Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля

Підвищення надійності силових пристроїв електровозів шляхом удосконалення контактних з'єднань

2025-12-14T17:28:23+00:00

У сучасному залізничному транспорті надійність електричних силових пристроїв є ключовим фактором забезпечення безпеки та ефективності експлуатації локомотивів. Безперебійна робота таких систем, як тягові двигуни, перетворювачі та захисні реле, безпосередньо впливає на стабільність руху поїздів та безпеку пасажирів.

Серед критично важливих компонентів цих систем є електричні контактні з'єднання, які зазвичай використовуються в комутаційних пристроях, таких як контактори та автоматичні вимикачі. Ці з'єднання регулярно піддаються значним електричним та механічним напруженням, включаючи комутацію високого струму, термоциклування та вібрацію, що сприяє зносу контактів та їх подальшому виходу з ладу.

Деградація контактних поверхонь призводить до збільшення контактного опору, зниження провідності та підвищеної ймовірності утворення дуги, що зрештою ставить під загрозу загальну функціональність енергосистеми. Тому підвищення довговічності та електричних характеристик контактних з'єднань є важливим завданням у розробці більш надійних енергосистем локомотивів.

Це дослідження зосереджено на визначенні ефективних стратегій підвищення надійності контактних з'єднань шляхом аналізу контактних матеріалів, моделювання ключових експлуатаційних параметрів, таких як контактний опір та ймовірність виходу з ладу, та оцінки сучасних технологій матеріалів. Особлива увага приділяється використанню композитних та наноструктурованих матеріалів, які забезпечують підвищену механічну міцність, стійкість до ерозії та відповідають міжнародним екологічним стандартам.

Надійність електричного обладнання на залізничному транспорті є критично важливою для забезпечення його працездатності та безпеки експлуатації. Контактні елементи, що використовуються для комутації електричних ланцюгів, мають суттєвий вплив на загальну ефективність та надійність роботи цих приладів. У даній статті представлено дослідження, спрямоване на підвищення експлуатаційної надійності та середнього часу відмов локомотивних тягових електромагнітних контакторів шляхом покращення стабільності їхніх контактних характеристик. У зв’язку з високою вартістю та складністю проведення широкомасштабних експериментальних досліджень основна увага зосереджена на аналітичних методах та вивченні властивостей використовуваних матеріалів. Запропоновано можливі шляхи удосконалення на основі доступних технологій і матеріалів відповідно до міжнародних стандартів та сучасних інновацій.

Дослідження розподілу температури у замковому різьбовому з’єднанні бурильних труб

2025-12-12T19:05:14+00:00

Вплив температури на різьбові з’єднання є одним з важливих чинників, який впливає на їх міцність, герметичність і довговічність в процесі експлуатації. При підвищених температурах матеріали різьби зазнають теплового розширення, що змінює геометричні параметри та посадки, впливає на зусилля затягування та герметичність з’єднання. Високі температури сприяють пластичній деформації поверхневих шарів різьби, пришвидшенню зносу й утворенню люфтів, що знижує надійність з’єднання. Замкове різьбове з’єднання (ЗРЗ), яке використовується у бурильних колонах, які застосовуються під час спорудження нафтових та газових свердловин, має відповідати вимогам міцності, втомної довговічності, герметичності. Для дослідження побудовано тривимірну модель ЗРЗ з різьбою NC50 відповідно до технічних умов та проведено її імітаційне моделювання методом скінченних елементів (МСЕ) для визначення розподілу температури в тілі труби та ЗРЗ при умові температури бурового розчину 20 °С всередині труби і зовні труби − 100 °С. Встановлено, що розподіл температури з тілі труби та ЗРЗ є нерівномірним. Розглядаючи розподіл температури у ЗРЗ спостерігається зниження температури із сторони упорного торця ніпеля до тіла муфти з 70 ⁰С до 47 ⁰С. Отриманий температурний градієнт у трубі та ЗРЗ використаний як вхідні дані для подальшого аналізу напружено-деформованого стану ЗРЗ. Встановлено розподіл напружень у ЗРЗ під дією моменту згвинчування та моменту згвинчування в поєднанні із температурним впливом. Результати імітаційного моделювання показали, що температура знижує величини еквівалентних напружень по впадинах витків ніпеля на 15–19%, особливо у впадинах перших двох витків ніпеля. Це зниження напружень може позитивно вплинути на втомну міцність і ресурс з’єднання. Отже, врахування температурного впливу є важливим під час проектування, виготовлення та оцінки надійності різьбових з’єднань, особливо в умовах експлуатації бурильних колон у змінних температурних режимах. Подальшим кроком є дослідження втомної міцності ЗРЗ з урахуванням температурного впливу та коректування розрахункового моменту згвинчування.

