Наука та виробництво

Інтегрована система ультрафіолетової дезінфекції керована мікроконтролером

Олександр Азархов — 2024-06-06

Ультрафіолетова дезінфекція – ефективний метод знищення мікроорганізмів за допомогою УФ-випромінювання. Цей процес стає все більш популярним у багатьох галузях, включаючи медицину. Особливість методу в тому, що знищуючи ДНК мікроорганізмів, він завдає шкоди всьому їхньому життєвому циклу. Розвиток ультрафіолетової дезінфекції охоплює вдосконалення технологій, збільшення потужності ультрафіолетових джерел, вдосконалення системи безпеки та автоматизації. Інновації включають в себе мобільні пристрої, розроблені для дезінфекції поверхонь у громадських місцях, а також ультрафіолетові системи для очищення повітря. Бактерицидні бокси вважаються інноваційними пристроями, які використовують ультрафіолетове випромінювання для дезінфекції різноманітних предметів та поверхонь. Бактерії та віруси, які можуть бути присутні на предметах, попадають під вплив ультрафіолетового світла і знищуються. Ці бокси ефективно борються з патогенами, забезпечуючи безпечне середовище для користувачів. В даній роботі розроблено та запропоновано пристрій бактерицидної ультрафіолетової дії який складається з трубчастої ультрафіолетової лампи, що випромінює ультрафіолетове випромінювання типу UVC у діапазоні 253 нм протягом 25 хвилин. Процес дезінфекції управляється мікроконтролером Arduino Uno. Запроектовано блок живлення пристрою, до складу якого входять понижуючий трансформатор напруги, випрямляч, ємнісні фільтри, регулятори напруги 12В та 5В. За допомогою цієї системи було досягнуто ефективного і безпечного знищення патогенних мікроорганізмів. Результати дослідження свідчать про перспективність використання інтегрованої системи ультрафіолетової дезінфекції, як ефективного та надійного інструменту для забезпечення безпеки та гігієни в різних галузях

Комплексний підхід до підготовки дисків пил гарячого різання

Станіслав Капустін — 2024-06-06

Розкрій заготовок на мірні довжини в технологічній лінії прокатного цеху є однією з важливих операцій процесу виробництва прокату. Якість торців прокату, що розрізається, безпосередньо залежить від стану ріжучого інструменту. Низька стійкість пильних дисків призводить до збільшення їх витрати на одну тонну готової продукції та підвищення простоїв прокатного обладнання за рахунок вимушених зупинок для заміни різального інструменту.

Процесу підготовки пильних дисків присвячена велика кількість робіт, зокрема виконувались неодноразові спроби створити обладнання для їх правки, яке дозволило би знизити торцеве биття диску і тим самим значно підвищити якість торців прокату, що розрізається. Тому створення у Приазовському державному технічному університеті (ПДТУ) конструкції такої правильної машини стало суттєвим етапом оптимізації технології підготовки дисків. Ще однією новою операцією, яка покращує характеристики дисків, є створення установки для зміцнення впадин зубів, яка дозволила зменшити вихід з ладу дисків за рахунок виключення тріщиноутворення у впадинах. Включення у комплекс технологічних операцій балансування дисків та закалювання зубів електроконтактним або індукційним способом завершує запропонований комплекс підготовки, що дозволяє наблизити існуючу технологію виготовлення дисків до кращих зарубіжних аналогів. Тому правильно обрана технологія та механізація підготовки пильних дисків може істотно підвищити стійкість ріжучого інструменту і вплинути на отримання якісної готової продукції.

Комп'ютерна модель штучної нейронної мережі для автоматизованої системи контролю та діагностики технологічного процесу нагріву слябів у методичній печі

Сергій Щербаков — 2024-06-06

Для технологічного процесу прокатки металу в листопрокатних цехах актуальним є завдання підвищення якості нагріву заготовок у методичних печах. Контроль та оптимальне управління режимами нагріву металу дозволить істотно знизити втрати металу з окалиною та покращити процес прокатки.

