Статья: Математические модели взаимодействия рабочего органа дорожного катка с уплотняемой грунтовой средой с точки зрения энергоэффективности (2026)

Введение. Использование при ремонте дорог с дорожными одеждами нежесткого типа, технологии холодной регенерации с укреплением асфальтогранулята, различными вяжущими, позволяет значительно увеличить межремонтные сроки, снизить материалоемкость дорожных конструкций и эксплуатационные затраты. При этом замена цемента для укрепления асфальтогранулята на комплексные медленнотвердеющие минеральные вяжущие с повышенным содержанием двухкальциевого силиката (белита) даст возможность сэкономить значительные объёмы цемента, повысить технологические параметры асфальто-гранулобетоных смесей и долговечность дорожных конструкций за счет длительного сохранения в асфальтогранулобетоне большого резерва негидротированного вяжущего. Следовательно, разработка научно обоснованных оптимальных составов комплексных минеральных вяжущих для укрепления асфальтогранулята является весьма актуальной научной и практической задачей.

Материалы и методы. Лабораторные исследования включали определение физических и физико-механических свойств исходных материалов для получения асфальтогранулобетона: нефелинового шлама, портландцемента, асфальтогранулята по стандартным методикам ОДМ 218.3.043–2015, ГОСТ 31108 2020, ОДМ 218.6.1.005–2021 соответственно. Также было выполнено определение тонкости помола, сроков начала схватывания и прочности на сжатие в возрасте 56 сут, разработанных минеральных вяжущих, по ГОСТ Р 70196–2022. Изготовление и испытание образцов асфальтогранулобетона выполнялось согласно требованиям ОДМ 218.6.1.005–2021. Помимо нормативных сроков испытания образцов в возрасте 7 и 28 сут, были произведены испытания в возрасте 270 сут.

Результаты. Дано теоретическое обоснование применения нефелинового шлама в качестве компонента комплексных минеральных вяжущих для укрепления асфальтогранулята. Разработаны оптимальные составы комплексных минеральных вяжущих класса 5,0 из нефелинового шлама, активированного 5–15% портландцемента. Рекомендованы оптимальные дозировки комплексных вяжущих 5–15% для укрепления асфальтогранулята при строительстве оснований и покрытий. Использование данных вяжущих позволит получать высокотехнологичные асфальтогранулобетонные смеси и асфальтогранулобетон повышенной долговечности при минимальном расходе цемента, что способствует увеличению межремонтных сроков и улучшению экологической обстановки.

Введение. Важной задачей является эффективное использование промышленных отходов, в частности керамического кирпичного боя (ККБ), в производстве строительных материалов, что позволяет одновременно решать экологические проблемы и повышать экономическую эффективность технологических процессов. ККБ, ежегодно образующийся в объёмах 15–20 млн т в России, обладает перспек тивными физико-механическими свойствами, позволяющими применять его в качестве вторичного сырья для создания высококачественных кладочных растворов. Особенно это актуально при разработке технологий восстановления разрушенных зданий и сооружений в ЛНД, ДНР и новых регионах России. Особую актуальность приобретает разработка таких растворов в рамках закона сродства структур, предложенного в Белгородском технологическом университете, поскольку использование материалов с близким составом и структурой обеспечивает повышенную адгезию, долговечность и эксплуатационные характеристики каменных конструкций на основе ККБ.

Цель написания статьи. Целью исследования является разработка и обоснование применения кладочных растворов с использованием тонкодисперсного наполнителя из керамического кирпичного боя, обеспечивающих повышенные эксплуатационные свойства при возведении стеновых конструкций. Для этого были решены задачи по изучению влияния наполнителей на физико-механические и адгезионные свойства растворов, анализу кинетики их твердения, оценке деформационных характеристик и исследованию микроструктуры контактной зоны с различными стеновыми материалами.

Материалы и методы. Экспериментальные исследования выполнялись в лабораториях кафедры строительного материаловедения изделий и конструкций, а анализ научной литературы – в научно-технической библиотеке Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. Работы проводились с применением стандартных методов испытаний, а также в соответствии с инструкциями по эксплуатации используемых приборов и оборудования.

Обсуждение и заключение. Исследование подтвердило, что использование тонкомолотого керамического кирпича в качестве наполнителя в кладочных растворах значительно повышает их адгезию за счёт структурной совместимости с керамическими стеновыми материалами, что соответствует закону сродства структур.

