Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля

Математичне моделювання продуктивності екскаватора з урахуванням параметрів адсорбованого шару пар у трибосполученнях аксіально-поршневого насоса

2025-12-29T11:13:55+00:00

Ефективність роботи гусеничних гідравлічних екскаваторів значною мірою залежить від ефективності гідравлічної системи, насамперед від об'ємної продуктивності аксіально-поршневого насоса, що живить робоче обладнання. Під час тривалої експлуатації поверхні тертя насосної пари (блок циліндрів – розподільна шайба, поршень – циліндр) піддаються зношуванню, що призводить до збільшення внутрішніх витоків і поступового зниження об'ємної продуктивності, а отже, і продуктивності машини. Сучасні гідравлічні рідини для будівельної техніки містять протизносні присадки на основі поверхнево-активних речовин (ПAР), які фізично адсорбуються на мікроскопічних нерівностях металевих поверхонь і утворюють тонкий захисний шар. Ця адсорбована плівка частково компенсує шорсткість поверхні, збільшує фактичну площу контакту, зменшує локальні контактні напруження в основі нерівностей і, таким чином, уповільнює знос. Однак товщина цієї плівки не є постійною: вона зменшується під час роботи екскаватора через зниження концентрації ПAР під впливом механічних навантажень і температури. Щоб компенсувати це явище, в практиці експлуатації гідравлічних машин робоча рідина періодично замінюється за планом, відновлюючи таким чином концентрацію ПАР до початкового рівня. У статті пропонується вдосконалена математична модель, в якій товщина плівки ПАР описується експоненційним законом. При цьому відновлення властивостей гідравлічної рідини за фіксований проміжок часу враховується шляхом введення функції зміни товщини плівки ПАР в вираз для розрахунку ефективного трибологічного зазору, пов'язаного з моделлю змін витоку в насосному агрегаті осьового поршневого насоса. На цій основі визначається залежність зміни об'ємного ККД насоса від часу роботи екскаватора та частоти заміни гідравлічної рідини. На цій основі отримано залежність об'ємного ККД насоса від часу його роботи і, в кінцевому підсумку, залежність продуктивності екскаватора від часу його роботи з урахуванням частоти заміни гідравлічної рідини в гідравлічному приводі.

Модель параметризована для гідравлічного екскаватора класу CAT 320 з об'ємом ковша 0,75 м³ (два насоси продуктивністю 215 л/хв, робочий тиск до 35 МПа) і може бути використана для обґрунтування вибору гідравлічних рідин та інтервалів технічного обслуговування гідравлічних приводів у будівельній та дорожній техніці.

Фінішна обробка деталей комбінованим робочим середовищем під дією коливань. фізичні явища та динаміка контактної взаємодії

2025-12-29T11:27:03+00:00

В статті проаналізовані процеси фінішної обробки з використанням комбінованого абразивного середовища під дією коливань, що поєднує механічні, фізичні, хімічні та енергетичні явища. В роботі досліджується фізична природа коливальних процесів, закономірності взаємодії між абразивними частками та поверхнею деталі, а також визначаються умови, за яких досягається максимальна ефективність обробки. Представлено порівняльний аналіз традиційних методів фінішної обробки – шліфування, галтування, абразивно-струменева та вібраційна обробка. Визначено їх переваги, недоліки та межі застосування в сучасному машинобудуванні.

Запропоновано новий метод фінішної обробки – обробка комбінованим робочим середовищем, який поєднує абразивні, хімічні, термічні, електричні та механічні дії. Комбіноване робоче середовище складається з абразивних гранул, технологічних розчинів та інтенсифікаторів процесу, які під дією коливань здійснюють складний, детермінований циркуляційний рух, створюючи чисельні мікроудари на поверхні деталі. Це дозволяє проводити операції очищення, шліфування, полірування, зміцнення поверхневого шару, зняття залишкових напружень, покращення адгезії та підготовку поверхні до нанесення покриття. Як і традиційні методи, цей метод дозволяє одночасно обробляти велику кількість деталей, а його комплексний підхід дозволяє досягти необхідної якості поверхні за коротший час обробки.