Порівняльний аналіз існуючих систем контролю технологічних процесів, побудованих з використанням «традиційних» математичних моделей та методів штучного інтелекту, виявив переваги останніх, такі як наочність реалізації принципів послідовного прийняття рішень, висока достовірність розпізнавання, наявність алгоритмів навчання, що не вимагають зберігання великих обсягів інформації, відсутність необхідності перенавчення системи.

Запропоновано застосування штучних нейронних мереж для побудови системи контролю та діагностики процесу нагріву слябів у технологічних зонах методичної печі. У завдання створюваної системи входить стеження за вхідними параметрами, що характеризують перебіг технологічного процесу нагріву слябів та видача рекомендацій щодо коригування цього процесу.

Спроектована нейронна мережа є одношаровою з прямою передачею сигналу та складається з чотирьох персептронів, кожен з яких відповідає певній технологічній зоні печі. Навчання мережі відбувається за дельта-правилом. Алгоритм навчання та роботи мережі реалізований у математичному пакеті Matlab. Нейронна мережа діагностує відхилення технологічних параметрів від нормального режиму, що може призвести до перегріву слябів та їх пошкодження, а також до перевитрат газу, та може бути налаштованою і на діагностування недогріву металу.

Застосування системи передбачається у складі інтегрованої автоматизованої системи керування товстолистовим прокатним станом. Вихідний сигнал системи може бути використаний у системі автоматичного керування процесом нагріву металу в методичній печі.

Оптимізація роботи технологічного обладнання секцій вторинного охолодження МБЛЗ

Сергій Щербаков — 2024-06-06

Вирішення проблем із якістю слябів, виготовлених в умовах МБЛЗ, пов’язане з налагодженням і оптимізацією роботи системи автоматичного охолодження в секціях ЗВО та коригуванням роботи технологічного обладнання. Розрахунок оптимальних витрат води на секції зон вторинного охолодження є важливим завданням, що вирішується впровадженням комплексних підходів – від експериментальних досліджень до математичного моделювання із застосуванням сучасних програмно-технічних засобів аналізу.

В роботі розглянуто особливості розподілу щільності зрошення поверхні заготовки в зоні вторинного охолодження МБЛЗ. Сформульовано критерії оптимальної роботи обладнання зони вторинного охолодження, що впливають на якість готової продукції та ефективність технологічного процесу. Зроблено аналітичне дослідження потенційних можливостей використання математичного моделювання процесу охолодження заготовок в секціях ЗВО. Показано недостатню ефективність використання моделей на базі класичних рівнянь теплопровідності в зв’язку з певними труднощами та обмеженнями, обумовленими наявністю різних типів теплообміну між поверхнею заготовки, форсунками, зовнішнім середовищем, а також в зв’язку з неможливістю коректного врахування в моделюванні конструктивних особливостей обладнання, його технічного стану, поточних умов технологічного процесу.

Наведено альтернативні методики швидкої експериментальної оцінки роботи форсунок секцій вторинного охолодження, особливістю яких є можливість прямого отримання даних від об’єкту дослідження для подальшої обробки. Проведено аналіз ефективності методик та особливостей їх практичного застосування. Розроблено експериментальну установку та програмне забезпечення для оцінки стану форсунок та розрахунку статистичних характеристик якості охолодження поверхні заготовки з метою отримання рекомендацій щодо досягнення рівномірності тепловідведення та зменшення ймовірності утворення тріщин.

Монтаж головних балок мостових кранів за допомогою вакуумно-захватного пристрою

Валерій Лаврік — 2024-06-06

Запропоновано вантажозахоплювальний пристрій вакуумного типу який може бути застосовано у кранобудуванні, а саме, при виготовленні коробчастих конструкцій головних балок мостових кранів.

Вакуумно-захватний пристрій для монтажу головних балок мостових кранів включає маніпулятор з робочим органом у вигляді жорсткої траверси, вакуумні присоски, встановлені в отворах траверси з можливістю переміщення вздовж траверси, і джерело вакуумування, сполучене з порожнинами присосок. Траверса додатково забезпечена упорами, які встановлені в проміжках між присосками, в подовжніх отворах траверси, з можливістю переміщення вздовж отворів. Крім того, висота упорів відносно поверхні траверси дорівнює висоті присосок в їх робочому стані, тобто в стані їх максимального вакуумування.