Введение. Статья посвящена исследованию особенностей внедрения транспортных инноваций в городскую среду современных мегаполисов. Описаны особенности городского транспорта современно го мегаполиса и обозначены требования к транспортному обслуживанию населения городов с учетом роста урбанизации, необходимости обеспечения устойчивого развития территорий. Сформулированы особенности и приведена типология транспортных инноваций. Представлены результаты исследования зарубежного опыта внедрения инноваций в городской транспорт крупных городов. Определены особенности государственной политики в сфере развития транспортной системы городов на примере Санкт-Петербурга. На основе изучения экспертных мнений и стратегических документов развития города отражены приоритеты и ключевые задачи развития системы городского транспорта мегаполиса. На основе изучения материалов практического использования транспортных инноваций в городской среде систематизированы по сегментам рынка характеристики ключевых участников и предложения рынка инноваций для объекта исследования. Выполнено исследование оценок и реакций жителей города на качество транспортного обслуживания в городской среде и потребности внедрения инноваций в транспортную систему города на основе имеющихся проблем. Выделены концепт-факторы как наиболее важные в оценке качества транспортного обслуживания и способов его совершенствования, а именно: развитие цифровых сервисов, инфраструктурных решений, интеллектуальных транспортных систем, их интеграции в цифровое пространство крупного города, подвижного состава общественного транспорта. На основе когнитивного моделирования выявлена сила прямого и косвенного взаимосвязанного воздействия факторов на управление качеством транспортного обслуживания мегаполиса.

Материалы и методы. Для формирования сводных материалов об использовании транспортных инноваций в городской среде с учетом ее особенностей использован метод систематизации данных. Выполнена идентификация приоритетов развития городского транспорта на основе метода обобщения. Идентификация проблемы транспортной системы Санкт-Петербурга, оценка реакций населения на качество транспортного обслуживания и описание перспективных инструментов и средств инновационной трансформации городского транспорта выполнены на основе анкетирования жителей города и опросов экспертов по транспорту городской среды мегаполиса. Использованы инструменты когнитивного моделирования влияния факторов на качество транспортного обслуживания в городской среде.

Результаты и выводы. На основе систематизации документов стратегического развития системы городского транспорта Санкт-Петербурга выполнена приоритизация задач инновационной трансформации транспортной системы путем внедрения инноваций. Выявлены оценки и реакции жителей города на целесообразность внедрения транспортных инноваций в городской среде для решения текущих и перспективных проблем транспортной системы мегаполиса. Определены основные концепты-факторы, определяющие возможности улучшения качества транспортного обслуживания жителей мегаполиса на основе когнитивной карты процесса. Направление дальнейших исследований в рамках данного предмета связано с определением величины влияния условий (к примеру, реакции населения разного возраста и социального статуса) и параметров модели, набора факторов и вариантов инновационных решений на возможности улучшения качества транспортного обслуживания населения на основе теории нечетких множеств.

Введение. В условиях крупных городских агломераций моделирование матрицы межмуниципальных корреспонденций необходимо для обоснования решений транспортного планирования. Наиболее распространённым инструментом является гравитационная модель, учитывающая пространственную удалённость между зонами, однако в агломерациях потенциально перспективен радиационный подход, опирающийся на механизм «промежуточных возможностей». При этом для агломераций крупных российских городов вопрос применимости радиационной модели до настоящего времени изучен недостаточно. Цель работы. Оценить матрицу межмуниципальных корреспонденций в пределах городской агломерации по данным сотовых операторов о поездках населения и сопоставить точность гравитационной и радиационной моделей как инструментов, необходимых для решения задач транспортного планирования.

Материалы и методы. Использованы агрегированные данные сотовых операторов о межмуниципальных поездках населения в Екатеринбургской агломерации. В качестве обобщенной стоимости поездки использовались расстояния по сети автомобильных дорог, рассчитанные на основе данных OpenStreetMap. Для калибровки гравитационной и радиационной моделей с двойным ограничением использовались метод моментов и метод бипропорциональной балансировки.

