СИСТЕМЫ. МЕТОДЫ. ТЕХНОЛОГИИ

Одним из исследовательских направлений в области переработки отходов промышленного производства полимерных материалов является получение низкомолекулярных полимеров (олигомеров). Они довольно широко используются в процессе разработки композиционных составов, нашедших применение в различных областях, в том числе и для повышения физико-механических показателей древесины, а также материалов на ее основе. В настоящей работе представлены результаты проведенного экспериментального исследования гидрофобной стойкости натуральной древесины на примере березы, модифицированной специальным составом на основе побочных продуктов деструкции некондиционного бутадиен-нитрильного каучука марки СКН-18 СНТ с молекулярной массой Мw= 18 тыс. в сочетании с нафтенатным сиккативом НФ-1. В качестве объекта исследования были выбраны бруски древесины березы размером 20x20x30 мм и плотностью 630 кг/м3. Содержание деструктированного каучука СКН-18 СНТ в образцах после пропитки составило 10,7-13,8 %. Методом ИК-Фурье-спектроскопии в полученном продукте деструкции обнаружены кислородсодержащие группы. Наличие этих групп способствует химическому взаимодействию с компонентами древесины. За счет этого взаимодействия происходит формирование древесно-полимерного каркаса. В рамках проведенного полнофакторного эксперимента было установлено, что модифицированная продуктами отходов термоокислительной деструкции бутадиен-нитрильного каучука древесина обладает более низкими значениями водопоглощения и разбухания в радиальном и тангенсальном направлениях по сравнению с натуральной древесиной. Получены регрессионные модели, определяющие количественные зависимости водопоглощения и разбухания от трех технологических параметров - длительности пропитки древесного образца модифицирующим составом, значений температуры, при которой происходит его пропитка, и термической обработки. Применение предложенной модифицирующей композиции направлено на утилизацию некондиции, а также вторичных продуктов производства акрилонитрильных каучуков.

В промышленных масштабах на основе побочных продуктов производства полибутадиена был произведен выпуск олигомеров, которые многие годы применяются в лакокрасочной промышленности. Наилучшими характеристиками обладали низкомолекулярные сополимеры, приготовленные из побочного сырья от производства полибутадиена и содержащие в своем составе стирол в количестве 70-80 %. В работе исследована технология модифицирования древесно-волокнистых плит смесью олигомеров из побочных продуктов производства полибутадиена и стирола. Полученный олигомер на основе побочных продуктов производства полибутадиена и стирола совмещали с лаком кубового остатка ректификации стирола. Дозировку лака на олигомер выдерживали в количестве 10, 20, 30 и 40 %. Общее содержание стирольного компонента в олигомерной смеси составляло 60, 70, 80 и 90 %. В полученную олигомерную смесь вводили 5,0 % сиккатива НФ-1. Пропитку древесно-волокнистых плит в олигомерно-сиккативном растворе осуществляли в течение 1 мин. Сравнение осуществляли с образцами древесных плит без модифицирующей обработки и с ДВП, обработанными талловым маслом. Как следует из анализа молекулярно-массовых показателей предлагаемого олигомерного продукта, он легко и на достаточную глубину способен проникать в структуру древесно-волокнистой плиты. Этому способствует и повышенная температура пропитывающего состава, обеспечивающая снижение его вязкости и удаление влаги из плит. Показано, что прочность модифицированных древесно-волокнистых плит возрастает с повышением содержания стирола в пропитывающем олигомере. Полученные на основе побочных продуктов нефтехимии пропитывающие составы позволяют придать изделиям из ДВП улучшенный внешний вид, устойчивость к действию агрессивных сред, водо- и влагостойкость. Использование полученных олигомерных продуктов позволит утилизировать отходы нефтехимической промышленности.

Недостатки материалов из древесины без обработки специальными составами - это низкая огнестойкость и биозащита, что сокращает возможности их использования для строительства и эксплуатации в условиях высокой влажности атмосферы и критических температур воздействия на древесину. Обработка с использованием разного рода и состава антипиренов существенно повышает огнезащитные свойства древесины, но является фактором роста потребления пропитывающих растворов. Очевидна всевозрастающая потребность в круглом лесе и пиломатериалах в строительстве, в связи с чем вопрос сохранения первоначальной структуры древесины с целью повышения огнезащитных свойств требует все более серьезного подхода к этой проблеме. Стремительное увеличение использования композиционных материалов также требует новых исследований и подходов к проблеме огнезащиты как применительно к поверхностной обработке материалов, так и в области технологий производства. Сохранение структуры древесины может быть достигнуто путем смешивания разных по составу жидкостей, порошков и красок, которые могли бы стать защитным слоем от возгорания для изделий на основе древесины. Другой аспект использования этих составов касается защиты древесины от микроорганизмов и насекомых. Отсюда целью исследования является изучение эффективности огнезащитного состава на основе жидкого стекла с применением в качестве добавки кварцевой крошки. Эксперименты показали, что можно добиться наиболее высокого огнезащитного эффекта без применения дорогих сертифицированных средств, путем добавления кварцевой крошкой от 25 до 40 %. На основе проведенных исследований установлено, что наименьшие потери по массе наблюдались у образцов, покрытых жидким стеклом с добавлением кварцевой крошки.

