Рассмотрено влияние параметров процесса плазменного напыления на технологические характеристики многослойных покрытий на базе материалов никель-хром и никель-хром-алюминий-иттрий, оксидной керамики, предназначенных для эксплуатации при высоких температурных и дополнительных динамических нагрузках. Конструирование плазменных покрытий при их нанесении (с последующей высокоэнергетической обработкой) в таких условиях требует комплексного решения – как применения качественных порошковых ингредиентов, так и оптимизации технологических параметров. Усовершенствован плазменный процесс нанесения порошковых материалов для получения максимальных значений их коэффициентов использования. Оптимизированы технологические характеристики, оказывающие влияние на свойства плазменных покрытий, а именно: величины расходов плазмообразующего и транспортирующего материалы газов, расход подаваемых порошковых материалов, ток и напряжение электрической дуги плазменной горелки, расстояние от среза сопла плазмотрона до подложки. В статье приведены результаты исследований структуры покрытий, выполненных с применением растровой электронной микроскопии. Их анализ позволил сформировать общие закономерности, получаемые при воздействии излучения компрессионных плазменных потоков на сформированные воздушной плазмой покрытия. Рассмотренные структуры созданы при помощи процессов плавления, уплотнения и высокоскоростного охлаждения плазменных покрытий. Основные показатели оптимизации – максимальное локальное уплотнение и проплавление полученных композиций с отсутствием дефектов и разрушений от воздействия потоков компрессионной плазмы. Главный эффект при воздействии излучения компрессионного плазменного потока на ранее сформированные покрытия – тепловой. Он способствует нагреву приповерхностного слоя. При действии на покрытия излучения компрессионных плазменных потоков создается переплавленный слой оксидов толщиной порядка 12–15 мкм, сглаживающий рельеф сформированной поверхности и создающий на поверхности сетку трещин, расходящихся в глубину покрытия. Происходящие в расплавленной фазе приповерхностных слоев жидкофазные процессы после воздействия излучения компрессионной плазмы изменяют структуру слоев и способствуют модификации их механических свойств. Благодаря сглаживанию поверхности, увеличению плотности поверхностного закристаллизованного слоя и минимизации макродефектов – пор или макротрещин – повышаются механические характеристики покрытий.
Наука и техника
2022. — Выпуск 2
Содержание:
Создание системы мобильного мониторинга для диагностики технического состояния объектов горной техники по параметрам механических колебаний является одним из самых наукоемких направлений. В статье приведены результаты изучения возможности выделения возникающих при поломках резцов на режущих дисках двухпоточных приводов исполнительного органа горного комбайна механических колебаний рукоятей с собственной частотой »5 Гц, которая с большей или меньшей амплитудой присутствует практически во всех зарегистрированных спектрах. Поэтому ее можно использовать для оперативного мобильного мониторинга поломок резцов исполнительных органов горных комбайнов. Анализ колебаний подтвердил, что они передаются практически на все невращающиеся части комбайна, где могут быть зарегистрированы, что позволяет использовать их для мобильного автоматизированного мониторинга поломок резцов на режущих дисках. На примере комбайна «Универсал-600» установлено, что наиболее удобным при регистрации этих колебаний с позиции отсутствия необходимости введения в измерительный тракт модуля передачи сигнала с вращающихся частей комбайна можно считать размещение датчика вибрации на корпусе входного редуктора привода исполнительного органа с ориентацией его в направлении движения комбайна, где колебания частотой 5 Гц являются превалирующими и их достаточно просто выделить из низкочастотного диапазона с использованием стандартизированных низкочастотных третьоктавных фильтров. Предложена методика создания системы автоматизированного мобильного мониторинга поломок резцов по параметрам механических колебаний режущих дисков с собственной частотой.