Результаты. Выполнена калибровка моделей, построены прогнозные матрицы корреспонденций, и проведена валидация по наблюдаемым потокам. Показано, что оба подхода адекватно воспроизводят основные направления типа «ядро–спутники», однако на потоках средней величины и на связях между городами-спутниками проявляются различия, обусловленные разными механизмами формирования перемещений в моделях. По абсолютным метрикам точности небольшое преимущество демонстрирует гравитационная модель, тогда как по относительным ошибкам более устойчивые результаты показывает радиационная. При этом показатели тесноты связи между наблюдаемыми и модельными потоками высокие для обеих моделей.

Заключение. Результаты подтверждают сопоставимую объясняющую способность гравитационного и радиационного подходов при моделировании матрицы межмуниципальных корреспонденций. При этом радиационная модель является более предпочтительной с точки зрения практического использования в силу своей простоты и отсутствия калибруемых параметров

Введение. Актуальность исследования обусловлена необходимостью перехода от кумулятивного учёта дорожно-транспортных происшествий (ДТП) к динамическим методам оценки, позволяющим выделять точки с наиболее актуальным риском для целевого распределения ресурсов. Целью работы является создание и апробация метода температурного ранжирования для интеллектуального выявления и ранжирования локальных очагов аварийности.

Материалы и методы. В основе метода лежит расчёт интегрального показателя «температуры» для точки дорожной сети как суммы взвешенных вкладов всех ДТП, произошедших в её окрестности, с экспоненциальным затуханием вклада по времени. Используемые подходы включают пространственно-временную кластеризацию, параметрическое взвешивание видов ДТП по критериям частоты и управляемости и математическое моделирование с параметром памяти (τ). Методологический аппарат реализован в виде программного модуля на PHP, интегрируемого в системы анализа данных.

Результаты. 1. Формализован алгоритм, количественно дифференцирующий риск в точках с одинаковым числом ДТП, но разной структурой и свежестью событий. 2. Предложена и обоснована трёхуровневая система весов видов ДТП. 3. На реальных данных трёх перекрёстков г. Калининграда (2022–2024 гг.) проведена сравнительная апробация, показавшая корректное ранжирование локаций по уровню актуального риска.

Обсуждение и заключение. Научная новизна заключается в синтезе пространственной близости, временной релевантности и типологической значимости событий в едином адаптируемом показателе. Практическая значимость метода состоит в предоставлении органам управления дорожным хозяйством и ГАИ инструмента для обоснованного формирования планов по снижению аварийности на улично-дорожных сетях.

Введение. Значительно увеличить грузоподъемность двухосного мотовездехода с сохранением его подвижности и без внесения значительных изменений в серийную конструкцию позволяет предложенный Г. О. Котиевым в патенте RU218304U1 монтируемый модуль третьей оси, оснащенный электроприводом. Применение комбинированных трансмиссий в транспортных средствах дает возможность использовать энергию более эффективным способом, но их задействование в составе средств малой механизации, таких как мотовездеход, недостаточно исследовано, так как не учитывают конструктивные особенности и условия движения средств малой механизации, в том числе новой конструкции. В данной работе производится исследование подходов к управлению гибридной силовой установкой мотовездехода с электроприводом третьей оси.

Материалы и методы. В данной работе проводится исследование методом имитационного моделирования с целью определения наиболее эффективного подхода к управлению приводом при движении по твердым опорным основаниям с различными характеристиками неровностей. Для суммирования, анализа затрат энергии и сопоставления эффективности тепловой и электрической машины был предложен новый критерий, связывающий плотность энергии в батареи и массовый расход бензина. В итоге позволяет через массу израсходованного топлива и условной массы израсходо ванной батареи производить оценку. Такой критерий актуален для мотовездеходов ввиду ограниченной грузоподъемности. Для снижения потерь на буксование был предложен алгоритм, основанный на методе косвенной оценки вертикальной реакции. Данный метод дает возможность производить оценку вертикальной реакции и корректировать подводимый к колесам крутящий момент без применения в конструкции датчиков сил.

Результаты. Проведен анализ научной литературы в области рационального управления гибридными силовыми установками и индивидуальным приводом. Создана математическая модель движения мотовездехода по неровностям, которая учитывает массовый расход топлива и разряд батареи. Предложены алгоритмы формирования уставок и повышения эффективности, в том числе с использованием нового критерия оценки.

