Введение. Достоинства метода электроискрового легирования металлических поверхностей, предложенного Б. Р. Лазаренко и Н. И. Лазаренко, заключаются в возможности нанесения на обрабатываемую поверхность изделия из любых токопроводящих материалов упрочненного легированного слоя материала с целью обеспечения высокой твердости, жаростойкости, износостойкости и других свойств исполнительных поверхностей деталей. В работе показана возможность формулировки критериев, устанавливающих эффективность процесса электроискрового легирования и свойства легированного слоя в зависимости от свойств d-элементов, определяемых их положением в таблице Менделеева и числом (s+d)-электронов электродных материалов. Аналогичный подход выявления критериев эффективности может быть рекомендован и для других высокоэнергетических процессов воздействия на материалы. Материалы и методы. В качестве материала подложки использовалась сталь 45, в качестве анодных материалов для формирования легированного слоя - тугоплавкие d-металлы IV-VI групп: Ti, V, Cr, Zr, Nb, Vo, Hf, Ta, W; а также d-металлы: Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pd, Ag, Cd, Re, Os, Ir, Pt, Au и p-металлы: Al, Bi, Sb, Sn, Pb. Установки, применяемые для электроискрового легирования: ЭФИ-10M, ЭФИ-46А, ЭФИ-25М, ЭФИ-66, Электром-10, ЭЛФА-541, Элитрон-22, ИМЭИ-01-2А; Корона-1101; микроскопы МИИ-4, МИМ-10, БИОЛАМ-М, ЭМА-100, Axiosplan-2; профилограф П-201 «Калибр»; микротвердомеры ПМТ-3М, DUH-W201 Shimadzu. При исследовании эрозии использовали установку «Atovic absorption spectrophotometer, Varian AA-4»; для лазерной обработки - генератор ГОС-3ОМ и установку СЛС-10-1. Результаты исследования. Проведено обобщение схем процесса электроискрового легирования при единичном и многократном воздействии модельными анодными материалами. На катоде возникает лунка с различной степенью заполненности материалом катода или представляющая зону взаимной кристаллизации материала анода и катода. При воздействии искрового разряда в газовой среде наблюдаются различия в формировании лунок в связи с более интенсивным переносом эродированного материала на противоположный электрод, особенно на катод. Получены и представлены зависимости некоторых свойств (микротвердость, температура плавления, модуль упругости) тугоплавких d-металлов от их расположения в IV-VI периодах таблицы Менделеева. Например, установлены их размерные и объемные связи при электроискровом легировании. Получены зависимости свойств модельных электродных материалов от статистического веса атомных стабильных конфигураций, а также зависимость эрозии анода из переходных металлов от числа (s+d)-электронов и межэлектродной среды. Представлены закономерности эрозии d-металлов при электроискровом легировании и других видах высокоэнергетического воздействия на поверхность. Обсуждение и заключения. Для улучшения свойств покрытий и увеличения эффективности электроискрового легирования необходимо отдавать предпочтение анодным материалам с максимальным статистическим весом атомных стабильных конфигураций. Можно утверждать наличие связи свойств материалов электродов с величиной их эрозии и параметрами эффективности формирования легированного слоя при электроискровом легировании, которые для конкретных условий определяются методом подбора соотношений и сравнения с количественными экспериментальными данными ранее установленных зависимостей. Возможен общий подход к формулировке критериев достижения новых свойств материалов в результате высокоэнергетического воздействия на них. Сформулирована гипотеза об определении сходных зависимостей изменения физических и эксплуатационных свойств d-элементов для различных методов локального высокоэнергетического воздействия.