Ключевые слова
В современном машиностроении, наряду со снижением металлоемкости конструкций, главной задачей является повышение надежности и долговечности деталей, узлов механизмов. Эта проблема никогда не утрачивает своей актуальности в связи с постоянно возрастающими требованиями к изготовлению изделий, с необходимостью экономии дефицитных дорогостоящих металлов и сплавов и, как следствие, замены их на экономически более выгодные варианты. Один из самых перспективных, с точки зрения экологии, способов замены металлов – использование в конструкциях узлов пластиков, в частности полимолочной кислоты (PLA). PLA – это биоразлагаемый термопластик, применяемый в 3D-печати. В статье представлены результаты экспериментального исследования на разрыв образцов, полученных методом 3D-печати из PLA при различных технологических режимах работы 3D-принтера. В качестве варьируемых параметров были выбраны: форма заполнения образцов (треугольник, шестигранник (соты), линия, ребро), температура сопла (190–205 °С), коэффициент заполнения образца (от 10 до 40 %). Испытания образцов на разрыв проводили на гидравлической разрывной машине с измерительным программным комплексом в комплекте Kason WDW-5. При выполнении испытаний основным выходным показателем считали условный предел текучести. Анализ экспериментальных данных показал существенное влияние изучаемых технологических параметров на условный предел текучести, который изменялся от 16,50 до 22,42 МПа. В процессе исследований определены наиболее рациональные формы и коэффициент заполнения образцов, а также температура сопла при печати PLA.
Ключевые слова
С использованием разработанного авторами метода технико-экономического расчета установок с теплообменными аппаратами рекуперативного типа исследованы режимы эксплуатации централизованной приточно-вытяжной системы организованной вентиляции, в которой подогрев приточного воздуха осуществляется за счет теплоты солнечного излучения и теплоты удаляемого из помещений воздуха. Представлены результаты оценки тепловой и экономической эффективности такой системы вентиляции для многоэтажных зданий. Выполнено сравнение расходов тепловой энергии на нужды отопления и вентиляции за счет применения предлагаемой системы вентиляции для двух вариантов зданий – с уровнем тепловой защиты ограждающих конструкций, отвечающим современным нормативным требованиям (здания с теплопотреблением до 130 кВт×ч/(м2×год)), и для аналогичного по планировочной структуре здания, но с ограждающими конструкциями, уровень утепления которых соответствует зданиям постройки до 1993 г. (здания с теплопотреблением до 260 кВт×ч/(м2×год)). Определены температурные условия, при которых возникает необходимость включения в работу устройств дополнительного (пикового) подогрева приточного воздуха, когда тепловой потенциал солнечного излучения и вторичных энергетических ресурсов недостаточен для обеспечения расчетной температуры приточного воздуха. Для рассматриваемой системы вентиляции установлено наличие влияния термических сопротивлений ограждающих конструкций здания на показатели термодинамической и экономической эффективности предлагаемого решения. Определены климатические условия, при которых утилизация теплоты удаляемого воздуха в системе вентиляции технически оправдана и экономически целесообразна. Результаты выполненных исследований могут быть использованы при определении путей тепловой модернизации зданий с традиционными системами отопления и вентиляции
Ключевые слова
Рассмотрена задача оптимизации шарнирно опертых железобетонных прямоугольных гладких и ребристых плит. Статический расчет плит выполнен с использованием метода конечных элементов. Модель построена из прямоугольных конечных элементов, содержащих по четыре узла и имеющих двенадцать степеней свободы. Нагрузка представлена в виде узловых вертикальных сил. Для учета нелинейности деформирования железобетона конечные элементы приняты как неоднородные многослойные пластины. Модуль упругости изменялся по гиперболической зависимости. Определение напряженно-деформированного состояния выполнено итерационным способом. Для оптимизации использован метод сокращения ресурсов по прочности, жесткости и раскрытию трещин с градиентным спуском по границе допускаемой области. В качестве целевых функций приняты стоимость материала, затраченного на изготовление плиты, и объем бетона. Поставлены ограничения по прочности, жесткости и ширине раскрытия трещин. Путем сканирования установлены границы допустимой области поиска оптимального решения, имеющие криволинейное очертание. По результатам расчета получены траектории движения поиска оптимального решения. Приведены примеры и найдены оптимальные решения при различных стартовых точках. Установлено, что для принятых условий задачи экстремальные точки располагаются вблизи границ допускаемой области. Скорость градиентного спуска и расположение стартовых точек не оказывают существенного влияния на результаты. В связи с тем что целевая функция может иметь несколько минимумов, предложен способ поиска глобального минимума предварительным сканированием и анализом значений экстремумов. Подтверждено, что применяемый метод обеспечивает стабильность оптимального решения.