Обсуждение и заключение. Проведенное исследование установило границы характеристик неровностей опорного основания при использовании двух подходов к применению уставок и показало эффективность разработанных алгоритмов повышения эффективности, что позволяет создать комплексный закон управления мотовездеходом с гибридной силовой установкой.

Практическое значение. Практическая значимость заключается в результатах программной реализации предложенных подходов к эффективному управлению гибридной силовой установкой мотовездехода новой конструкции в условиях движения по дорогам с неровностями различного типа для предприятий транспортного машиностроения.

Оригинальность. Рассматриваемое транспортное средство представляет собой пересечение нескольких направлений исследований. Первое направление включает в себя исследования движения автомобилей с параллельной гибридной схемой трансмиссии в городских условиях, где не учитываются неровности дороги. Второе направление посвящено движению транспортных средств с индивидуальным приводом вне дорог. Полученные результаты позволяют обратить данный дуализм в закон эффективного с точки зрения средства малой механизации управления.

Введение. Актуальность исследования обусловлена необходимостью количественного обоснования планирования парковочного пространства как элемента единой транспортной системы. В работе изучены особенности функционирования парковочной территории: заполняемость, интенсивность заездов и выездов, продолжительность пребывания, интервалы между заездами. На основе натурных наблюдений установлены статистические закономерности и выполнена верификация имитационной модели. Проведено исследование особенностей функционирования парковочной территории, включая анализ заполняемости мест, интенсивности заездов и выездов, продолжительности пребывания и интервалов между заездами автомобилей, а также других ключевых показателей. Наблюдения осуществлялись в течение одной осенней недели 2024 г.

Материалы и методы. Натурное исследование проводилось с использованием стационарных систем фото- и видеофиксации «Азимут ДТ». Обработка полученных данных выполнена с помощью методов математической статистики, включая оценку законов распределения, корреляционный анализ и применение критерия Колмогорова. Для прогнозирования работы парковочной системы разработана имитационная модель, реализованная в среде AnyLogic.

Результаты. Количественные данные были собраны с помощью стационарных систем фото- и видеонаблюдения, обеспечивающих постоянный контроль за расположением автомобилей на парковке в течение всего периода исследования. Основные показатели функционирования парковочной территории показывают зависимость от дня недели, что необходимо учитывать при планировании, расположении и эксплуатации городской парковочной инфраструктуры. Проведённый корреляционный анализ подтвердил наличие функциональной связи между интенсивностью заездов и выездов автомобилей на парковочной территории и транспортным потоком на прилегаю щей дороге. Полученные результаты использованы при разработке имитационной модели парковочной территории. Выполнено сравнение данных вычислительного моделирования с результатами натурных измерений. Резельтаты, полученные при проведении исследования, полезны для организации движения транспорта по городской улично-дорожной сети, при зонировании и планировании городской территории, могут служить основой для разработки и оценки градостроительных и архитектурно-планировочных решений. Получены осреднённые значения интенсивности заездов и интервалов между ними (6,7–14,5 мин). Гипотеза об экспоненциальном распределении интервалов отвергнута. Гипотеза о пуассоновском потоке для малых интервалов (2 мин) согласуется с данными. Выявлена и аппроксимирована линейная корреляционная связь интенсивностей въезда/выезда с интенсивностью транспортного потока на прилегающей дороге (R = 0,81–0,86). Сравнение натурных и модельных кривых по чебышёвской норме показало расхождение 0,0058–0,0891.

Обсуждение и заключение. Подтверждена функциональная зависимость параметров парковочной территории от внешнего трафика. Разработанная имитационная модель адекватно воспроизводит функционирование парковочной территории. Результаты могут быть рекомендованы для градостроительного планирования и организации парковочных территорий, сопоставимых с рассматриваемой, однако разработанная методика может быть распространена на другие объекты парковочной инфраструктуры с целью рационального использования городских ресурсов и улучшения транспортной системы.