Застосування пропонованого пристрою дозволить забезпечити в процесі виготовлення головної балки крана одночасне здійснення операцій встановлення листів у монтажне положення, виправлення листів і їх притискання до базових елементів конструкції, що суттєво скорочує час приєднання листів і робить виготовлення металоконструкції менш тривалим, більш зручним, простим і надійним

Застосування міжнародних стандартів при виконанні зварювальних робіт щодо виробництва контейнер-цистерни

Ірина Захарова — 2024-06-06

Перевезення вантажів на сьогодні, в період військового стану та блокування кордонів, є надзвичайно важливим і критичним для економіки України.

Все частіше перевізники та власники обирають перевезення вантажів в контейнер-цистернах автомобільним та залізничним транспортом.

Застосовуючи контейнер-цистерни, можна проводити транспортування газів; рідких, порошкоподібних та гранульованих небезпечних вантажів, в яких для їх випорожнення періодично утворюється тиск вище 0,07 МПа та ін. як по території країни так і за її межами.

Міжнародні перевезення вантажів різного типу є наразі дуже необхідними для підтримки економіки країни, розвитку машинобудування та будування партнерських відносин з європейськими країнами.

Аналіз перевізників і власників України дає змогу зробити висновок, що в 2023-2024 роках з’явилась тенденція до оновлення парків контейнер-цистерн і у зв’язку з чим виникає необхідність у виробництві нової продукції. Основою для якісного виробництва контейнер-цистерн, окрім іншого, є кваліфікована технологія зварювання, яка відповідає вимогам міжнародних стандартів

Дослідження жаростійких сплавів в умовах високотемпературного абразивно-корозійного зношування

Євген Івахненко — 2024-06-06

Основні процеси горно-металургійного виробництва пов’язані з термічною обробкою матеріалів. Найпоширеніше застосування в цих технологіях мають обертальні термічні печі (технології прокалювання, спікання, обпалювання, сушіння, агломерації та інші). Надійність роботи обладнання обумовлена стійкістю до руйнування окремих деталей обмеженої номенклатури (порогові упори, безболтові полки, колосники, броні та інші). Литі деталі виготовляються з високолегованих аустенітних і аустеніто-феритних сталей марок типу 35Х18Н24С2Л, 40Х24Н12СЛ та 35Х23Н7СЛ згідно з ДСТУ 8781:2018.

Аналіз експлуатації литих деталей за високих температур (900–1200 °С) в складних умовах абразивно-корозійного зношування показав, що їх руйнування відбувається по місцях розташування в структурі легкоплавких з'єднань нестехіометричного складу, що формуються на межах і в приграничних зонах зерен металевої матриці. В процесі тривалої високотемпературної експлуатації (на протязі більше 10000 годин) вони сприяють формуванню порожнеч і тріщин в структурі металу, які в умовах інтенсивного абразивного зношування (зусилля дії абразиву не більше 20 КПа) приводять до руйнування металу. Встановлено, що процеси руйнування металу починаються в зонах з аустенітною структурою, яка сприяє протіканню дифузійних процесів. Дослідження процесів, які виникають при руйнуванні жаростійких металів, дасть можливість визначити шляхи усунення негативних явищ в металі і дати рекомендації щодо розробки нових термостабільних сплавів.

Аналіз науково-технічної літератури, ДСТУ, AISI, DIN-стандартів показав на недостатність інформації щодо даних по зносостійкості та жаростійкості високотемпературних сплавів. У зв'язку з цим виникла необхідність розробки економнолегованих сплавів зі стійкою структурою, підвищеними фізико-хімічними, механічними та спеціальними властивостями за нормальних і високих температур в умовах інтенсивного зношування.