Ключевые слова
Изучена возможность применения в процессе строительства, реконструкции и ремонта автомобильных дорог цементогранулята – продукта переработки старого цементобетона и мусора, образующегося при сносе зданий и сооружений. Использование вторичных материалов в дорожной отрасли – один из источников экономии природного сырья. При этом решаются экологические проблемы посредством утилизации старых отработанных материалов и конструкций. Исследовав характеристики цементогранулята, определена возможность его применения для устройства оснований под дорожные одежды, а также как заменителя щебня при изготовлении бетонных плит сборных покрытий. В первом случае использования цементогранулята эффективным является метод заклинки. Экспериментально подтверждено, что остатки цементного раствора на поверхности щебня, бывшего в употреблении, способствуют лучшему его заклиниванию, тем самым создавая более прочный слой основания. Чтобы оценить возможность применения цементогранулята как заменителя щебня для изготовления бетонных плит сборных покрытий, проведены стандартные исследования этого материала, подобран состав цементобетонной смеси, изготовлены и испытаны стандартные образцы. Результаты экспериментов показали, что использование цементогранулята для таких целей вполне допустимо. В частности, средняя прочность образцов в испытанной партии оказалась равной 45,13 МПа, а гарантируемая – 35,13 МПа, что соответствует классу бетона В35. Данные показатели демонстрируют, что применение цементогранулята вполне может быть востребовано при строительстве и реконструкции местных дорог. В настоящее время, как известно, выполняется программа по повышению транспортно-эксплуатационного уровня местных дорог, а это – около 70 тыс. км. И здесь, конечно, потребуется огромное количество дорожно-строительных материалов.
Ключевые слова
В статье изложены результаты исследований цементобетонных дорожных покрытий в Южном Казахстане, для которого характерны значительные изменения климата. Выявлены потенциальные проблемы устройства цементобетонных дорожных покрытий в регионе, где не было опыта их строительства вплоть до середины 2000 гг. С целью выработки оптимального решения проанализированы и количественно нормированы технические факторы, характеризующие процесс устройства данных покрытий с использованием скользящих форм. К таким факторам отнесены оптимальное количество раствора для отверждения бетона, оптимальное время нарезки шва, интервал и эффективная ширина деформационных швов для предотвращения образования трещин в бетоне в раннем возрасте. Показана эффективность применения полиэтиленовой пленки для предупреждения образования усадочных трещин и поддержания требуемого режима твердения цементобетонного покрытия. Установлена основная причина повреждения швов расширения на длине дневной захватки и разработаны рекомендации по устройству цементобетонных покрытий и швов расширения при строительстве автомобильных дорог в регионе. Накопленные данные о климатических факторах и методах производства работ с использованием полиэтиленовой пленки позволят оптимизировать строительство цементобетонных дорожных покрытий в Южном Казахстане.
