работоспособность твердосплавного режущего инструмента с отказом по следующим причинам: разрушение режущей части инструмента; потеря формы режущей части инструмента, а также физико-химическое изнашивание контактных площадок режущего инструмента. Установлено, что на качество пайки напаянных твердосплавных пластин влияет большое количество факторов, таких как марка материала корпуса державки; материал твердосплавной пластинки; марка припоя и флюса; характеристики и мощность индуктора; расстояние между индуктором и зоной пайки; степень смачивания свариваемых поверхностей и др. Работа посвящена подготовке вопросов с предоставлением технологии изготовления и эксплуатации твердосплавного режущего инструмента с целью повышения его производительности, долговечности, надежности и экономической эффективности. Проведен анализ рекламы о выявленном несоответствии качества изготовленного инструмента с напаянными твердосплавными пластинами, который показывает несоответствие требованиям нормативно-технической документации в части паяного шва. Основная причина разрушения резцов – нарушение технологии пайки – непропай. Проведен обзор работ по повышению производительности характеристик острого инструмента с пластинами из твердой области сплава, при этом вопросы, связанные с процессами пайки и подготовки поверхностей под пайку, не решены на всем уровне. Для предотвращения образования дефектов пайки инструмента с пластинами из твердого сплава в первую очередь необходимо строгое соблюдение технологии сварки, а также надежный контроль качества в процессе производства. Проведенные исследования позволяют сформулировать основные вопросы, связанные с разработкой актуальной технологической схемы, требований нормативно-технической документации.

В статье представлено исследование по нахождению зависимости между составом размещаемого антенного оборудования базовой станции сотовой связи с учетом высоты его подвеса и нагрузкой на кровлю под опорами проектируемых конструкций антенных трубостоек, устанавливаемых на крышах зданий. Новые стандарты телекоммуникаций, направленные на улучшение качества и скорости беспроводной связи и интернета, предполагают сгущение существующей сети, увеличение количества базовых станций сотовой связи. В городах с большой плотностью населения и густой застройкой для размещения антенного оборудования проектируются антенные трубостойки на кровле зданий. Выбор места установки конструкции осуществляется в процессе проведения изысканий при взаимодействии сотового оператора, строительной организации и арендодателя. Ввиду необходимости проверки несущих строительных конструкций крыш на предмет возможности установки трубостоек в каждом конкретном случае проектная организация выполняет поверочный расчет нагрузочной способности. При отрицательном заключении требуется повторное проведение изысканий и согласование вновь выбранной позиции. Предлагается сформированное в ходе исследования уравнение, которое при использовании исходных данных, содержащихся в техническом задании на проектирование, визуальном обследовании и ознакомлении с проектной документацией на здание, позволит определять величину нагрузок под опорой проектируемой конструкции и давать оценку возможности размещения трубостойки до выполнения расчетов в программных комплексах. Для разработки уравнения по установлению зависимостей факторов полезной нагрузки от антенного оборудования и величины усилий на кровлю здания под загруженной опорой трубостойки использован метод корреляционно-регрессионного анализа. Результаты исследования позволят повысить эффективность проведения изысканий, что сведет к минимуму риски пересогласований и уменьшит временные затраты на проектирование.

Разработан и исследован алгоритм непрерывной дискретной свертки на процессоре TMS320F28377D, реализованный на базе быстрого преобразования Фурье. Данный алгоритм применим для навигации мобильных роботов при вычислении временных интервалов лазерных дальномеров и веерных маяковых лазерных систем. Преимуществом является невосприимчивость лазерного излучения к радиосигналам, что обеспечивает высокую помехозащищенность, в том числе и от средств радиоэлектронной борьбы. Разработан и исследован цифровой дискретный быстродействующий полосовой фильтр высоких порядков на процессоре TMS320F28377D для навигации мобильных роботов. Предлагается применение разработанного полосового фильтра в маяковых лазерных навигационных системах с целью увеличения скорости вычисления координат мобильных роботов при решении задачи быстрой свертки. Представлен оптимальный с точки зрения минимума времени вычисления алгоритм быстрой свертки на основе цифрового непрерывного полосового фильтра Баттерворта. Разработанный фильтр Баттерворта 22-го порядка реализован на цифровом сигнальном процессоре TMS320F28377D с применением двойного буфера с параллельной записью и обработкой данных от аналого-цифрового преобразователя. Особенностью реализации полосового фильтра является его работа в режиме реального времени для поиска сигналов лазеров навигационных маяков в заданной полосе частот. Для повышения скорости обработки данных использованы два модуля прямого доступа к памяти DMA, модуль ускорителя CLA процессора TMS320F28377D. Получена корреляционная функция, вычисленная и в результате свертки исходного сигнала с эталонным сигналом заданной частоты и отфильтрованная фильтром низкой частоты методом скользящего среднего. Максимум вычисленной корреляционной функции показывает задержку времени между началом передачи импульсов маяка и временем приема на фотодиоде. Данное время задержки показывает азимут на маяк. Лазерная система маяков для навигации роботов по сравнению с радиотехнической аппаратурой обладает следующими преимуществами: меньшей погрешностью измерения дальности, небольшими размерами оптических систем по сравнению с размерами радиолокационных антенн и высокой разрешающей способностью по углам за счет узкого пучка зондирующего излучения. Высокая помехоустойчивость лазерной системы маяков, в том числе к преднамеренным помехам, позволяет решать навигационные задачи в условиях подавления глобальных навигационных систем (типа GPS и ГЛОНАСС), когда средства автономной навигации не могут полностью обеспечить данными систему управления роботами. Время выполнения свертки на процессоре TMS320F28377D составляет 1,8 мс.