Дослідження напружено-деформованого стану фланцевого з’єднання

2025-12-14T17:05:30+00:00

Трубопровідна арматура є важливою складовою всіх трубопровідних систем, що охоплюють житлово-комунальне господарство, нафтовидобувну та нафтопереробну промисловість, хімічне виробництво, водопостачання теплових та атомних електростанцій. Особливу увагу приділяють міцності та надійності фланцевих і різьбових з’єднань, оскільки фланці забезпечують міцні, щільні та розбірні з’єднання трубопроводів. Історично розрахунок напружень у фланцевих з’єднаннях почався ще в 1927 році, а в сучасних дослідженнях застосовують метод скінченних елементів (МКЕ), що дозволяє детально моделювати їх напружено-деформований стан, прогнозувати довговічність, знос тощо. Болтові фланцеві з’єднання з прокладками широко використовуються, однак проблема герметичності залишається актуальною через вплив комбінованих навантажень, матеріалів та умов експлуатації. У багатьох роботах висвітлюються проблемні питання, які стосуються фланцевих з’єднань, зокрема проведений нелінійний аналіз з допомогою МКЕ який враховує товщину фланця, різні способи кріплення болтів, їх кількість та попередній натяг, що дозволяє оптимізувати конструкцію фланцевого з’єднання. Є розроблений алгоритм визначення максимального попереднього напруження болтів, який можна застосувати для різних типів фланцевих з’єднань. Він враховує пластичність матеріалів та контакти фланець-прокладка. У цій роботі особливий акцент робиться на фланцеві з’єднання, які застосовуються у нафтогазовій галузі для з’єднання різноманітного обладнання розміщеного як у ґрунті, так і на поверхні. При цьому сезонні зміни температури будуть впливати на властивості ґрунту, і як наслідок, на напружено-деформований стан досліджуваних з’єднань. Для оцінки напружено-деформованого стану фланцевого з’єднання розроблено тривимірну модель, яка складається з фланцевого з’єднання, одна частина труби розміщена в ґрунті, а інша – на поверхні. Результати моделювання показали, що при осьовому навантаженні на фланцеве з’єднання виникає максимальне еквівалентне напруження величиною 141 МПа, а контактний тиск на прокладці дорівнює 9,3 МПа. При урахуванні жорсткості ґрунту, аналогічній зимовим умовам, напруження зростають до 241 МПа, водночас контактний тиск на прокладці та фланцях стає нерівномірним, що призводить до втрати герметичності з’єднання. Враховуючи поширеність таких умов, подальші дослідження рекомендовано зосередити на впливі властивостей ґрунту, коефіцієнтів тертя між ґрунтом і трубою, а також впливі вібрацій, викликаних пульсацією тиску в трубах, на міцність та герметичність фланцевих з’єднань. Це дозволить підвищити надійність трубопровідних систем у складних експлуатаційних умовах.