В предлагаемой статье установлено много конструкций размыкающихся предохранительных муфт, которые имеют разные механизмы размыкания, автоматически разъединяющие рабочие элементы при срабатывании последних. П роанализированы 5 групп размыкающихся муфт, отличающихся между собой механизмом размыкания. Указано, что предохранители, относящиеся к группам 1, 2, 3, 4 имеют сложную конструкцию, подвержены частым поломкам при работе, и при их изготовлении возникают большие сложности, тогда как предохранители 5-й группы, имеющие шарики, которые движутся по наклонным выступам, лишены указанных недостатков. Отмечено, что новая размыкающаяся муфта с механизмом размыкания в своей конструкции может иметь два вида: а) с рабочими элементами, имеющими кулачковые шайбы; б) с рабочими элементами, имеющими фрикционные накладки. Необходимо сказать, что муфты первого вида более предпочтительны, так как кулачковые шайбы функционируют, одновременно выполняя две функции - работают в виде рабочих элементов и служат механизмом для размыкания, а также имеют значительно меньший диаметр, в отличие от муфт второго вида. В статье рассмотрены устройство, работа, а также достоинства предохранителя первого вида, связанные с тем, что муфта имеет высокую надежность в работе: после срабатывания, когда муфта буксует, динамические нагрузки не возникают и равны нулю, и передаваемый крутящий момент можно регулировать. Были получены силовые характеристики муфты, а также схемы сил, которые действуют на муфту, когда она в рабочем положении и после срабатывания. Выявлено, что разработанный предохранитель полностью снимает динамические нагрузки, рабочие элементы муфты практически не изнашиваются, а передаваемый крутящий момент, используя механизм регулирования, будет более точным. На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что защита машин, оснащенных размыкающимся предохранителем, может быть повышена, если отношение среднего диаметра расположения кулачков к диаметру вала меньше или равно единице, и предложенную муфту можно будет применять на машинах в лесном хозяйстве.

В статье рассмотрены результаты опытов по уплотнению грунтов, укрепленных шлакосиликатным вяжущим при различных уплотняющих нагрузках методом стандартного уплотнения. В ходе проведенных экспериментов установлено, что при укреплении грунтов шлакосиликатным вяжущим коэффициент уплотнения должен быть не менее 1, в противном случае не будет получена расчетная прочность укрепленного грунта. Также рассмотрены необходимость измельчения при укреплении связных грунтов и влияние тонкости помола на гидравлическую активность фосфорных гранулированных шлаков, приведены результаты исследований образцов шлакосиликатогрунтов из грунтовых смесей различного агрегатного состава. Определено, что чем больше степень измельчения шлака, тем выше прочность шлакосиликатного вяжущего, а, следовательно, активность шлака. Такое изменение активности шлака в зависимости от тонкости помола происходит из-за увеличения поверхности взаимодействия шлака с жидким стеклом, вследствие чего происходит более полная гидратация шлака. При дальнейшем увеличении тонкости помола происходит агрегация частиц шлака, которая ведет к снижению поверхности взаимодействия шлака с жидким стеклом. По этим же причинам увеличение тонкости помола не только вызывает увеличение гидравлической активности шлака, но также вызывает интенсификацию процессов твердения, особенно в начальные сроки. Таким образом, сделан вывод о том, что изменение тонкости помола влечет за собой изменение гидравлической активности шлака, при этом чем выше степень измельчения шлака, тем выше его гидравлическая активность. Также установлена степень размельчения шлака для его наивысшей гидравлической активности.