Введение. Дизельные двигатели остаются основным типом силовых установок для грузового транспорта и специальной техники, при этом в ближайшей перспективе их массовое замещение электрической тягой маловероятно. В этих условиях актуальной задачей является контроль технического состояния двигателя, в частности цилиндро-поршневой группы, ресурс которой определяет долговечность силового агрегата. Износ ЦПГ в процессе эксплуатации приводит к ухудшению основных эксплуатационных показателей двигателя. Несмотря на наличие различных методов диагностики, большинство из них отличается высокой трудоемкостью либо носит относительный характер. Наиболее надежные способы требуют применения внешних диагностических средств, тогда как бортовые системы самодиагностики позволяют оценивать состояние двигателя лишь косвенно. В связи с этим целесообразным является развитие методов оценки изношенности двигателя с использованием параметров, доступных для бортового контроля, таких как расход картерных газов.

Материалы и методы. Исследование зависимости расхода картерных газов с увеличением зазора в поршневом кольце от диаметра цилиндров проводилось математическим путем. В исследовании участвовали различные модели дизельных двигателей легкового и коммерческого сегмента. Для проведения исследования были выбраны дизельные двигатели с различными характеристиками, включая диаметр цилиндров в диапазоне от 83 до 144 мм и рабочий объем от 2 до 16,0 л. Для обработки данных применялись методы регрессионного анализа в программной среде MATLAB, в результате чего получены закономерности изменения расхода картерных газов через неплотности цилиндров и пропорциональная им величина – разность расходов воздуха с замкнутой системой вентиляции картера и при изоляции сапуна от впускного тракта. Дополнительно проводилась проверка адекватности модели путем сравнения расчетных данных с экспериментальными замерами в лабораторных и полевых условиях.

Обсуждение и заключение. Закономерность, полученная в ходе исследований, позволяет узнать степень изношенности цилиндропоршневой группы по значению расхода воздуха, измеренного штатными средствами бортового диагностирования, причем измерения проводятся с подсоединенным патрубком принудительной вентиляции картера и при изолировании данного патрубка от измерительного тракта в идентичных условиях. Научный вклад работы заключается в экспериментальном обосновании количественной связи между разностью расхода воздуха в двух режимах измерения (с подключенным и изолированным патрубком вентиляции картера) и степенью износа ЦПГ, что ранее в литературе не было представлено в виде явной диагностической закономерности, пригодной для использования со штатными датчиками. Установлено, что измерение разности расхода воздуха является надежным индикатором износа ЦПГ, позволяя прогнозировать состояние двигателя без применения инвазивных методов диагностики. В заключение исследования подчеркивается важность регулярного контроля состояния ЦПГ для поддержания оптимальных рабочих характеристик и продления срока службы двигателя. Дальнейшие работы рекомендуется направить на интеграцию предложенной методики в бортовые диагностиче ские системы.

Введение. Системы пассажирских перевозок крупных городов характеризуются большими масштабами развития, динамичностью и высоким уровнем неопределённости. Их функционирование носит двойственный характер: с одной стороны, они должны обеспечивать потребности населения в передвижениях с сохранением достаточного уровня качества транспортного обслуживания населения, с другой стороны, вносить вклад в развитие экономики города, региона, страны. Всё это определяет необходимость как оперативного, так и стратегического контроллинга городских пассажирских перевозок, который включает в себя, в частности, оценку результативности. Такая оценка необходима специалистам в области транспорта для формирования системы мер и воздействий, направленных на улучшение процессов внутри системы. Материалы и методы. Нечеткая логика широко применяется в настоящее время для решения управленческих задач, в частности, для оценки функционирования сложных процессов и систем. Она позволяет выводить интегральные значения на основе большого количества разнородных исходных данных, учитывая многомерность системы. Результаты. Сформирован алгоритм оценки результативности систем городского пассажирского транспорта общего пользования, основанный на положениях теории нечёткой логики. Предложенный алгоритм позволяет определять результативность транспортного процесса по нескольким направлениям: в рамках отдельного показателя, по блокам (областям) оценки результативности, для каждого участника и для всей системы в целом. Новизна исследования заключается в том, что в процессе реализации алгоритма нечёткой логики предложен новый механизм нечеткого вывода, сочетающий простоту реализации и эффективность расчета. Обсуждение и заключение. Сформированный алгоритм позволит специалистам в области транспорта оперативно осуществлять оценку, выявлять «слабые» места развития системы и своевременно принимать меры по их устранению. Научная ценность исследования заключается в формировании научных положений по расчету результативности сложных систем с использованием положений теории нечеткой логики. Сформированный алгоритм реализуется в специально созданном для целей исследования программном обеспечении.