Инженерные технологии и системы
2018. — Выпуск 3
Содержание:
Введение. В статье рассмотрена задача об устойчивости по части переменных нулевого положения равновесия математической модели, описывающая динамику биоценоза в условиях межвидового взаимодействия типа «хищник-жертва», представляющую собой нелинейную систему обыкновенных дифференциальных уравнений с возмущениями в виде векторных полиномов. Исследуемая система рассмотрена при условии, что рождаемость биологических видов не превышает смертности. Материалы и методы. Получены достаточные условия устойчивости и асимптотической устойчивости по части переменных нулевого положения равновесия системы. Доказательство основано на построении операторного уравнения в банаховом пространстве, связывающего решение исследуемой системы и ee линейного приближения. На основе принципа Шаудера о неподвижной точке доказано существование решения операторного уравнения. Для завершения доказательства показано, что между решениями исследуемой системы и ее линейного приближения существует локальная асимптотическая эквивалентность по Брауеру, причем разности между компонентами решений исследуемой системы и ee линейного приближения стремятся к нулю равномерно по начальным значениям. Результаты исследования. В качестве примера рассмотрена модель типа «хищник-жертва» в случае, когда два вида питаются третьим. Приведены условия устойчивости и асимптотической устойчивости по части переменных тривиального положения равновесия системы динамики численности двух популяций «хищников» и одной популяции «жертв» при различных коэффициентах рождаемости биологических видов. Построены графики численности популяций при различных значениях разности между рождаемостью и смертностью соответствующих видов. Обсуждение и заключения. В зависимости от разности между рождаемостью и смертностью биологических видов проведен анализ динамики численности двух популяций «хищников» и одной популяции «жертв» с течением времени.
Ключевые слова
Введение. Проблема математического моделирования в инноватике состоит в том, что общей модели инновационных процессов до настоящего времени не разработано, а существующие подходы позволяют смоделировать инновации с какой-либо одной стороны: политической, экономической (в различных аспектах) или описывают общую структуру инновационной деятельности. Например, инновации можно оценивать с помощью такого показателя, как объем продаж инновационного продукта, однако это не означает, что других индикаторов не существует или они менее значимы. Материалы и методы. Для исследования проблем выбора модели инновационной интегрированной структуры между университетом, предприятием и научной лабораторией были выбраны модели Л. Лейдесдорфа и С. Кауфмана, а также модель NK, первоначально использованная для анализа развития биологических популяций. Результаты исследования. В статье приведены результаты моделирования инновационной интегрированной структуры между участниками процесса. На основании экспертной оценки составлен инновационный ландшафт для случая их максимальной взаимозависимости. Обсуждение и заключения. В статье представлено краткое описание методов моделирования в инноватике; дано общее описание проблемной сферы; изложено современное состояние исследований данной проблемы. Построена имитация вариантов развития инновационных сетей на основе модели NK при независимых стратегиях участников. Рассмотрен случай максимальной сложности сети, когда все участники инновации взаимосвязаны, а также локальные и глобальные оптимумы в ландшафте окупаемости проектов.
Ключевые слова
Введение. В процессе математического моделирования динамических процессов не удается учесть все действующие в них силы. Чтобы математическая модель наиболее точно описывала динамические процессы, в них включают слагаемые, соответствующие постоянно действующим возмущениям. Подобные меры необходимы, например, при решении прикладных задач. В данной статье рассматривается случай, когда система допускает «частичное» положение равновесия. Целью работы является доказательство теоремы об устойчивости «частичного» положения равновесия при постоянно действующих возмущениях, малых в каждый момент времени. Материалы и методы. Объектами исследования являются нелинейные системы дифференциальных уравнений, допускающие «частичное» положение равновесия. Теоремы об устойчивости при постоянно действующих возмущениях «частичного» положения равновесия, малых в каждый момент времени, доказываются с использованием второго метода Ляпунова. Результаты исследования. С введением устойчивости относительно части переменных появилась потребность введения устойчивости при постоянно действующих возмущениях относительно части фазовых переменных. Первые теоремы об устойчивости при постоянно действующих возмущениях относительно части фазовых переменных были получены А. С. Озиранером. Следует отметить, что в настоящее время не сформулировано теорем об устойчивости при постоянно действующих возмущениях «частичного» положения равновесия, что свидетельствует об актуальности данной статьи. Обсуждение и заключения. Доказанная в работе теорема 3 является развитием математической теории устойчивости. Полученные результаты применимы в механике управляемого движения.