Эффективным направлением строительства конструктивных слоев дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог является технология дисперсного армирования цементогрунтовых композиций волокнами фибры с получением фиброцементогрунта. В целях исследования прочностных показателей проведены лабораторные испытания прочности на сжатие и прочности на растяжение при раскалывании фиброцементогрунтовых образцов на основе природного грунта - суглинка тяжелого песчанистого различных составов с содержанием портландцемента от 4 до 8 % по массе сухого грунта, добавки базальтового фиброволокна от 0 до 4 % от массы сухого грунта с длиной волокон от 5 до 45 мм. Установлено, что прочностные показатели фиброцементогрунта зависят от содержания не только портландцемента, но и базальтового фиброволокна и длины его волокон. Для достижения максимальных показателей прочности на сжатие и прочности на растяжение при раскалывании фиброцементогрунта оптимальное содержание базальтового фиброволокна составило 2,0-2,5 % от массы сухого грунта при длине волокон 25 мм и при содержании портландцемента от 4 до 8 % от массы сухого грунта. Добавка базальтового фиброволокна 2,0 % от массы сухого грунта при длине волокон 25 мм позволяет увеличить прочность на растяжение при раскалывании (от 12,5 до 21,2 %) и прочность на сжатие (от 7,9 до 17,4 %) по сравнению с цементогрунтом с содержанием от 4 до 8 % портландцемента без добавки фибры. Наибольшая эффективность добавки фиброволокна проявляется в увеличении прочности на растяжение при раскалывании и, следовательно, трещиностойкости фиброцементогрунта. Кроме того, эффективность фиброволокна увеличивается при повышении содержания в составе фиброцементогрунтовой смеси портландцемента, что обеспечивает условия для формирования прочной структуры цементогрунтовой матрицы, способной устойчиво удерживать волокна.

Эффективность освоения лесосырьевых баз зависит от развития и транспортно-эксплуатационного состояния лесовозных автомобильных дорог. Одной из главных проблем строительства автомобильных дорог в лесной зоне является недостаток основных дорожно-строительных инертных материалов - песка, щебеночно-песчаных смесей, щебня, что значительно удорожает стоимость и увеличивает сроки работ. В данных условиях применение технологии строительства дорожных одежд из местных укрепленных грунтов позволяет частично или полностью избавиться от необходимости использования инертных дорожно-строительных материалов и таким образом существенно снизить стоимость и увеличить скорость строительно-монтажных работ. После освоения лесных участков временные лесовозные дороги подлежат рекультивации. При этом цементогрунтовые слои дорожных одежд целесообразно повторно использовать в качестве дорожно-строительного материала. В статье представлен способ повторного использования цементогрунтовых слоев рекультивируемых конструкций дорожных одежд для устройства новых лесовозных автомобильных дорог. Проведено исследование физико-механических свойств регенерируемой грунтовой смеси на основе гранулята, полученного после фрезерования цементогрунтовых слоев конструкций лесовозных автомобильных дорог. На основании результатов лабораторных испытаний прочности на сжатие, прочности на растяжение при раскалывании и коэффициента морозостойкости регенерируемой грунтовой смеси различных составов доказана возможность использования и получены оптимальные составы смеси цементогрунтового гранулята совместно с добавками портландцемента, золы-уноса ГРЭС, местных грунтов и воды для устройства слоев оснований и покрытий дорожных одежд. В целях повышения трещиностойкости регенерируемой грунтовой смеси предложено использование добавок фибры. Установлено увеличение физико-механических показателей регенерируемой грунтовой смеси с добавкой фибры на основе базальтового волокна и золы-уноса ГРЭС. Доказана эффективность применения добавок фибры и золы-уноса ГРЭС в составе регенерируемой грунтовой смеси для устройства дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог.

В Российской Федерации весьма остро стоит вопрос повышения экологической эффективности лесопользования, иначе говоря, снижения техногенной нагрузки на лесные экосистемы. И, прежде всего, снижения негативного воздействия движителей лесных машин на почвогрунты. При этом речь идет не только о повреждениях почвогрунтов, возникающих при проведении рубок спелых и перестойных лесных насаждений, но и о повреждениях, наносимых при проведении различных лесохозяйственных мероприятий, включая лесовосстановительные работы, рубки ухода за лесом и т. д. В ряде случаев, например, в особо защитных участках леса лесосечные и лесохозяйственные работы не проводятся, но может возникнуть необходимость прохождения через них техники для того, чтобы добраться до находящихся за ними лесных участков, например, для борьбы с лесными пожарами и т. д. В таких случаях необходимо практически полностью исключать негативное воздействие движителей лесных машин на почвогрунты при перемещении машин и персонала. Хорошими защитными свойствами для решения рассматриваемой задачи обладают сборно-разборные дорожные конструкции. В статье представлены результаты сравнительных испытаний различных вариантов сборно-разборных дорожных конструкций с точки зрения их возможностей защитить почвогрунты от негативного воздействия движителей лесных машин. Результаты исследований коррелируются с ранее полученными результатами предшественников в других природно-производственных условиях.