Введение. Технология холодного ресайклинга является эффективным решением для ремонта дорожного покрытия. Однако детали рабочего оборудования смесительной камеры ресайклера одновременно подвергаются значительному механическому износу, ударным нагрузкам от переработанного асфальтобетона и агрессивным химическим воздействиям, связанным с битумно-водными эмульсиями. Совокупное влияние этих факторов приводит к сложным механизмам разрушения, которые значительно сокращают срок службы рабочего оборудования. Материалы и методы. Настоящее исследование сосредоточено на оценке и разработке оптимизированных систем полимерно-композитных покрытий для деталей смесительного оборудования ресайклеров. Предлагаемый подход основан на выборе матричных смол, включая эпоксидные и полиуретановые системы, и их сочетании с многофункциональными наполнителями, включая твердые смазочные добавки, армирующие наполнители, а также нано- и микрофазные компоненты. Результаты. При проведении исследований применяется методика многокритериальной оптимизации для достижения сбалансированного сочетания механических, физико-химических и эксплуатационных свойств, включая адгезионную прочность, баланс твердость–упругость, сопротивление истиранию, снижение трения, ударную прочность, химическую и термическую стабильность, а также практическую применимость и технологичность. Обсуждение и выводы. Результаты показывают, что эпоксидные матрицы, армированные гибридными нано- микронаполнителями и дополненные твердыми смазочными добавками, существенно повышают срок службы покрытия, улучшают трибологические характеристики и снижают отслаивание покрытия и адгезию битумной смеси, сохраняя при этом разумную стоимость и технологичность. Кроме того, предложенная стратегия проектирования обеспечивает новый прикладной подход к разработке защитных покрытий для рабочего оборудования других промышленных отраслей, где требуется устойчивость к сочетанным абразивным, ударным и химически агрессивным воздействиям.

Введение. Самоходные виброплиты – грунтоуплотняющие машины с плоским рабочим органом, обеспечивающие послойное уплотнение грунта слоями небольшой толщины. В зависимости от способа передвижения выделяют нереверсивные и реверсивные виброплиты. Разработка виброплит требует обоснования ряда технических характеристик, к которым относятся вынуждающая сила, частота колебаний вибровозбудителя, длина и ширина основания, мощность двигателя, относительная вынуждающая сила и др. Для обобщения накопленного опыта производства, а также выявления особенностей в технических характеристиках реверсивных и нереверсивных виброплит, был проведен статистический анализ.

Материалы и методы. В работе исследуются 644 модели нереверсивных и 484 модели реверсивных виброплит. Данные о технических характеристиках рассматриваемых моделей брались с официальных сайтов производителей, а также с сайтов их дилеров. Уравнения регрессии и коэффициенты детерминации получены в программе Microsoft Excel.

Результаты. Определены диапазоны изменения технических характеристик для нереверсивных и реверсивных виброплит. Получены уравнения регрессии и коэффициенты детерминации для взаимосвязей длины и ширины основания, мощности двигателя, вынуждающей силы, частоты колебаний вибровозбудителя и относительной вынуждающей силы от массы нереверсивных и реверсивных виброплит. Большинство полученных зависимостей имеют средние и низкие значения коэффициента детерминации.

Заключение. Диапазоны изменения значений большинства параметров нереверсивных и реверсивных виброплит совпадают в соответствующих диапазонах масс. Исключение составляют только относительная вынуждающая сила и частота колебаний вибровозбудителя, где для нереверсивных виброплит наблюдается существенный разброс значений. Диапазоны значений масс также различаются, причем диапазон значений масс реверсивных виброплит почти полностью перекрывает соответствующий диапазон нереверсивных виброплит. Средние и низкие значения коэффициентов детерминации и значительный разброс отдельных параметров позволяют предположить, что у производителей отсутствует общепринятая методика их обоснования. При выполнении дальнейших исследований целесообразно разделять реверсивные и нереверсивные виброплиты, поскольку их технические характеристики, механизм передвижения и распределение напряжений по контактной поверхности с грунтом различаются. Для повышения эффективности виброплит целесообразно исследовать влияние соотношения масс рамы и основания виброплиты, а также характеристик амортизаторов с целью обеспечения требуемой для эффективного уплотнения грунта продолжительности действия контактных напряжений.