Дослідження особливостей деформування пневматичної ресори в умовах аварійної роботи

2025-12-15T12:10:53+00:00

Безпека руху є ключовою задачею експлуатації рухомого складу. Враховуючи тенденцію до збільшення швидкостей руху сучасний рухомий склад має конструктивні зміни в механічній частині, а саме застосування пневматичної системи ресорного підвішування. Система має характеристики жорсткості та демпфування. Однак, в процесі експлуатації можливі випадки несправності пневматичної системи (відсутність стисненого повітря), що передбачатиме передачу навантаження кузова на візки через аварійні пружини, які мають значно більшу жорсткість у порівнянні із пневматичною ресорою при її справній роботі. Все це призведе до збільшення сил у в’язях між конструктивними елементами рухомого складу та сил взаємодії колісної пари з рейковою колією, а в подальшому до обмеження швидкостей руху. Таким чином метою статті є експериментальне дослідження особливостей деформування пневматичної ресори в умовах її аварійної роботи та визначення величини вертикального деформування аварійної пружини. Для досягнення цієї мети було розроблено методику експериментальних досліджень вертикального деформування пневматичної ресори в умовах аварійної роботи, яка базується на застосуванні потенціометричного датчика лінійних переміщень, аналого-цифрового перетворювача та ноутбука зі спеціалізованим програмним забезпеченням. У результат проведених досліджень встановлено закономірності вертикального деформування пневматичної ресори під впливом статичного навантаження від маси кузова під час його осідання внаслідок зниження тиску повітря в системі. Аналіз отриманих закономірностей дозволив встановити чотири основні етапи роботи пневматичної ресори в аварійному режимі: деформування гумокордної оболонки, контакт кузова з аварійною пружиною, подальше деформування аварійної пружини під навантаженням і завершення її деформації. У ході експерименту зафіксовано, що максимальна величина вертикального деформування аварійної пружини пневматичної ресори досягає 7,18 мм. Наукова новизна отриманих результатів полягає у експериментальному встановленні закономірностей деформування пневматичної ресори в умовах її аварійної роботи та визначенні величини вертикального деформування аварійної пружини. Це дозволить більш точно моделювати роботу пневматичної ресори та в подальшому аналізувати динамічні показники безпеки руху рухомого складу в умовах аварійного режиму роботи пневматичної ресори.

Вдосконалення методів імпейнтингу на основі генеративних моделей

2025-12-12T18:32:00+00:00

Обсяг візуальної інформації, що нас оточує, постійно зростає, і це зумовлює потребу в інтуїтивно зрозумілих інструментах для її обробки. Дослідження, які спрямовані на удосконалення алгоритмів для додавання або видалення об'єктів із графічного контенту, є актуальними та мають високий практичний потенціал. Системи, які використовують такі алгоритми, можуть знайти застосування в різних галузях - від кінематографа та фотографії до реставрації мистецьких творів і навіть медицини. Технологія Image inpainting дозволяє автоматично відновлювати відсутні частини зображення, економлячи час та зусилля користувача. Попри наявність великої кількості рішень для задач реконструкції все ще бракує систем, які б комплексно використовували генеративні моделі для досягнення високої якості відновлення контенту. Це підкреслює значущість досліджень у даній сфері, спрямованих на вдосконалення існуючих алгоритмів. Оцінка сучасного стану об'єкта дослідження характеризується значним прогресом у розвитку генеративних моделей. Водночас існує потреба в подальшому вдосконаленні для підвищення універсальності, оптимізації використання ресурсів та зменшення обчислювальних витрат. В роботі досліджено методи генеративних конкурентних мереж (GAN) для задач зафарбовування зображень, оцінено ефективність наявних підходів. Удосконалено метод генерації контенту із застосуванням унікальної функції втрат, яка за показниками точності та часу виконання перевищує розглянуті конкурентні реалізації. Розроблено програмне забезпечення для вирішення практичних задач. Проведено роботу над системою відновлення графічного контенту на основі GAN, здійснено її вдосконалення за рахунок математичних інструментів. Результати, що отримані в рамках дослідження, демонструють покращення якості відновлення зображень за допомогою розробленої системи на основі GAN, хорошу якість видалення структур із зображень з мінімальними артефактами навіть при низькій роздільній здатності за короткий час. Однак, слід зауважити, точність відновлення може знижуватися при роботі із складними чи деталізованими зображеннями. Практична значущість дослідження поширюється на всі галузі, де обробка візуальних даних має ключове значення. Вона полягає у вирішенні проблеми неякісного видалення об’єктів із зображень, розвитку алгоритмів заміни та видалення конкретних ділянок на зображеннях за допомогою генеративних конкурентних мереж.