В статье приведены результаты исследования по определению влияния территориально-географического расположения участков заготовки круглых лесоматериалов на основные физико-механические показатели древесины при производстве конструкционных материалов. Для проведения исследования применяли специальные образцы радиальных разрезов ели аянской, которая произрастает в южных материковых лесах Дальнего Востока. По результатам обработки сканированных поверхностей радиальных разрезов установлено, что древесина ели аянской, произрастающей в высотных местностях Хабаровского края, характеризуется более стабильными показателями числа годичных слоев на 1 см древесины радиального разреза. Поэтому исследования свойств древесины, произрастающей на различной высоте над уровнем моря, выполнены для ели аянской, растущей в Приморском крае. Проведенные исследования показали, что толщина поздней зоны древесины ели аянской Приморского края мало зависит от высотности местности ее произрастания и составляет в среднем 0,13±0,04 мм. Установлено, что круглые лесоматериалы, заготовленные в среднегорном массиве Сихотэ-Алиня Приморского края, по показателю плотности соответствуют требованиям ГОСТ 33080-2014 и могут быть использованы при производстве пиломатериалов конструкционного назначения. При этом класс прочности пиломатериалов по показателю плотности «марка С» ограничивается классом С24, и «марка Т» - классом Т14, поскольку значение средней плотности древесины ели аянской на исследуемых территориях не превышает 450 кг/м3. В целом пиломатериалы, производимые из бревен, заготовленных в условиях высотности местности в пределах 200…650 м над уровнем моря, можно классифицировать как конструкционные по физико-механическим показателям при соблюдении нормированных ограничений пороков и строения древесины, учитываемых при визуальной сортировке.

Приводы многоцилиндровых сушильных частей бумагоделательных машин содержат промежуточный (паразитный) шестеренный привод, который передает вращение и крутящие моменты от приводной шестерни к шестерням сушильных цилиндров группы. Одновременно с шестеренным приводом сушильные сетки, получая вращение от сушильных цилиндров, приводят во вращение сетковедущие валы. Таким образом, в сушильных частях применяют две последовательно работающих передачи, шестеренную для вращения сушильных цилиндров и сеточную - для вращения сетковедущих валов. Широкое применение синтетических сушильных сеток позволяет отказаться от паразитного шестеренного привода, заменив его сеточным. Замена паразитного шестеренного привода сеточным значительно сокращает количество зубчатых передач и снижает энергоемкость приводов. В работе исследовано влияние изменения длины сетки сушильной части бумагоделательной машины от температуры, времени и силы нагружения сетки. Рассмотрены свойства синтетических сеток, в том числе данные о допустимой нагрузке сеток. Показан расчет перехода из размеров натуральной сетки к модели-образцу. Для эксперимента приведены расчет необходимых времени, температуры и нагружения в соответствии с натуральными режимами работы сеточной части бумагоделательной машины. Проведен статистический анализ обработки полученных данных. Выполнен пересчет данных экспериментальной модели к натуральной сетке. Как отмечено в выводах, переход от экспериментальных данных увеличения длин и к увеличению длины сетки сушильной части выполнен с применением передаточной функции, включающей масштабы подобия. Получены следующие предельные значения увеличения длины сетки сушильной части: мм = 1,288 м; мм = 2,014 м. Перемещение сетконатяжного вала для начального натяжения равно 2,07 м, а относительное начальное удлинение сетки составляет 6,7 %.

Комплексное использование древесного сырья, получение возобновляемых биоэнергоресурсов - это современный тренд лесной промышленности развитых стран. Производство щепы из лесосечных отходов - один из технологических элементов рационального, экономного природопользования в интересах повышения выхода полезного валового продукта с единицы лесной площади и снижения негативного экологического влияния лесозаготовок. В работе рассмотрен вопрос моделирования технологического процесса производства щепы из лесосечных отходов посредством применения мобильных рубительных машин. Актуальность имитационного моделирования объясняется существенными преимуществами, реализуемыми в современных графоаналитических пакетах программ, а также ограничениями, связанными с возможность и экономической целесообразностью натурного физического эксперимента с реальными машинами. В статье кратко приведена информация о работах других авторов в предметной области исследования. Имитационная модель работы мобильной рубительной машины разработана в среде имитационного моделирования AnyLogic. Имитационная модель является комбинированной агентно-дискретно-событийной моделью. В работе представлен алгоритм взаимодействия рубительной машины, транспортера щепы и предмета труда. Модель предусматривает возможность варьирования значительного числа факторов в интересах адаптации к конкретным лесоэксплуатационным и технологическим условиям. Применение разработанной имитационной модели позволяет провести программную симуляцию процесса очистки лесосеки от отходов в виде порубочных остатков посредством их переработки на щепу с последующим перемещением на склад хранения. Имитационный эксперимент позволяет оценить степень влияния различных факторов на целевые показатели производительности, загруженности и затрат на производство. Материалы работы могут использоваться для совершенствования технологий очистки лесосек, принятия решений при определении состава и сочетания технологического оборудования, необходимого для производства щепы на лесосеке.