Ключевые слова
Введение. В оценке пространственно-временной структуры земной поверхности большую значимость приобретают данные дистанционного зондирования Земли. Повышение эффективности инструментов анализа космической съемки возможно через изучение проблемы получения комплексной пространственно-временной характеристики состояния земель. Целью исследования является повышение точности автоматизированного анализа данных дистанционного зондирования Земли за счет учета инвариантных и динамических дескрипторов окрестности. Материалы и методы. С целью повышения точности классификации данных дистанционного зондирования Земли проводился расчет комплексных пространственно-временных характеристик состояния земель на основе системного анализа данных, характеризующих динамические и инвариантные состояния территории, окружающей геофизический участок. Формализация данного процесса, приведенная в статье, включает методики расчета набора численных дескрипторов окрестности: локальной энтропии, локального диапазона, среднеквадратического отклонения, цветового момента, гистограммы оттенков, кортежа цветов. Описана методика расчета комплексного дескриптора на основе вектора Фишера. Для апробации решения составлен план эксперимента и проведена выборка исходных данных. Результаты исследования. Апробация методики и созданного на ее основе алгоритма, реализованного в виде комплекса программ, на системе тестовых полигонов показала варьирование точности классификации в диапазоне 81-89 % (без учета дескрипторов окрестности) и 91-97 % (с учетом дескрипторов). Значительное увеличение радиуса анализируемой окрестности приводит к снижению точности классификации. Обсуждение и заключения. Разработанный комплекс программ позволяет оперативно проводить моделирование пространственных систем с целью тематического картографирования землепользования и анализа развития чрезвычайных ситуаций, а созданная методика анализа земель с учетом дескрипторов окрестности дает возможность повысить точность классификации.
Ключевые слова
Введение. До настоящего времени композитные материалы не были широко распространены в народном хозяйстве, особенно в сельском. В связи с этим актуально их применение для изготовления отдельных деталей сельскохозяйственной техники, например, стоек культиваторных лап, часто ломающихся из-за концентрации напряжения в местах изменения их толщины при выполнении пахотных работ. Эти напряжения можно уменьшить, повысив надежность работы стоек, если использовать для их изготовления композитные материалы. Материалы и методы. В исследовании применялись композитные материалы для изготовления культиваторных стоек и изучения их свойств при соответствующем подборе объемного соотношения волокон в каждом из слоев ткани и связующего материала. Получение опытным путем молекулярного соотношения волокон ткани и связующего слоя послужило исходным материалом для проектировочных расчетов и дало возможность использовать шаблонный метод для набора слоя. Результаты исследования. Был получен расчетный коэффициент безопасности, равный 2. Следует отметить, что были изменены значения механических характеристик материала из-за наличия в материале пористости, коэффициент которой оказался равен 11,6 %, тогда как допустимое значение - 4 %. Полевые испытания показали долговечность изготовленной из композитных материалов стойки (даже при тяжелых условиях работы) по сравнению с обычной стойкой, выполненной из легированной стали. Обсуждение и заключения. В результате исследования механического поведения геометрической модели стойки и моделирования ее материала, обладающего высокими механическими свойствами и впоследствии использованного для производства композитного материала, было достигнуто минимальное значение коэффициента безопасности - 4 (при максимальном коэффициенте безопасности для работников 15). Также была доказана экономическая целесообразность производства стоек из композитных материалов как менее дорогого, чем при использовании традиционных материалов - сталей.
Ключевые слова
Введение. При возделывании сельскохозяйственных культур необходимо учитывать потребность растений во влаге и питательных элементах, размещение по площади питания, определяющую освещенность и т. д. С целью создания благоприятных условий для роста и развития растений применяются различные способы посева с учетом биологических особенностей культур. Важным условием при посеве является равномерное расположение семян вдоль борозды, особенно актуально это при возделывании семенников мелкосеменных культур. Ключевое влияние на равномерность высева оказывают конструктивные параметры и кинематические режимы работы высевающего аппарата. Материалы и методы. Для определения оптимальных параметров и режимов работы дискового высевающего аппарата были использованы методы дробно-факторного эксперимента и многокритериальной оптимизации. Обработка результатов исследования проводилась с помощью программного комплекса Pareto. Результаты исследования. На основе экспериментальных исследований были получены математические модели технологического процесса высева семян мелкосеменных культур. Обсуждение и заключения. Для повышения качества высева мелкосеменных культур конструктивные параметры экспериментального высевающего аппарата (х - диаметр ячейки; х - количество ячеек на диске) будут стремиться к максимальным значениям. Оптимальная окружная скорость высевающего диска должна находиться в диапазоне от 0,127 до 0,192 м/с, а скорость движения агрегата - составлять не более 2 м/с.