Розкрито механізм контактної взаємодії між абразивним середовищем та поверхнею деталі. Встановлено, що процес супроводжується явищами удару, кавітації, адгезії, зношуванням, поширенням хвиль та розсіюванням енергії. Коливання поділяються на частотні діапазони, від інфразвукових до ультразвукових. Досліджено вплив вільних, вимушених, параметричних та автоколивань на процес, а також їх вплив на поведінку робочого середовища та деталей.

Показано, що процес обробки є складною коливально – ударною системою з розподіленими параметрами, в якій значну роль відіграють частота, амплітуда, властивості абразиву, геометрія деталі та режими роботи обладнання.

Досліджено динамічні властивості робочого середовища: циркуляційний рух, пружна ударна взаємодія частинок, формування хвиль тиску, контактні процеси та деформація поверхневих шарів. Надано інформацію щодо впливу технологічних розчинів на інтенсивність процесу. Представлено математичні залежності, що описують зміни параметрів контакту, енергії удару, швидкості часток, сили взаємодії.

Запропонований підхід розширює можливості фінішної обробки в машинобудуванні, зокрема для деталей зі складною геометрією та високими вимогами до якості поверхні, та створює основу для подальшого розвитку технологій обробки комбінованими робочим середовищами під дією коливань.

Вплив матеріалу футерування резервуару на продуктивність процесу обробки деталей комбінованим робочим середовищем під дією коливань

2025-12-29T11:49:25+00:00

В роботі досліджується вплив матеріалу футеровки резервуару обладнання для обробки комбінованим вільним робочим середовищем під дією коливань на загальну продуктивність процесу фінішної обробки поверхні деталей. Принцип методу заснований на передачі імпульсів від стінок резервуара, що коливаються, робочому середовищу, що формує стійкий циркуляційний рух абразивного середовища, хімічних розчинів і оброблюваних деталей. Відносний рух елементів середовища визначає інтенсивність знімання металу, а наявність пасивних зон усередині резервуара істотно впливає на рівномірність обробки. У науковій літературі докладно досліджено параметри вібраційного процесу, проте вплив абразивних властивостей стінок резервуару вивчено недостатньо, незважаючи на широке застосування гумових покриттів у промисловому устаткуванні

У роботі представлені результати експериментального дослідження, проведеного устаткуванні з резервуаром об'ємом 25 літрів. Досліджувалися дві конфігурації футеровки: традиційна з облицюванням поверхні резервуара гумою та поверхня фанерована пластинами карбіду кремнію. Як робоче середовище використовувалися фарфорові кулі та розчин гідрокарбонату натрію. Перед основною операцією обробки проводилася операція очищення із застосування безперервної подачі води. Після завершення основної операції проводилася повторна операція очищення. Після обробки оцінювалася маса знятого металу із зразків при серіях з десяти паралельних дослідів кожної конфігурації футеровки.

Отримані дані показали, що зміна шорсткості стінок резервуара не помітно впливає на циркуляційний рух робочого середовища. Застосування абразивного футерування з карбіду кремнію забезпечило значне збільшення продуктивності процесу – середній знімання металу зріс на 40%. Експериментально підтверджено можливість інтенсифікації вібраційної обробки за рахунок використання матеріалів стінок з абразивними властивостями, без порушення стабільності руху робочого середовища. Дослідження показує перспективність застосування абразивних покриттів підвищення ефективності обробки деталей в устаткуванні, призначеному для фінішної обробки абразивним інструментом без жорсткого кінематичного зв'язку.

Створення ресурсозберігальної технології вибивання бавовняної тканини пігментами з використанням католіту - продукту електроактивації води