Розробка лабораторної установки для модельно-прогнозного керування підведенням енергії у гібридних PEM–PV системах синтезу зеленого аміаку

2025-12-15T11:19:24+00:00

Стаття присвячена розробленню лабораторної установки для дослідження методів модельно-прогнозного керування підведенням енергії в гібридних енерготехнологічних системах синтезу зеленого аміаку на основі PEM-електролізу та фотоелектричної генерації. Актуальність роботи зумовлена глобальним переходом до вуглецево нейтральної енергетики та зростаючою роллю зеленого водню і аміаку як стратегічних енергоносіїв. На відміну від підходів, орієнтованих на оптимізацію окремих підсистем, у дослідженні реалізовано інтегрований метод керування повним технологічним ланцюгом Power-to-Ammonia із урахуванням динаміки енергетичних потоків, змін погодно-кліматичних умов та коливань тарифів на електроенергію.

Запропонована установка включає гібридну систему енергопостачання (PV, акумуляторна батарея, мережа, гібридний інвертор), PEM-електролізер продуктивністю 300 мл H₂/хв, модуль буферного зберігання та компресії водню, реактор синтезу аміаку за процесом Габера–Боша та автоматизовану систему моніторингу параметрів у реальному часі. На основі зібраних експериментальних даних здійснюється калібрування математичних моделей, перевірка стійкості та точності алгоритмів MPC, а також формування емпіричних залежностей для подальшої оптимізації режимів роботи.

Додатково модельно-прогнозне керування дозволяє враховувати інерційність елементів системи, деградаційні процеси електролізера та нестабільність генерації ВДЕ, що забезпечує гнучку адаптацію режимів синтезу до зовнішніх збурень. Отримані результати підтверджують можливість зменшення питомої енергоємності синтезу, покращення стабільності технологічного процесу та забезпечення надійного енергопостачання за умов варіативної сонячної генерації. Розроблена експериментальна основа є інструментальною платформою для подальших досліджень і масштабування технології до промислового рівня.

Композиційний матеріал ветеринарного призначення на основі модифікованого крохмалю

2025-12-15T11:44:09+00:00

У статті розглянуто розробку композиційних матеріалів ветеринарного призначення на основі модифікованого крохмалю з метою створення нових антимікробних плівок-носіїв для трансдермальних терапевтичних систем. Методологія дослідження передбачала хімічну модифікацію картопляного крохмалю лимонною та молочною кислотами за різних умов, а потім його комбінування з полівініловим спиртом та ксероформом як активним фармацевтичним інгредієнтом. Реологічні властивості отриманих композицій вивчали методом ротаційної віскозиметрії. Встановлено, що всі розроблені розчини демонструють псевдопластичні властивості (n<1) та характеризуються зниженням в’язкості зі збільшенням швидкості зсуву. Доведено, що лимонна кислота, завдяки своїй багатофункціональності, сприяє утворенню ковалентно-зшитої мережевої структури, що призводить до підвищення в'язкості розчинів. Натомість, молочна кислота, маючи лише одну карбоксильну групу, виявилася менш ефективною для міжмолекулярного зшивання, а в деяких випадках каталізувала частковий гідроліз крохмалю. Результати підтверджують, що в'язкість композицій значно зростає зі збільшенням вмісту полівінілового спирту та при додаванні ксероформу, особливо для сумішей на основі крохмалю, модифікованого молочною кислотою. Додатково були вивчені кінетичні та ємнісні характеристики адсорбції метиленового синього (МС) як модельного контамінанта. Встановлено, що плівки з високим вмістом модифікованого крохмалю, зокрема ті, що були модифіковані молочною кислотою, демонструють високу сорбційну здатність. Це вказує на подвійну функціональність та перспективність використання розроблених матеріалів: вони здатні не лише слугувати матрицею для вивільнення лікарських речовин, але й одночасно виконувати функцію сорбенту для очищення раневого ложа від ексудату та токсичних сполук, що є ключовим фактором у прискореному загоєнні ран. Отримані дані демонструють перспективність використання розроблених матеріалів для створення нового покоління ефективних засобів для лікування пошкоджень шкірного покриву у ветеринарії.