Колесные тракторы, использующиеся в лесозаготовительном производстве, сельском и лесном хозяйстве, отличаются большой вариативностью конструктивных параметров и эксплуатационных характеристик. От них напрямую зависят показатели экологической эффективности - воздействия техники на окружающую среду (например, вес машины и параметры движителя определяют глубину колеи и уплотнение почвогрунта) и эксплуатационной эффективности - производительности, энергоемкости (так, например, грузоподъемность и грузовая скорость машины во многом определяют время цикла трелевки). Подбор техники, наилучшим образом совместимой с природно-производственными условиями, параметры которой обеспечивают требуемые показатели экологической и эксплуатационной эффективности, является нетривиальной научно-практической задачей. Для упрощения процесса принятия решений при выборе машин предложены различные классификации техники, что позволяет рассматривать не каждую конкретную модель, а определенный класс с учетом типа природно-производственных условий. В настоящей статье проанализированы сведения о 102 моделях колесных тракторов с формулой 4х4. При обработке данных использован алгоритм кластеризации данных k-средних с метрикой Евклида (k-means). Число кластеров подобрано итерационным путем на основе результатов анализа функции суммарной ошибки разбиения объектов на кластеры (метрика inertia). Программа для проведения расчетов подготовлена на языке Python; расчеты выполнены в среде Google Colab, использована библиотека sklearn. Классификация предложена на основе обобщения результатов разметки объектов.

Целью данного исследования является повышение эффективности энергообеспечения технологических процессов в лесном комплексе путем разработки автономного источника энергии на древесном топливе. В работе выполнен обзор применяемых технологий и перспективных разработок в мире и в России для производства электрической энергии на основе древесного топлива на электростанциях малой мощности. Выявлена перспективность применения энергоустановок на основе газовых турбин для преобразования энергии древесных отходов лесозаготовок и лесопиления с целью производства электрической энергии - как использующих продукты прямого сгорания древесины, так и с использованием промежуточной газификации твердого древесного топлива. Также рассматривался вопрос перспективности применения в лесном комплексе оборудования с электрическим приводом вместо двигателя внутреннего сгорания на традиционном моторном топливе. Для достижения поставленной цели в работе решались задачи имитационного моделирования мини-электростанции на древесных отходах. Полученные результаты имеют практическое значение для прогнозирования показателей автономных источников энергии в лесном комплексе на основе газовых турбин и турбин органического цикла Ренкина на древесном топливе при работе в различных условиях окружающей среды. Результаты имитационных экспериментов в виде основных технологических параметров и параметров эффективности мини-электростанции на генераторном газе из древесины могут быть использованы при проектировании подобных энергоустановок, обосновании целесообразности их разработки, а также применения на том или ином объекте лесного комплекса при определении возможного эффекта от замены энергоустановок на невозобновляемом топливе. В результате численных экспериментов определены давления, температуры, расходы рабочих тел тепловых двигателей и теплоносителей, мощности и КПД мини-электростанции. Определены зависимость параметров от температуры наружного воздуха, а также влияние приставки органического цикла Ренкина на КПД газотурбинной установки.