Актуальность исследования динамики зубчатых передач повышается с развитием конструкций редукторных приводов - увеличением их быстроходности и повышением удельной передаваемой нагрузки. В стандартизованных методиках вопрос оценки динамических нагрузок в зубчатых передачах рассматривается ограниченно и требует значительной доработки. В статье описываются известные типы поломок и последствия высокой динамической нагруженности при работе редукторов авиационных двигателей. Проведен обзор существующих методик оценки динамики редукторов, а также предложен оригинальный подход к моделированию динамических процессов в зубчатых передачах, определению динамических нагрузок и собственных частот колебаний, сформированный на опыте исследования поломок и доводки высоконагруженных авиационных зубчатых колес. Сформулированы рекомендации по снижению виброактивности зубчатых передач на этапе проектирования, а также качественные подходы к анализу технического состояния трансмиссий на основе методов вибродиагностики. Описана динамическая модель цилиндрической зубчатой передачи, рассматривающая в качестве основного источника возбуждения крутильных колебаний и динамических нагрузок переменную жесткость зацепления. Расчет функции жесткости зацепления пары зубчатых колес с помощью метода конечных элементов позволяет оценивать влияние параметров геометрии зубьев, в том числе и микрогеометрии, например, профильной модификации. С помощью разработанной динамической модели сформулированы рекомендации к снижению уровней шума и вибраций в цилиндрических зубчатых передачах, а также диагностический признак развития усталостных трещин в ножке зуба. Динамическая модель была валидирована при экспериментальных исследованиях на натурном стенде ФАУ «ЦИАМ имени П. И. Баранова» с проведением динамического тензометрирования зубчатых колес.

В данном исследовании представлена имитационная модель для оценки производственной устойчивости роботизированной линии розлива газированных напитков в стеклянные бутылки объемом 0,5 литра. Целью исследования являлась разработка имитационной модели для анализа факторов, влияющих на стабильность работы и производственный баланс линии. Модель учитывает стохастические характеристики времени обработки на каждой станции, вероятность отказов и восстановления оборудования, а также динамику заполнения буферов, что позволяет оценить и поддерживать стабильность работы линии. В ходе моделирования были исследованы гипотезы о влиянии емкости буферов на коэффициент общей эффективности оборудования и процессы планирования ресурсов на основе данных о частоте отказов. Результаты моделирования показали, что существует оптимальное значение емкости буферов, при котором достигается максимальная эффективность линии. Разработанная имитационная модель предоставляет эффективный инструмент для анализа и оптимизации процесса управления емкостью буфера в линии розлива. Научная новизна исследования заключается в интеграции стохастических методов и динамики производственного процесса с вероятностью изменения показателей качества продукции на каждом этапе. Практическая значимость работы состоит в возможности непосредственного применения модели для оптимизации производственных линий и повышения их конкурентоспособности на рынке.

Развитие современных технологий открывает новые возможности производства и использования центроидных механизмов, в том числе планетарных роторных гидромашин. Задача профилирования некруглых зубчатых колес таких гидромашин пока не получила своего окончательного решения. Разработанные ранее методы либо не обеспечивали приемлемую форму зубьев, либо требовали наличия повышенных зазоров в зацеплениях. В данной статье задача проектирования гидромашин решается на базе анализа общих принципов строения трехзвенных центроидных механизмов. Изучаются особенности проектирования центроидных механизмов с круглыми и некруглыми колесами. Подчеркивается значение теорем Аронгольда – Кеннеди и Виллиса в геометрическом синтезе таких механизмов. Применительно к синтезу некруглых зубчатых колес планетарного механизма с плавающими сателлитами установлено, что в этом механизме переносное движение сателлитов не может осуществляться с постоянной угловой скоростью. Углубленный анализ вопроса позволил разработать более точный метод проектирования рабочего механизма планетарно-роторных гидромашин. Этот метод включает следующие этапы: выбор параметров прототипа проектируемого рабочего механизма гидромашины – исходного, расчетного круглозвенного планетарного механизма; выбор расчетных траекторий центра сателлита в системах координат, связанных с каждым из центральных зубчатых колес, которые описываются общей циклической функцией; расчет угловых положений сателлита, соответствующих различным фазам его движения; расчет поправки радиального положения сателлита, задающего профиль зубьев эпицикла; графическое построение профилей некруглых колес как огибающих производящего сателлита. Новый метод обеспечивает отсутствие интерференции зубьев и благоприятные условия передачи движения в зубчатых зацеплениях. Метод достаточно прост и может быть использован широким кругом инженеров-расчетчиков на базе отечественных программных комплексов.