2025-12-29T16:53:07+00:00

Текстильна промисловість займає одну з провідних позицій у виробничому секторі як світу, так і України. Підвищений попит на якісні тканини внаслідок стрімкого розвитку швейної та взуттєвої промисловості вимагає нових технологічних рішень для їх виготовлення, що приведе до зменшення собівартості готової продукції, зменшення витрат барвників (пігментів) та екологічності процесів фарбування та вибивання фарбувально-опоряджувальних виробництв. Актуальність роботи визначається необхідністю створення ресурсозберігальних технологій пігментного вибивання текстильних матеріалів що передбачає зменшення витрат пігментів та допоміжних речовин, усунення їдких шкідливих для людського організму інгредієнтів вибивної фарби, зменшення екологічного навантаження на довкілля. Метою статті є створення ресурсозберігальної технології вибивання бавовняної тканини бязь пігментними барвниками шляхом мінімізації складу пігментної вибивної фарби з використання рідкого продукту електроактивації води – католіту; дослідження вибитих зразків тканин за стійкістю та інтенсивністю одержаних забарвлень. У роботі наведені результати експериментальних досліджень, здійснених у виробничих умовах діючого текстильного підприємства, щодо створення нового складу вибивної пігментної фарби, в якій токсичний і шкідливий 25%-ний розчин амоніаку замінений на рідкий продукт електроактивації води католіт (рН=10±0,5), що дало можливість зменшити витрати компонентів вибивної фарби (загусника, зв'язуючого компоненту і пігменту) на 10% кожного у порівнянні із базовою технологією. У статті представлено, що запропонована композиція вибивної фарби із новим складом з використанням католіту забезпечує інтенсивність забарвлення на рівні 97-103% (у порівнянні із інтенсивністю 100% за базовим складом), стійкість забарвлення бавовняної тканини до сухого й мокрого тертя, прання з використанням мила та «потовиділення» на рівні 3-5 балів, що свідчить про перспективність створення ресурсозберігальної технології пігментного вибивання бавовняних тканин з використанням католіту.

Кавітаційна обробка сумішей лінійних алканів з перекисом водню та допоміжними агентами як метод підвищення октанового числа моторних палив

2025-12-29T17:13:35+00:00

У роботі представлено результати дослідження застосування кавітаційної обробки сумішей лінійних алканів з перекисом водню та спиртовими ко-агентами для підвищення октанового числа моторних палив. Кавітація, що супроводжується утворенням і колапсом парових бульбашок у рідині, створює локалізовані зони з екстремальними температурами (10³–10⁵ K) і тисками (до 100 МПа), в яких відбуваються радикальні реакції, ізомеризація, крекінг та утворення кисневмісних сполук. Введення H₂O₂ у систему призводить до утворення гідроксильних радикалів (•OH), здатних ініціювати активацію інертних алканів і сприяти їх структурним перетворенням. Спирти, зокрема біоетанол та ізопропанолом виконують функцію як високооктанових компонентів, так і модифікаторів радикальних процесів, підвищуючи селективність утворення бажаних продуктів. Експериментальні дані свідчать, що кавітаційна обробказ перекисом водню H₂O₂ забезпечує приріст октанового числа на 1,3–3,5 RON, з ізопропанолом забезпечує приріст октанового числа на 0,3–0,9 RON, а з біоетанолом — до 2,6 RON, з оптимальними концентраціями спирту 1,0%, 3,5% та 6,5% об.

Поєднання кавітації з добавками дозволяє зменшити витрати спирту на 14–17% для отримання палива класів А-95 та А-98 у порівнянні з механічним змішуванням. Проаналізовано промислові перспективи впровадження, зокрема переваги гідродинамічної кавітації у вартості та енергоефективності, а також наявні обмеження — потреба в оптимізації параметрів процесу, контроль утворення побічних продуктів, запобігання ерозії обладнання та уточнення механізмів ізомеризації. Запропоновано напрями подальших досліджень, включаючи детальне картування параметрів, оцінку довготривалої стабільності палива та масштабування процесу до промислового рівня. Отримані результати підтверджують технічну й економічну доцільність технології як альтернативи або доповнення традиційним методам підвищення октанового числа.