Создание гибридных энергокомплексов - важное направление, позволяющее повысить надежность, экологическую и экономическую эффективность электроснабжения потребителей. Гибридные энергокомплексы внедряются в изолированных и труднодоступных районах, а также в районах с низкой надежностью электроснабжения или высокой стоимостью электроэнергии. Выбор состава оборудования гибридных энергокомплексов является многокритериальной задачей, так как сопряжен с учетом экономических, технических, экологических факторов. В статье предлагается подход к оптимизации состава оборудования гибридного энергокомплекса на основе генетического алгоритма и метода простого аддитивного взвешивания. Генетический алгоритм обеспечивает формирование конфигураций гибридного энергокомплекса и поиск оптимального или близкого к нему решения. Метод простого аддитивного взвешивания используется для многокритериального оценивания конфигураций, формируемых генетическим алгоритмом. Для расчета показателей гибридного энергокомплекса разработана имитационная модель его функционирования на основе системы правил. Имитационная модель учитывает технологические ограничения оборудования и замену компонентов гибридного энергокомплекса. В результате применения модели оцениваются технические, экономические и экологические показатели функционирования за рассматриваемый период с часовой детализацией. Предложенный подход к выбору состава оборудования гибридного энергокомплекса реализован в среде разработки Python. Применение предложенного подхода рассмотрено на примере удаленного населенного пункта Озерпах Хабаровского края. В составе гибридного энергокомплекса рассматриваются дизельные генераторы, ветроэнергетические установки, фотоэлектрические преобразователи, аккумуляторные батареи, инверторы. В качестве критериев используются следующие показатели: нормированная стоимость производства электрической энергии, капитальные затраты, недоотпуск электроэнергии потребителям и выбросы диоксида углерода. Результаты многокритериального выбора показали, что формируемые конфигурации соответствуют задаваемой структуре предпочтений лица, принимающего решения.

Представлены результаты разработки цифровых моделей для определения электромагнитных влияний (ЭМВ) тяговых сетей (ТС) с разной структурой на параллельно проложенный трубопровод наземной прокладки. Для их реализации применялся программный продукт Fazonord, версия 5.3.3.0-2024, позволяющий определять ЭМВ ТС различного конструктивного исполнения на находящиеся вблизи трассы железной дороги протяженные проводящие сооружения, в частности, стальные трубопроводы. Моделирование осуществлялось для системы электроснабжения горно-перевального участка общей протяженностью 76 км. В ее состав входили следующие элементы: две линии электропередачи 220 кВ; пять ЛЭП 110 кВ и столько же подстанций с трансформаторами ТДТНЖ-40000-115/27,5/11; тяговые сети 27,5 кВ пяти межподстанционных зон. В модель ТС второй зоны был включен стальной трубопровод, проложенный на расстоянии 50 м и имеющий стационарные заземлители по краям с сопротивлением 1 Ом. Также учитывалось распределенное заземление путем формирования цепочечных схем замещения. Рассматривались следующие структуры ТС: раздельная, узловая, встречно-консольная и параллельная. Тяговые нагрузки создавались грузовыми поездами массой 4 084 и 6 000 т. Электромагнитные поля, генерируемые ТС, создавали на деталях сооружения напряжения, превышающие допустимую величину 60 В. Обеспечить их снижение можно установкой дополнительных заземлителей, увеличением ширины сближения, монтажом экранирующих проводов, а также отсасывающих трансформаторов. Предложенная методика предназначена для использования в проектировании и эксплуатации при разработке рациональных способов уменьшения ЭМВ ТС с целью обеспечения безопасности персонала и надежной работы средств защиты труб от коррозии.

Представлены результаты исследований, направленных на разработку цифровых моделей для определения режимов систем электроснабжения железных дорог (СЭЖД), оснащенных ветрогенераторами. Для реализации моделей применялись методы, базирующиеся на использовании фазных координат, что позволило обеспечить системность, универсальность и комплексность. Системный подход достигался на основе учета всех значимых свойств сложной СЭЖД и питающей электроэнергетической системы. Универсальность обеспечивалась за счет моделирования тяговых сетей, ЛЭП и трансформаторов различного конструктивного исполнения. Комплексность давала возможность определения нормальных, аварийных и особых режимов СЭЖД. Подчеркнуто, что использование ветрогенераторов может осуществляться по следующим направлениям: электроснабжение объектов, расположенных в регионах с неустойчивым энергообеспечением; повышение надежности питания потребителей, отключение которых может привести к тяжелым последствиям; обеспечение энергией объектов относительно небольшой мощности. Моделирование режимов проведено в двух вариантах. В первом рассматривалась типовая СЭЖД, в которой отсутствовали установки собственной генерации. Во втором - выполнено моделирование СЭЖД с ветрогенераторами, подключенными на шины 6 кВ тяговых подстанций. Однофазные электровозы создают значительную несимметрию на шинах 6 кВ тяговых подстанций, что может оказывать негативное воздействие на оборудование ветрогенераторов. Для ее устранения использовались пофазно управляемые источники реактивной мощности, позволяющие снизить несимметрию до допустимых пределов. Результаты моделирования показали, что на основе ветроэнергетических установок возможно уменьшить поступление электроэнергии из сетей энергоснабжающей организации, повысить надежность электроснабжения ответственных потребителей за счет резервирования ветрогенераторами, улучшить качество электроэнергии в сетях, питающих стационарные объекты железнодорожного транспорта.