Ключевые слова
Введение. Процесс уборки льна-долгунца характеризуется активным взаимодействием рабочих органов льноуборочных машин с частями растения. Различные принципы и конструкции адаптеров для очеса коробочек от стебля льна-долгунца, используемые в льноуборочных машинах, имеют не только положительные, но и отрицательные стороны. Наиболее эффективен однобарабанный гребневый очесывающий аппарат, однако у него отмечается повышенный уровень повреждений стеблей и их отход в путанину. Цель данной работы - экспериментальное обоснование конструктивных изменений гребневого очесывающего аппарата, позволяющих снизить повреждения стеблей льна-долгунца в процессе очеса и повысить качество льносырья. Материалы и методы. Полевые и лабораторные исследования по уборке льна-долгунца и технологической оценке льносырья и волокна проводились по существующим методикам и действующим ГОСТам. Определялось влияние скорости уборочного льнокомбайна и типа очесывающе-транспортирующего барабана на выход и качество волокна. В качестве объекта использовался лен-долгунец сорта Алексим, а уборка проводилась в фазе полной спелости - желтой. Результаты исследования. Для снижения повреждений стеблей льна использована конструкция очесывающего барабана с тремя гребнями вместо четырех, учитывающая, что в слое вытеребленных стеблей находится только один очесывающий гребень. Данная мера позволила снизить повреждения стеблей и их отход в путанину в процессе очеса. В вариантах с трехгребневым барабаном качество льнотресты составило 0,97-1,09 номера, что на 0,19-0,28 номера выше, чем при использовании четырехгребневого барабана. Обсуждение и заключения. Снижение нагрузки на стебель льна при очесе положительно влияет на характеристики волокнистой продукции. Так, при использовании трехгребневого барабана выход длинного волокна увеличился на 1,27-1,54 % (абс.), а качество - на 0,3 номера по сравнению с классическим.
Ключевые слова
Введение. Вспашка почвы, являясь одной из главных операций при возделывании сельскохозяйственных культур, одновременно требует значительных энергетических затрат и эффективного использования почвообрабатывающих машин, в частности, мотоблока с плугом. Анализ исследований работы мотоблока показывает, что объектом возмущений при вспашке является его рабочий орган (в данном случае плуг), на который действуют нормальные и касательные силы взаимодействия корпуса плуга с почвой (R R , R), которые могут быть определены путем пространственного динамометрирования плужного корпуса. Исходя из вышесказанного, цель исследования - разработка динамометрического модуля и изучение лемешно-от-вального корпуса плуга мотоблока с применением технологий реверс-инжиниринга на основе 3D-сканирования. Материалы и методы. Из анализа литературных и патентных источников следует, что для пространственного динамометрирования корпусов лемешно-отвальных плугов необходимо разработать достаточно простое и функциональное устройство, позволяющее путем динамометрирования определить силы R R и R с достаточно высокой точностью. Для решения этой проблемы была предложена конструкция устройства, на которое авторами получено удостоверение на рационализаторское предложение № 1173 «Экспериментальный модуль для динамометрирования лемешно-отвального корпуса плуга» (22.01.2018 г., ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва»). Результаты исследования. На основе расчетных схем был спроектирован и изготовлен динамометрический модуль, определены его геометрические параметры, проведены исследования плуга мотоблока в лабораторных условиях с установлением графических и аппроксимирующих силовых зависимостей взаимодействия плуга с почвой. Обсуждение и заключения. Полученные аппроксимирующие уравнения позволяют проанализировать характер изменения сил взаимодействия лемешно-отвального корпуса плуга мотоблока с почвой и установить пределы их варьирования. Кроме этого, использование аппроксимирующих силовых зависимостей позволяет определить степень их влияния на устойчивость плуга и тяговые характеристики мотоблока в случае соответствующих расчетов.