Динаміка ймовірностей відмов в обладнанні суднової енергетичної установки з урахуванням каскадних ефектів

2025-12-29T10:50:32+00:00

У статті подано комплексний і науково обґрунтований підхід до моделювання технічного стану, процесів деградації та надійності суднових енергетичних установок (СЕУ) з урахуванням каскадних ефектів відмов і ймовірнісних залежностей між компонентами. Розроблено гібридну діагностично-прогностичну методику, яка поєднує безперервні марковські процеси, байєсівські мережі, алгоритми градієнтного бустингу (XGBoost) та імітаційне моделювання в єдиній структурі аналітичного прогнозування. Запропонований підхід забезпечує кількісну оцінку динаміки надійності з урахуванням взаємного впливу підсистем і дозволяє прогнозувати розвиток каскадних процесів у часі. Взаємозв’язки між елементами формалізовано через матрицю коефіцієнтів каскадного впливу αᵢⱼ, яка відображає, як відмова одного вузла збільшує ймовірність відмови інших. Байєсівські мережі використовуються для опису причинно-наслідкових зв’язків між відмовами та динамічного оновлення оцінок на основі поточних даних моніторингу. Методи машинного навчання дають змогу визначити найбільш інформативні параметри технічного стану, зокрема вібраційні характеристики, температуру мастила та тиск у системі охолодження. Модель навчено й перевірено за експлуатаційними даними бази OREDA та експертними оцінками, досягнуто високу точність прогнозування (AUC > 0.95, MAE < 4.7%). Імітаційні експерименти виявили два критичні інтервали роботи (≈10 000 і 20 000 год), коли під впливом каскадних ефектів ймовірність відмов зростає експоненційно. Найуразливішими елементами визначено систему охолодження та головний двигун, які ініціюють ланцюгові процеси деградації. Інтеграція моделі у цифровий двійник забезпечує адаптивне переналаштування, автоматичне виявлення аномалій і підтримку прийняття рішень у прогнозному технічному обслуговуванні. Розроблена методика формує даних-орієнтовану та когнітивну основу створення інтелектуальних систем моніторингу, що підвищують надійність, живучість і ефективність експлуатації морських енергетичних комплексів у реальних умовах.

Напрями оптимізації процесів управління IT-послугами

2025-12-29T11:01:56+00:00

Розглянуто стандарти, методології та практики служб технічної підтримки. Проаналізовано проблеми ефективності традиційних каналів технічної підтримки у сучасних компаніях, запропоновано інноваційне гібрідне рішення на основі інтеграції Telegram Bot з Jira Service Desk. Висвітлено архітектурні рішення, алгоритми роботи системи та особливості реалізації онлайн-взаємодії між користувачами та спеціалістами служби підтримки. Розроблено триступеневу архітектуру безпеки з розділенням на зони Інтернет, демілітаризовану зону та внутрішню корпоративну мережу. Запропоновано алгоритми авторизації, розподілу заявок та обробки онлайн-сесій з урахуванням навантаження спеціалістів та багатокритеріального підходу. Спроектована база даних з мінімальним набором інформації без конфіденційних бізнес-даних, що відповідає сучасним принципам інформаційної безпеки, та забезпечує швидкий доступ до необхідної інформації. Використано механізми кешування для зменшення навантаження на внутрішні системи та підвищення загальної продуктивності рішення. Запропонований механізм онлайн-консультацій перетворює традиційну асинхронну систему управління заявками в інструмент оперативної взаємодії в режимі реального часу, що критично важливо в умовах віддаленої роботи. Можливість миттєво зв'язатися зі спеціалістом та вирішити проблему в режимі живого діалогу значно підвищує ефективність технічної підтримки та задоволеність користувачів. Практична цінність розробленої системи полягає в можливості її впровадження в організаціях різного розміру та профілю діяльності. Розроблена система є масштабованою, безпечною та забезпечує всі необхідні можливості для ефективної організації технічної підтримки користувачів. Особливо актуальним це рішення є для українських компаній в контексті сучасних реалій віддаленої роботи та необхідності забезпечення безперервності бізнес-процесів.

Перспективи використання дронів у сільському господарстві

2025-12-29T12:07:48+00:00

У сучасному сільському господарстві відбувається справжня трансформація через впровадження новітніх технологій. Однією з таких інновацій є використання дронів, що значно спрощують процеси управління фермерськими господарствами та підвищують ефективність агробізнесу.

Дрони, або безпілотні літальні апарати (БПЛА), стали незамінними помічниками у сфері аграрного бізнесу. Завдяки їх використанню, фермери можуть оперативно отримувати важливу інформацію про стан своїх полів. Це дозволяє швидко реагувати на зміни та приймати обґрунтовані рішення.