В статье обоснованы оптимальные параметры элементов подрессоривания колесного трактора на основе анализа его динамических качеств методом построения модели функционирования агрегата. Колебания трактора оказывают вредное влияние на условия труда тракториста и динамическую нагруженность ходовой части, приводят к снижению производительности. В исследованиях [12; 14] при работе трактора на неподготовленной почве величина амплитуды динамических колебаний превышает на 6,3 % таковые при работе такого же трактора в условиях подготовленной почвы. Это приводит к снижению производительности на 43 %, а также снижает ресурс ходовой части на 3,1 моточаса. В работах [12; 14] обосновано, что работа тракторов в условиях повышенных динамических нагрузок, обусловленных плохим состоянием транспортного пути, приводит к ухудшению состояния транспортируемого груза. Следует отметить существование методик, например [1; 2], позволяющих с достаточной для определенного круга задач точностью оценить динамическую нагруженность силовой цепи трактора и без знания параметров процесса взаимодействия движителя с почвогрунтом. Применение этих методик связано с другой трудностью, состоящей в достоверной оценке процессов изменения податливости и характеристик демпфирования системы «движитель - грунт», поскольку физико-механические свойства взаимодействующего с движителем трактора почвогрунта неоднородны и зависят от большого количества факторов. При алгоритмизации модели функционирования за основу принят известный математический аппарат для расчета передаточных функций трехмассовых колебательных систем. Рассмотрен расчетно-экспериментальный метод оценки динамических явлений при взаимодействии гусеничного движителя трактора с почвогрунтом. Получены реализации и вероятностно-статистические характеристики изменения момента сопротивления в гусеничном движителе. Предлагаемая методика может быть использована при отработке научно-обоснованных нормативов режимов эксплуатации и параметров безопасности мобильных лесохозяйственных агрегатов.

Для отделочных операций применяются комбинированные методы обработки, в том числе электроалмазная обработка. Этот метод имеет следующие недостатки: засаливание электрода-инструмента, скругление режущей кромки, изменение микротвердости, микрорастравливание, отклонение формы обрабатываемой поверхности. В ранее проведенных исследованиях электроалмазной обработки основное внимание уделено вопросам засаливания алмазного шлифовального круга, удельному расходу круга и состоянию поверхности. Для выявления причин появления недостатков (микрорастравливание поверхности детали) проведен анализ источников тока в электрохимической системе. Результаты исследований показали, что плотности токов от гальванических элементов, образованных между катодом-инструментом и анодом-заготовкой и между фазами обрабатываемой заготовки, на порядок меньше плотности технологического тока. Такие токи за время обработки не более 3 мин не могут привести к микрорастравливанию. Этот дефект может возникнуть при длительном хранении деталей во влажной среде. По результатам работы были определены размеры моделируемой системы, в частности, максимальный рекомендуемый межэлектродный зазор 0,1 мм и область влияния разнородности контактов на электрохимический процесс в пределах 5-6 мм. При электроалмазной обработке в зазоре между инструментом и деталью образуется металлическая стружка, которая способствует увеличению напряженности электрического поля выше критического значения, что приводит к пробою межэлектродного зазора и появлению электрической эрозии. Кроме того, стружка может создать металлический мостик, в результате чего появляется локальный электроконтактный процесс. Эти явления приводят к образованию жидкого металла. Проведенные исследования показали, что причиной засаливания является образование жидкого металла и его налипание на медную поверхность.

Развитие искусственного интеллекта практически во всех сферах человеческой интеллектуальной деятельности предполагает расширение инструментов инженерного анализа, а также увеличение темпов роста программного обеспечения в области машиностроения. Главным преимуществом этого станет сокращение экономических затрат на разработку машиностроительной продукции, ее физические испытания и отбраковку физических прототипов. В данной статье представлены результаты моделирования растравленного слоя поверхности быстрорежущей стали Р6М5 в результате воздействия на нее электрических факторов процесса резания и электролита. Созданы контактирующие поверхности - модель алмазного зерна как элемент алмазного шлифовального круга и модель обрабатываемой поверхности быстрорежущей стали Р6М5 как элемент металлорежущего инструмента. Для решения задачи контактного взаимодействия при комбинированной электроалмазной обработке двух ювенильных поверхностей была выбрана универсальная программная система конечно-элементного анализа Ansys Workbench. Основное моделирование процесса резания было проведено на трех величинах глубины резания t: 0,01; 0,02 и 0,03 мм/дв.ход. Было учтено влияние на модель обрабатываемой поверхности двух электрических факторов обработки - плотности тока правки iпр = 0,25 А/см2, плотности тока растравливания iтр = 6,25 А/см2 и воздействие электролита. Были учтены результаты сравнительного анализа химического состава передней поверхности быстрорежущих пластин до и после электрохимической обработки. Сделан вывод о том, что характеристики растравленного слоя во время комбинированной электроалмазной обработки уменьшаются в своих свойствах примерно на 10 %, что и вызывает эффект растравливания поверхности. В результате комплексных исследований была решена задача выбора и моделирования такой структуры, которая бы имитировала механические свойства материала растравленного слоя обрабатываемой поверхности быстрорежущей стали при комбинированной электроалмазной обработке. Моделирование показывает, что оптимальная глубина резания t должна находиться в пределах 0,015-0,020 мм/дв.ход. В этом случае происходит менее нагруженный напряжениями процесс резания с полноценным стружкообразованием. Полученные результаты моделирования можно применять для дальнейшего прогнозирования, например, качества обработанной поверхности путем подбора технологических режимов обработки, на которых происходит активация процесса самозатачивания алмазных зерен.