Ключевые слова
Введение. Обеспечение продовольственной безопасности страны по длительности хранения и качеству продуктов невозможно без стерилизации продуктов в автоклавах. Эффективность процессов стерилизации во многом зависит от степени их автоматизации. В 2000-2010-е гг. совершенствование автоматических и автоматизированных систем управления базировалось в основном на развитии технических средств автоматики без теоретического обоснования принимаемых решений. Предлагаемая работа направлена на выявление связей между параметрами и связями процесса стерилизации и выбором структурно-параметрических особенностей системы управления. Материалы и методы. Проведен качественный анализ с позиций современной теории автоматического управления приближенной модели теплового процесса нагрева воды паром в автоклаве с учетом законов теплопереноса и достаточности использования двумерной модели в зависимости от ее структурно-функциональных особенностей, учитывающих параметры и связи процесса, - свойств управляемости по Калману во временной области в пространстве состояний (отдельно показан переход от передаточной функции с нулями в числителе к нормальной системе дифференциальных уравнений); свойств устойчивости модели в частотной области с помощью передаточных функций и структурных преобразований; учета соотношения параметров в виде неравенств и последующим выбором составляющих пропорционально-интегрально-дифференциального закона регулирования для реального автоклава с помощью матрицы экспертных оценок. Результаты исследования. Показано, что для качественного исследования вопросов управляемости и устойчивости приближенной модели теплового процесса нагрева воды паром в автоклаве в зависимости от параметров процесса необходимо совместное представление модели как во временной (в пространстве состояний), так и в частотной (в виде передаточных функций) областях. Анализ управляемости процесса основывается на трех подходах: первый (формализованный) основан на представлении модели в виде нормальной системы обыкновенных дифференциальных уравнений в форме Коши с развитием способа понижения порядка старших производных координат и введения дополнительных сигналов по управлению, учитывающих производные по управлению; второй (неформализованный) - на исключении производных по управлению путем структурных преобразований; третий (прямой) использует полученные из физических соображений уравнения теплового баланса и теплопроводности первого порядка. По условиям управляемости Калмана получены зависимости между параметрами процесса и степенью его управляемости. Анализ устойчивости процесса основан на исследовании полюсов передаточных функций в частотной области и характеристических корней уравнений состояния во временной области. На основе структурных преобразований выделен замкнутый контур нагрева банок водой с инерционностью, зависящей от параметров загрузки автоклава. Переходные процессы в этом контуре принимают усилительный, апериодический или интегральный характер, что сказывается на характере переходных процессов системы управления в целом. Формализованный выбор составляющих пропорционально-интегрально-дифференциального закона регулирования проводится в зависимости от частоты применения степени загрузки и необходимости составляющих пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора с помощью матрицы экспертных оценок. Обсуждение и заключения. Результаты исследования послужат материалом для разработки реальной модели процесса автоклавирования с учетом статических и динамических характеристик измерительных, преобразовательных и исполнительных элементов, исследования влияния и компенсации инерционностей и нелинейностей реальных элементов с последующей разработкой автоматизированной системы управления процессом стерилизации в автоклавах. Результаты работы могут быть использованы для исследования общих и прикладных проблем оптимального управления как в пищевой, так и в других отраслях промышленности, например, в производстве стройматериалов и резинотехнических изделий.