Застосування дронів у сільському господарстві дедалі поширюється. Відбувається це пропорційно до збільшення кількості безпілотників та розширення їхніх функцій. Дрони виконують моніторинг, роблять аерофотознімки, створюють 3D-карти, здійснюють посів насіння, вносять добрива та хімікати, контролюють посіви та сільськогосподарських тварин, допомагають в іригації.

Використання дронів майже в кожному секторі економіки швидко зростає, але використання дронів у сільськогосподарській галузі зростає високими темпами. За деякими даними, очікується, що ринок сільськогосподарських дронів зросте з 1,2 мільярда доларів у 2019 році до 4,8 мільярдів доларів у 2025 році. За кілька років використання дронів стане більш поширеним у великих і малих фермах, починаючи від розвідки та закінчуючи охороною. Інформація, зібрана безпілотниками на фермах, часто використовується для кращого прийняття агрономічних рішень і є частиною системи, яку зазвичай називають «точним землеробством».

У багатьох місцях використання дронів уже стало невід’ємною частиною великомасштабних операцій точного землеробства. Дані, зібрані за допомогою дронів, які записують поля, допомагають фермерам планувати посіви та обробку для досягнення найкращих врожаїв. Деякі звіти вказують на те, що використання систем точного землеробства може підвищити врожайність на цілих 5%, що є значним збільшенням у галузі із зазвичай невеликою нормою прибутку.

Використання дронів у сільському господарстві не лише підвищує ефективність і продуктивність, а й робить виробництво більш стійким та екологічним. Інвестиції в такі технології поступово стають стандартом сучасного агробізнесу, особливо для тих господарств, які прагнуть оптимізувати ресурси та знизити витрати.

Дослідження коливальних процесів в електромехатронних системах

2025-12-29T16:17:25+00:00

В статті представлений аналіз коливальних процесів, що відбуваються в електромеханічних та електромехатронних системах.

Показано, що коливальні процеси відіграють ключову роль у формуванні динамічних характеристик як електромеханічних так й електромехатронних систем і визначають їхню стабільність, надійність та енергоефективність. Коливання відображають обмін енергіями між накопичувачами через активний канал передачі. У механічних системах такими накопичувачами є маси (моменти інерції), а каналами – валопроводи. Електричний двигун є універсальним перетворювачем електромагнітної енергії в механічну і навпаки. У ньому також є два накопичувачі енергії, між якими можливий обмін – обмотка якоря (ротора), в якій міститься електромагнітна енергія, і інерційність на валу (накопичення механічної енергії). В каналі передачі відбувається перетворення енергій з одного виду в інший завдяки наявності потоку збудження.

Авторами зазначено, що в електромеханічних та електромехатронних системах, окрім механічних коливань, можливі також і електромеханічні. Як внутрішнє в’язке тертя у валопроводах, так і втрати у якірному колі машини роблять ці коливання загасаючими.

В статті розглянуто електромеханічну систему, в якій спостерігаються обидва види коливань. Подано уніфіковану структурну схему для будь-якого типу електромеханічної системи електропривода, а також її математичну модель.

Отримано диференціальне рівняння руху ротора двигуна при стрибкоподібному збільшенні керуючого сигналу на вході. Знайдено значення перших похідних в початковий момент часу. Визначено коефіцієнти загасання та частоти коливань.

Виконано моделювання електромеханічної системи в середовищі MATLAB/Simulink відповідно до структурної схеми з постійним значенням електромагнітного моменту двигуна та заданими параметрами. Визначений логарифмічний декремент затухання коливань при відсутності механічного демпфування та при наявності втрат в валопроводі.

Наведено реакцію електромеханічної системи на стрибкоподібну появу на вході керуючого впливу, а також реакції при відсутності механічного демпфування і живленні якоря від джерела струму., з яких видно, що при відсутності внутрішнього в’язкого тертя у валопроводі механічні коливання все одно загасають завдяки внутрішньому в’язкому тертю у самому двигуні.

Діелектричне середовище у високовольтному обладнанні

2025-12-29T16:33:16+00:00

Стаття присвячена аналізу сучасних альтернатив SF6 у високовольтному обладнанні електроенергетичних систем з акцентом на їхні електричні характеристики, безпеку та екологічну ефективність.