Встановлено, що при виборі типу метала для умов високотемпературного абразивно-корозійного зношування необхідно віддавати перевагу структурно стабільній феритній основі з високотвердими частками, які відповідають принципу Шарпі

Можливість використання несферичних титанових порошків для адитивних технологій

Олександр Джуган — 2024-06-06

Адитивні технології є перспективним напрямком у розвитку таких галузей промисловості як високоточне машинобудування та авіадвигунобудування. Водночас висока собівартість процесу 3D-друку та відсутність альтернативної (сферичному порошку) сировини перешкоджає широкому розповсюдженню зазначених технологій. У даній роботі показано принципову можливість використання більш дешевих порошкових матеріалів на основі титану, що за хімічним складом відповідає марці сплаву ВТ1-0, з несферичною формою частинок, що отримують за технологією гідрування-дегідрування і призначених для виготовлення об'ємних виробів різними методами адитивних технологій. Методом профілювання насипаних і закріплених із підкладкою порошкових шарів мінімальної товщини із застосуванням різних фракцій показано, що оптимальна зовнішня поверхня отримується за умови використання порошкового матеріалу, в якому частинки мають форму багатогранників, умовно прийнятих за об'єкти, які за формою наближаються до частинок, у вигляді гексаедрів та їхніх різновидів. Використання таких порошків має забезпечити більш щільну та однорідну структуру у порівнянні з порошками сферичної форми. Розглянуто можливість застосування різних джерел енергії та способів для пошарового нарощування матеріалу при формуванні виробів – автоматичне електронно-променеве наплавлення та ручне аргонодугове наплавлення. Визначено оптимальні режими процесів покрокового сплавлення тонких шарів порошкових матеріалів. Описано перевагу запропонованих порошків порівняно із порошками сферичної форми, що переважно застосовуються на сьогоднішній день. Проведено металографічні дослідження зразків, отриманих з несферичних порошків, що показало високий рівень адгезії шарів без видимих несуцільностей

Процес аргонодугового наплавлення засипних апаратів доменних печей на низькій погонній енергії

Сергій Щетинін — 2024-06-06

Засипний апарат, який забезпечує завантаження шихтових матеріалів в доменну піч, експлуатується в умовах високих питомих динамічних навантажень під дією руди, коксу, агломерату, абразивного і газоабразівного зносу, високих температур і агресивних середовищ. Збільшення зносостійкості засипних апаратів знижує собівартість, підвищує якість чавуну і ефективність металургійного виробництва. Тому, підвищення тріщиностійкості і зносостійкості засипних апаратів є важливою науково-технічною проблемою

Вплив режимів термічної обробки на структуру та зносостійкість наплавленого металу розробленими порошковими дротами з азотом

Антон Зусін — 2024-06-06

Переривання роботи машин через пошкодження або знос компонентів, обмежує тривалість нормальної експлуатації та призводить до простоїв. Потрібні додаткові витрати на виготовлення та ремонт запасних частин. Експлуатаційна надійність та довговічність багатьох деталей машин залежить від їх міцності, зносостійкості [1].

Багатодеталеймашинпіддаютьповерхневомузміцненнюдляпідвищеннятвердості,межівитривалостітазносостійкостіповерхневогошару.Існує три основні методи поверхневого зміцнення: поверхневе зміцнення, хіміко-термічна обробка та зміцнення пластичною деформацією [2].

У цій роботі досліджено можливість отримання залишкового аустеніту з використанням різних режимів термічної обробки, а також вплив мікроструктури та її метастабільності на зносостійкість. Фазовий склад, метастабільність аустеніту та механічні властивості цементованих карбідо-сталей можна контролювати шляхом регулювання температури відпуску.

В останні роки багато вчених продемонстрували позитивний вплив залишкового аустеніту, що утворюється в поверхневому шарі та самозміцнюється під навантаженням, на зносостійкість і втомну міцність [3].

Одним з найважливіших напрямків сучасного зварювання є створення наплавних матеріалів з метастабільними структурами, які здатні само організовуватися під впливом зовнішніх факторів.

Вони можуть адаптуватися до умов навантаження і мають значно вищі властивості. Дослідження в цій галузі розпочалися в середині минулого століття І.М. Богачовим та Р.І. Минцем. Вони висунули і реалізували надзвичайно плідну ідею використання мартенситного перетворення під навантаженням в процесі випробування механічних властивостей і працездатності спеціальних сталей.