Мониторинг состояния - одна из основных задач, возникающих в настоящее время при эксплуатации механообрабатывающего оборудования. Предупредительное техническое обслуживание приобретает все более важное значение для минимизации риска простоев в промышленном секторе производства. Превышение предельных значений по общему уровню вибрации и неравномерности различных частот указывает на износ инструмента, подшипников, разбаланс или ослабление крепления деталей. В статье рассматриваются результаты разработки и испытаний виброизмерительного датчика на основе МЭМС-акселерометра для контроля параметров вибрации механообрабатывающего центра в различных режимах работы. Выполнен сравнительный анализ характеристик, имеющихся на российском и зарубежных рынках МЭМС-акселерометров, пригодных для использования в системах мониторинга вибрации промышленного оборудования. По сравнению с пьезоэлектрическими датчиками МЭМС-акселерометры имеют более высокое разрешение, отличные характеристики дрейфа и чувствительности и лучшее отношение сигнал/шум. Они также позволяют обнаруживать колебания с низкими частотами, что характерно для тихоходного оборудования. Проведено экспериментальное сравнение показаний разработанного датчика на основе МЭМС-акселерометра с показаниями пьезоэлектрического вибропреобразователя АР2085-100 в процессе механообрабатывающих операций резания. Приведены временные осциллограммы и спектральные составы виброускорений шпиндельного узла во время резания, полученные разными типами датчиков. Отклонения значений СКЗ виброускорений на этапе резания составляют менее 5 %. В результате проведенных исследований было выявлено, что разработка датчика измерения вибрации на основе МЭМС-акселерометра ADXL1002 способна эффективно заменить стандартные пьезоэлектрические датчики. Измерение пространственных вибрационных параметров при работе механообрабатывающих центров позволяет повысить качество обработки деталей и предотвратить работу дорогостоящего станочного оборудования при опасных динамических нагрузках, а также обеспечивает возможность перехода от планово-диагностического к обслуживанию по фактическому состоянию.

Предложена дискретная модель бурильной колонны с роторным способом бурения при постоянной силе натяжения каната подвеса. Инерционные и упругие свойства колонны учтены в виде прямолинейной цепочки цилиндрических элементов, связанных между собой пружинами растяжения-сжатия и кручения. Каждый элемент заменяет одну или нескольких бурильных труб, в зависимости от степени приближения к бурильной колонне - как системы с равномерно распределенной инерцией по всей длине. Жесткость пружин определяется упругими свойствами труб, а сами элементы считаются не упругими. Предполагается, что каждый элемент цепочки может перемещаться вдоль оси вертикальной скважины и совершать вращательное движение вокруг этой оси. Ведущая труба бурильной колонны закручивается с постоянной угловой скоростью, а с нижней утяжеленной трубой жестко связано долото, оказывающее дробяще-скалывающее действие на породу в забое при вращении. Для долота сила и момент лобового сопротивления со стороны забоя скважины определяются с учетом нелинейной зависимости от скорости погружения инструмента и потери прочности породы от создаваемого силового воздействия - непрерывного при вращении и импульсивного при возможных ударах. Для долота учитывается возможность возникновения жестких эффектов stick-slip, когда его погружение или вращение прерываются микроударами остановок. Описываются крутильно-продольные автоколебания без учета возможности контактов отдельных цилиндрических элементов со стенкой скважины и допускается нарушение контакта долота с забоем скважины, завершающееся ударом. Дан полный алгоритм численного моделирования возникающих автоколебаний для предложенной модели.