Протягом тривалого часу SF6 залишався основним діелектричним середовищем у високовольтному обладнанні електроенергетичних систем. Проте, враховуючи його надзвичайно тривалий період перебування в атмосфері та високий потенціал глобального потепління, уряди спрямували зусилля на скорочення викидів цього газу. У відповідь промисловість почала впроваджувати технології без використання SF6 у традиційних застосуваннях, зокрема у розподільчих пристроях, автоматичних вимикачах та лініях або шинах під високою напругою.

SF₆ – це інертний та нетоксичний газ, що має велике значення для електричних розподільчих пристроїв, що використовуються для розподілу та передачі електроенергії по всьому світу. Це обладнання розміщується у вузлах мережі для відключення струмів короткого замикання, як тільки вони виникають. SF₆ – це газ, що ізолює напругу, який має втричі кращі ізоляційні властивості, ніж повітря, краще, ніж будь-який інший газ. Таким чином, він дозволяє проектувати невеликі закриті та газонепроникні розподільчі пристрої з малим розміром, що має визнані переваги в суворих умовах навколишнього середовища та з обмеженим простором, наприклад, у вітрових вежах. Наразі SF₆ не має економічно та енергоефективної альтернативи для розподільчих пристроїв вище 52 кВ, тобто для використання в мережі передачі, де він застосовується завдяки своїм чудовим можливостям переривання струму.

Серед безSF6 рішень відзначаються газові суміші на основі фторованих сполук із низьким кліматичним впливом, зокрема фторнітрил (3M™ Novec™ 4710) та фторкетон (3M™ Novec™ 5110). Застосування цих сумішей у елегазовому обладнанні дозволяє зменшити викиди парникових газів більш ніж на 99% порівняно з SF6, зберігаючи високі електричні та експлуатаційні характеристики. У статті представлені основні компоненти альтернативних газових сумішей та оновлені дані щодо їх продуктивності, безпеки та екологічної ефективності у сучасних електроенергетичних системах.

Інтелектуальні методи прогнозування відмов силового електротехнічного обладнання на основі багаторівневих цифрових двійників

2025-12-29T16:43:04+00:00

Стаття досліджує питання використання інтелектуальних підходів до передбачення несправностей силового електрообладнання з використанням багаторівневих цифрових двійників, які інтегрують фізичне моделювання, технології машинного навчання та аналіз великих масивів даних з метою підвищення надійності функціонування енергетичних мереж. Дослідження спрямоване на розробку та експериментальне підтвердження комплексної цифрової моделі, що синтезує physics-informed математичні рівняння з інтелектуальними алгоритмами глибинного навчання для досягнення вищої точності прогнозування залишкового експлуатаційного ресурсу та мінімізації кількості технічних несправностей у трансформаторному обладнанні та асинхронних електродвигунах. Методологічна основа дослідження базується на формуванні багатошарової архітектури цифрового двійника, що охоплює: сенсорний рівень агрегації даних, рівень фізичного моделювання електромагнітних, термічних та механічних явищ, аналітичний рівень застосування алгоритмів машинного навчання та рівень прийняття управлінських рішень із залученням елементів нечіткої логіки. Здобуті наукові результати засвідчили, що застосування гібридної моделі може дозволити досягти зниження середньоквадратичного відхилення похибок RMSE до рівня 0,031, скорочення MAPE до 2,8 % та зростання коефіцієнта F1-score до 0,93, що значно переважає результативність класичних діагностичних методик. Встановлено визначальний вплив повноти сенсорної інформації та періодичності актуалізації моделей на прогностичну точність, а також підтверджено спроможність системи до автоматичної адаптації при варіації режимів навантаження. Створена архітектура продемонструвала резистентність до дефіциту даних і високий рівень узагальнювальної здатності (CV < 0,06). Прикладне значення дослідження виявляється у скороченні аварійних зупинок на 30-40 %, оптимізації експлуатаційних витрат і трансформації до ризик-орієнтованої стратегії керування технічним станом обладнання. Напрями подальших наукових пошуків включають стандартизацію технологій цифрових двійників, розвиток методів explainable AI та впровадження базових систем кібербезпеки для промислових цифрових платформ нового покоління.