Сплави з метастабільним аустенітом мають підвищену стійкість до гідро-абразивного зносу, абразивного, ударного, сухого тертя та втомного навантаження. Ці сплави дозволяють досягти високих рівнів механічних властивостей. Це пов'язано з тим, що на виникнення мартенситного перетворення під навантаженням витрачається більша частина зовнішньої енергії і відповідно менша частка використовується на руйнування. Розвиток мартенситного перетворення призводить не тільки до зміцнення, але і до релаксації мікронапружень, що покращує мікро об'єм і характеристики сплаву. Цьому також сприяє динамічне деформаційне старіння. [4]

Дослідження складних систем за допомогою імітаційного моделювання на основі системної динаміки

Артем Остапенко — 2024-06-06

У роботі проведено аналіз методів та підходів імітаційного моделювання, розглянуті їх можливості, переваги, недоліки та області застосування. Визначено та описано два ключові підходи імітаційного моделювання, а саме системну динаміку та агентне моделювання. Розкрито їх сутність та області застосування, доцільність використання для прикладних задач. Звернено увагу на можливості поєднання цих методів, а також використання комбінованого підходу в контексті прикладного середовища моделювання, зокрема в рамках платформи AnyLogic. Такий підхід дозволяє розглянути поведінку системи, що складається з підсистем. Детально проаналізовано взаємодію системної динаміки та агентного моделювання, виявлено можливості оптимізації та удосконалення процесів моделювання. Розглянуто імітаційне моделювання прикладних задач економічного напряму, особливості створення економічних моделей та їх перехід до математико-економічних структур. Визначено ключові проблеми, що виникають при моделюванні економічних систем, та сформульовано чіткі правила для їх усунення, сприяючі поліпшенню точності та адекватності моделей. В роботі наведено конкретний приклад моделювання економічної системи України на основі статистичних даних за період 2019-2022 років. Використана математична модель Солоу, а її коефіцієнти виведено на основі офіційних даних. Побудовано просторові системно-динамічні діаграми процесів в державній економіці, розроблено динамічні імітаційні моделі, використовуючи платформу AnyLogic. Здійснено формальний опис моделі економічного зростання, включаючи деталізований опис взаємозв'язків у моделі. Проведено експеримент для визначення оптимальної норми накопичення, враховуючи концепцію "золотого правила". Отримані результати експерименту важливі для розуміння та вдосконалення економічних стратегій

Підсистема контролю послідовності дій користувача для навчальної системи з віртуальною реальністю

Олена П’ятикоп — 2024-06-06

Віртуальна реальність дозволяє відтворити у цифровому тривимірному середовищі різноманітні процеси та забезпечити взаємодію з ними людини. Тому технології віртуальної реальності активно впроваджуються в навчальні системи. Завдяки цьому з’являється можливість безпечного й необмеженого повторення вправ з оволодіння практичними навичками. Але для ефективного використання навчальних систем з віртуальною реальністю, в них повинен бути компонент, що виконує контроль правильності виконання завдань користувачем та вірної послідовності виконання дій. Робота присвячена процесам створення, редагування, відображення, збереження та контролю виконання ланцюгів послідовних дій для користувача в навчальній системі з віртуальною реальністю. У роботі розглянуто аналіз останніх досліджень та публікацій, що підтвердив доцільність використання віртуальної реальності у навчанні. Визначено, що поширеним програмним засобом для розробки віртуальної реальності є міжплатформне середовище розробки Unity. Тому метою роботи є створення підсистеми для середовища Unity із можливістю інтеграції з бібліотеками для VR розробки, що автоматизує контроль за діями користувача під час навчання, а також зберігає дані про проходження сценаріїв навчання для подальшого контролю. Наведено опис основних розроблених класів підсистеми. Описано види користувачів підсистеми та загальний зміст її функціювання. Визначено перелік сутностей моделі даних для зберігання інформації про стан проходження завдань. Запропоновано склад модулів підсистеми контролю послідовності дій користувача. Описано процес налаштування підсистеми для використання. До переваг розробленої підсистеми можна віднести: стійкість до збоїв, простоту використання та широкий функціонал, а також можливість роботи на будь-якій платформі, що підтримується середовищем розробки Unity