Нарисна геометрія як основа інженерної графічної освіти

2025-12-14T17:46:31+00:00

В даній статті розглянута важливість вивчення нарисної геометрії у світлі інформатизації інженерної графічної освіти. Графічна освіта ‒ це процес, унаслідок якого людина набуває вміння сприймати, створювати, зберігати та передавати різну графічну інформацію про предмети, процеси та явища. У статті також проаналізовано послідовність формування навичок роботи з графічними моделями об'єктів у процесі підготовки до інженерної діяльності на етапі школа ‒ виш. У загальноосвітній школі відповідальними за формування навичок роботи з графічними моделями об'єктів можна вважати такі навчальні дисципліни, як малювання, геометрія, креслення. Вивчення кожної дисципліни переслідує певні цілі. Малювання більшою мірою спрямоване на набуття навичок реалістичного зображення об'єктів. Планіметрія і стереометрія, як розділи геометрії, призначені відповідно для формування вміння працювати із зображеннями плоских геометричних і найпростіших просторових об'єктів за їхніми довільними паралельними та центральними проєкціями. Метою вивчення креслення є набуття навичок читання та оформлення кресленика ‒ плоскої ортогональної проєкційної моделі просторового об'єкта на взаємно перпендикулярні площини. Подальшу графічну освіту здобувають у професійному навчальному закладі. У технічному виші за інженерно-графічну освіту, так само як і в школі, відповідають багато навчальних дисциплін, але її основи формуються під час вивчення нарисної геометрії (НГ) та інженерної графіки (ІГ). Традиційно вивчення цих дисциплін спрямоване на формування навичок сприйняття та створення конструкторського документа ‒ кресленика, як одного з видів інженерно-графічної інформації. Інженерна графічна освіта спрямована на формування навичок роботи з найскладнішим, з погляду сприйняття людиною, зображенням об'єкта ‒ проєкційним кресленням, що містить численні умовності та спрощення. Технічні труднощі створення такого зображення сприяли розвитку засобів автоматизації проєктно-конструкторських робіт, і вершиною цього процесу стала поява сучасних графічних пакетів. Еволюція інструментальних можливостей систем автоматизованого проєктування відбувалася в напрямку, зворотному до етапів графічної освіти: від використання комп'ютера як інструменту побудови двовимірного кресленика виробу через тривимірну геометричну модель до інформаційної віртуальної моделі.