Полимерные композиционные материалы в виде антифрикционных покрытий в настоящее время широко применяются в тяжелонагруженных низкоскоростных трибосистемах самых разных машин, обеспечивая значительные ресурсы узлов трения. Использование жидких смазочных материалов позволяет расширить скоростной диапазон их применения, поскольку обеспечивает переход от граничного трения самосмазыванием к жидкостному трению в условиях гидродинамики. Тогда во время пусков и выбегов будут работать покрытия, а в стационарном режиме – смазка. Движущийся в рабочем зазоре жидкий смазочный материал неизбежно содержит атмосферные газы, которые значительно влияют на эксплуатационные свойства смазочного материала, и в первую очередь на его сжимаемость. Поэтому введение параметра сжимаемости в модель позволяет более точно предсказать поведение смазочного вещества и эффективность смазки в различных режимах работы подшипника. Данное исследование включает разработку и анализ математической модели микрополярного смазочного материала в подшипнике с полимерным покрытием на опорной поверхности подшипниковой втулки. Модифицированная конструкция подшипника предусматривает наличие полимерного покрытия с канавкой, что способствует улучшению распределения смазочного материала и повышению долговечности системы. Новизна работы заключается в разработке методики инженерных расчетов конструкции радиального подшипника скольжения с полимерным покрытием при наличии канавки с учетом сжимаемости, позволяющих определить величину основных триботехнических параметров. Целью работы является оценка износостойкости модифицированной конструкции радиального подшипника скольжения при учете сжимаемости микрополярного смазочного материала. На основе уравнения движения исследуемого жидкого смазочного материала, уравнения неразрывности и уравнения состояния получены новые математические модели, учитывающие дополнительно сжимаемость смазочного материала. Результаты исследования показали, что модифицированная конструкция подшипника с нанесенным полимерным покрытием и канавкой значительно улучшает его эксплуатационные характеристики. Отмечено уменьшение коэффициента трения в сравнении с традиционными конструкциями. Модифицированная конструкция радиального подшипника скольжения позволила уточнить при учете дополнительного фактора сжимаемости смазочного материала – коэффициент трения – на 8…11 % в диапазоне исследованных режимов.

Одной из причин, ограничивающих нагрузочную способность зубчатых передач, является неполное прилегание зубьев, вызванное неточностью изготовления и деформацией деталей редуктора. Равномерное распределение контакта зубьев по всей ширине венца обеспечивают колеса, составленные из отдельных зубчатых дисков. Адаптивность зубчатого венца составного колеса достигается преодолением сил трения или упругой податливостью специальных элементов. В статье приводятся базовые конструкции составных колес с дополнительными фрикционными дисками и зубчатыми дисками, имеющими спицы. Целью исследования является количественная оценка компенсаторных возможностей составных зубчатых колес. Важнейшим параметром, определяющим адаптивность колеса, является толщина составляющих его зубчатых дисков. Рассматривается влияние на нагрузочную способность тонких зубчатых дисков: краевого эффекта при распределении контактных напряжений; устойчивости зуба как консольной балки. Исследование выполнялось с использованием аппарата сопротивления материалов и метода конечных элементов. Установлено, что лимитирующим фактором является устойчивость зуба. Без риска снижения относительной нагрузочной способности зацепления толщину зубчатого диска можно уменьшать вплоть до 0,1 модуля. Поломка зуба из-за неравномерности распределения нагрузки вдоль его оси в колесах, составленных из многих дисков, практически исключается. Неравномерность распределения контактной нагрузки снижается обратно пропорционально числу зубчатых дисков. Конструкции составных зубчатых колес с упругими элементами, в частности со спицами, по предельным углам перекоса осей зубьев несколько уступают системам, в которых используются фрикционные элементы. Тем не менее их компенсаторные возможности на порядок выше, чем у монолитных зубчатых колес.