Ключевые слова
Введение. В результате коррозионных повреждений сельскохозяйственных и ле-сохозяйственных машин увеличиваются расходы на поддержание их работоспособности. Замедлить или приостановить процесс коррозии можно посредством водорастворимых ингибиторов, многие из которых, однако, имеют недостатки, такие как малоэффективность или токсичность. Целью настоящей работы является исследование защитной эффективности водных растворов эфира борной кислоты и триэтаноламина, а также разработка рекомендаций по их использованию для противокоррозионной защиты сельскохозяйственных и лесохозяйственных машин при подготовке к длительному хранению. Материалы и методы. Защитные композиции были подготовлены путем растворения эфира борной кислоты и триэтаноламина в дистилированной и технической воде при комнатной температуре. Для исследования использованы водные растворы с концентрацией водорастворимых ингибиторов 5-50 г/л (0,5-5 масс. %). Для оценки их защитной эффективности был применен метод линейного поляризационного сопротивления. В ходе электрохимических исследований использован измерительный комплекс фирмы Solartron (Великобритания). Ускоренные коррозионные испытания проводились на стальных пластинках в гигростате Г-4 по ГОСТ 9.054-75. «Эффект последействия» водорастворимых ингибиторов коррозии оценивался по защитной эффективности остаточной пленки. Результаты исследования. Изучено влияние концентрации эфира борной кислоты и триэтаноламина в водных растворах на их защитные свойства. Установлено, что эфир борной кислоты и триэтаноламина замедляет анодную реакцию. Анализ результатов исследований показал, что при повышении концентрации водорастворимых ингибиторов коррозии в технической воде скорость коррозии стального электрода снижается. Наиболее заметно это снижение при изменении концентрации в диапазоне 10-50 г/л. С ростом концентрации в растворе эфира борной кислоты и триэтаноламина до 50 г/л их защитная эффективность изменяется на 6-14 %. Получена оптимальная концентрация ингибитора в композиции - 10 г/л. При коррозионных испытаниях стальных пластин защитная эффективность раствора с концентрацией 10 г/л водорастворимого ингибитора составила > 70 %. При попадании атмосферных осадков на образцы защитная эффективность растворов снижалась до 20-25 %. При испытаниях в закрытом неотапливаемом помещении на стальных образцах в течении года следов коррозии не обнаружено. Обсуждение и заключения. Исследования показали, что эфир борной кислоты и три-этаноламина является водорастворимым ингибитором коррозии анодного типа. С ростом концентрации водорастворимых ингибиторов коррозии в технической воде скорость коррозии стального электрода снижается. Оптимальная концентрация эфира борной кислоты и триэтаноламина в защитном растворе должна составлять 10 г/л. При коррозионных испытаниях стальных пластин защитная эффективность раствора водорастворимого ингибитора составляла > 70 %. В условиях прямого попадания атмосферных осадков на образцы защитная эффективность растворов снижалась до 20-25 %. При испытаниях в закрытом неотапливаемом помещении на стальных образцах в течении года не наблюдалось следов коррозии. Таким образом, эфир борной кислоты и триэтаноламина эффективен для защиты от атмосферной коррозии в условиях закрытого помещения. На открытых площадках его рекомендуют применять для защиты машин от коррозии при кратковременном хранении. Определена область применения водорастворимого ингибитора при постановке сельскохозяйственных и лесохозяйственных машин на длительное хранение, в том числе предложено совместить стадии очистки машин от загрязнений и консервации их поверхностей для защиты от коррозии. Статья будет полезна специалистам в области защиты лесо- и сельскохозяйственной техники от коррозии при постановке на длительное хранение.
Ключевые слова
Введение. Актуальность исследования обусловлена необходимостью изучения влияния смесевого топлива, состоящего из дизельного топлива и рапсового масла, на эксплуатационные показатели трактора при выполнении сельскохозяйственных операций. Целью исследования является получение количественных показателей трактора «Беларус-922» с применением смесевого топлива, состоящего из дизельного топлива и рапсового масла, при выполнении сельскохозяйственных операций. Материалы и методы. Для достижения цели в производственных условиях проведены эксплуатационные исследования трактора с установленным на него комплектом приборов и оборудования. Результаты исследования. Впервые получены количественные эксгшуатациошные показатели трактора «Беларус-922» при его работе на чистом дизельном или смесе-вом топливе, состоящем из 60 % дизельного топлива и 40 % рапсового масла, во время выполнения вспашки и предпосевной обработки почвы. Анализ данных показал, что изменение удельных эксплуатационных показателей трактора при выполнении сельскохозяйственных операций во время его работы на смесевом и дизельном топливе является неоднозначным. В ходе вспашки увеличились следующие значения: О - с 11,86 до 12,54 кг/га, количество NO - с 344,4 до 373,2 г/га, CO - с 136,9 до 137,1 г/га; при этом количество C уменьшилось с 11,2 до 8,04 г/га. Во время выполнения предпосевной обработки почвы значения G и NO увеличились с 4,61 до 4,86 кг/га и с 137,9 г/га до 151 г/га соответственно; CO и C 'уменьшились с 60,7 до 45,6 г/га и с 6,52 до 4,04 г/га соответственно. Обсуждение и заключения. Полученные результаты доказывают целесообразность применения смесевого топлива для улучшения эксплуатационных показателей трактора «Беларус-922» при выполнении сельскохозяйственных операций.