Ключевые слова
Рассмотрены варианты уменьшения экологических потерь в Полоцке и Новополоцке за счет развития систем троллейбусного и трамвайного движения – различных видов городского электрического транспорта. С целью сокращения затрат на создание транспортной (в том числе и зарядной) инфраструктуры, а также на эксплуатационные издержки определена эффективность таких систем при использовании не только классических видов транспорта, но и гибридных автобусов, электробусов, дуобусов. Разработаны подходы и способы повышения качества обслуживания пассажиров без ухудшения экологической обстановки – это станет возможным благодаря развитию трамвайного и троллейбусного движения в Полоцке и Новополоцке. Приведены варианты сценариев использования различных видов городского электрического транспорта в исследуемых городах, которые снизят капиталовложения в транспортные средства и расходы на создание эксплуатационной базы за счет имеющихся производственных мощностей, например трамвайного парка. Кроме того, это позволит создать и организовать уникальную агломерационную рельсовую пассажирскую систему, которая может стать одним из способов развития туристического потенциала Полоцка и Новополоцка. Предложения, изложенные в статье, направлены на улучшение экологической ситуации в этих городах за счет уменьшения объема выбросов вредных веществ автобусами, особенно на центральных улицах.
Ключевые слова
Для анализа синхронизации процессов машиностроительного производства используется статистический подход о правильности выбора параметров. Точность величин достигается путем моделирования. Данный способ позволяет проверить, насколько правильно выбраны параметры и обеспечивают ли они бесперебойную работу производства. Статистический анализ величин дает информацию о сбоях в том или ином узле производства, о нарушениях синхронизации процессов производства, технологических процессов. С помощью статистических характеристик можно оценить производство в целом. Статистический многомерный анализ сложных данных о производстве позволяет анализировать работу отдельных узлов и блоков производства. Проведен кластерный анализ методом K-средних процессов производства с минимизацией полной вероятности ошибки. Дана геометрическая интерпретация результатов кластерного анализа процессов производства. Определено влияние факторов на работу производства. Применен индексный факторный метод с различной базой сравнения и разными весами. Проведена проверка гипотезы об адекватности модели процессов производства. Выполнен статистический анализ сложных данных процесса производства при поиске оптимальных решений в случае неопределенности и в условиях риска методами Байеса, Лапласа и Гермейера с помощью симплекс-метода. Использованы сетевые методы принятия решений. Статистическими методами посредством математического моделирования провели обоснование оптимальных размеров как отдельных деталей, так и объемов местных складов, чтобы не было опозданий в работе передачи процессов производства, срывов в работе, простоев оборудования. В этом случае критерием оптимальности объемов производства может служить минимум суммарных потерь от простоя отдельных узлов и блоков производства до возможности нарушения режимов синхронного процесса из-за нехватки оборудования (возникших карманов производства) или из-за давно используемых устаревших агрегатов.
Ключевые слова
.Рассмотрены основные направления концепции национальных стратегий устойчивого развития с учетом проблем энерго- и ресурсосбережения, а также необходимости рационального использования природных и вторичных ресурсов во многих странах мирового сообщества с целью перехода к «зеленой» экономике. Дана оценка энергетического потенциала горючих отходов, не нашедших технологического применения, как одного из приоритетных направлений в области нетрадиционной энергетики. Представлены аспекты исследований получения и производства многокомпонентного твердого топлива. Описана технология брикетирования влажных смесей с добавлением различных связующих, в том числе разнообразных горючих отходов, с целью получения твердого топлива. Отмечены особенности формирования каркаса топлива с учетом факторов, влияющих на производительность брикетирующей установки, а также достижения оптимальной плотности брикета. Выполнена качественная оценка различных соотношений компонентов брикетируемого топлива, при которых достигаются наилучшие производственные и потребительские показатели. Рассмотрены особенности подготовки материалов и применяемого технологического оборудования, работающего в составе линии подготовки и брикетирования. Изложены практические аспекты производства, сушки, использования брикетированного твердого топлива. Исследованы энергетические и физико-химические характеристики многокомпонентных составов топлива с применением разных методик и лабораторного оборудования. Предложенный алгоритм решения поставленной задачи позволяет рационально использовать некондиционные горючие производственные отходы для получения многокомпонентного твердого топлива, при этом на стадии производства учитываются энергетические и экологические аспекты.