Моделювання механізму взаємодії бурового долота з гірською породою

2025-12-14T18:53:53+00:00

У дослідженні виконано моделювання основних складових взаємодії бурового долота з гірською породою при бурінні свердловин в процесі розробки рудних покладів для формування інформаційної бази автоматизованого керування буровою установкою. При обертальному способі буріння має місце реалізація п'яти механізмів взаємодії робочого органу установки з гірською породою: втискання інструменту; зріз шару породи; ударне сколювання породи; тертя інструменту об стінки свердловини; видалення бурового щламу із вибою. Наведені механізми взаємодії робочого органу бурової установки з гірською породою призводять до складної динаміки рухів її основних функціональних блоків, що включає обертальні та поступальні складові. Її динамічна модель може бути представлена у вигляді сукупності з'єднаних елементарних базових коливальних блоків, що складаються з пружини (засобу для зберігання потенційної енергії), маси або інерції (засобу для зберігання кінетичної енергії) та демпфера (засобу, за допомогою якого енергія поступово губиться). Математичну модель бурової установки можна представити рівнянням руху приводної системи в надземній частині, рівнянням руху бурового інструменту в свердловинній частині та рівнянням взаємодії долота з гірською породою. Механізм руйнування гірської породи в процесі буріння свердловин носить яскраво виражений динамічний характер енергоємної контактної взаємодії, впродовж якої кожен елемент долота є джерелом високоамплітудних віброакустичних коливань, які в сукупності характеризують цей процес. Запропоновано моделі як обертальної, так і поступальної складових взаємодії. Супутнім ефектом обертальної складової є «прихват-прослизання» бурового інструменту, яке відбувається, коли механізм зачеплення бурового долота з пластом має нелінійний характер. Це змушує всю бурову колону ковзати або зупинятися. Однак, якщо накопичена крутильна енергія досягне певного рівня, долото раптово відпускається і починає обертатися з високою швидкістю. Результуюча торсіонна біжуча хвиля передається у верхню частину системи обертання. Також змодельовано аксіальний рух основних структурних складових бурової установки в залежності від динаміки бурового інструменту.

Нові біосумісні титанові сплави з мінімальним легуванням (Ti–O–Fe–C–Si–Au / Ti–Mo–In) як альтернатива Ti-6Al-4V

2025-12-12T18:47:24+00:00

У роботі розглянуто сучасні підходи до створення нових титанових сплавів для біомедичних застосувань із акцентом на контроль мікроструктури, фазового складу та експлуатаційних властивостей шляхом варіації легувальних елементів і параметрів обробки. Показано, що класичний сплав Ti-6Al-4V, попри поширене використання, має низку обмежень, зокрема невідповідність модуля пружності біомеханічним характеристикам кісткової тканини та можливі ризики, пов’язані з вивільненням токсичних компонентів Al і V. У цьому контексті актуальними є дві стратегії: багатокомпонентне легування титанової матриці елементами з підвищеною біосумісністю, зокрема системи типу Ti–O–Fe–C–Si–Au, та цілеспрямована β-стабілізація на прикладі сплавів β-Ti–Mo–In. Перша стратегія забезпечує формування дрібнозернистої α/β-структури з підвищеною дислокаційною щільністю та покращеною корозійною стійкістю, що є важливим для тривалої експлуатації у складних середовищах. Друга стратегія дозволяє стабілізувати β-фазу зі зниженим модулем пружності та підвищеною пластичністю, що сприяє оптимізації співвідношення міцності й деформаційної здатності. Аналіз експериментальних досліджень останніх років свідчить, що контрольоване легування киснем та залізом сприяє підвищенню межі плинності понад 900 МПа при збереженні відносного подовження до 15 %, тоді як легування золотом підвищує біосумісність без зниження пластичності. У свою чергу, β-сплави Ti–Mo–In характеризуються стабільною фазою та модулем пружності, ближчим до властивостей кісткової тканини. Встановлено, що поєднання мінімального легування та оптимізованої термомеханічної обробки дозволяє одночасно досягти високих механічних характеристик, корозійної стійкості та біосумісності. Додатково відзначено, що введення Mo сприяє утворенню стабільної β-фази з ефектом зниження еластичного модуля, тоді як домішки In покращують опір корозійно-втомному руйнуванню. Для системи Ti–O–Fe–C–Si–Au встановлено, що навіть малі концентрації домішок дозволяють керувати фазовими перетвореннями та зменшувати схильність до крихкого руйнування завдяки твердорозчинному зміцненню та дисперсійному розподілу фаз. Практична цінність запропонованих систем полягає у можливості отримання матеріалів із прогнозованим ресурсом роботи в агресивному біологічному середовищі та більш точною відповідністю механічним характеристикам кісткової тканини. Зроблено висновок про перспективність подальших досліджень у напрямку керованих фазових перетворень, текстуроутворення, механізмів зміцнення та оптимізації технологічних параметрів, що відкриває нові можливості для розроблення матеріалів наступного покоління з покращеним комплексом експлуатаційних властивостей.