Машинобудування

ОЦІНЮВАННЯ ЯКОСТІ ТА ПРОГНОЗУВАННЯ РИЗИКІВ ПРОЦЕСІВ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ПІДПРИЄМСТВ КВАЛІМЕТРИЧНИМИ МЕТОДАМИ

Yu. Rudyk — 2024-07-22

Для оцінювання якості та прогнозування ризиків процесів системи управління якістю
(СУЯ) підприємств на основі стандартів ISO серії 9000 рекомендується використовувати
кваліметричні методи, засновані на критеріях непараметричних статистик. У статті
розглядаються дві практичні задачі. Одна з них стосується визначення випадковості часового
ряду оцінок якості процесів СУЯ підприємства. Для цього пропонується використовувати
критерій серій для визначення періоду, протягом якого можуть впливати випадкові або
закономірні фактори на розподіл показника якості процесу. Цей підхід дозволяє
прогнозувати поведінку часового ряду оцінок якості та розробляти коригуючі заходи.
Друга задача полягає у визначенні довірчих інтервалів для розсіювання узагальненого
показника якості процесу СУЯ з часом, використовуючи критерій Вілкоксона. Розроблено
алгоритм для виявлення систематичної складової функціонування процесу СУЯ з часом та
встановлення його довірчих інтервалів. Моніторинг і аналіз руху медіанного значення
показника якості дозволяють прогнозувати та приймати рішення щодо поліпшення якості
процесу. Знання довірчих інтервалів допомагає визначити стабільність або її відсутність у
варіаціях узагальненого показника якості процесу СУЯ протягом його функціонування.

СУТНІСТЬ ПРОБЛЕМИ ПІДВИЩЕННЯ ШВИДКОСТІ ОБЕРТАННЯ РОТОРА ВІДЦЕНТРОВОГО НАСОСУ ТА ЇЇ ВПЛИВ НА РОБОЧИЙ ПРОЦЕС

V. Hlyanko — 2024-07-22

У статті розглянуто принцип роботи відцентрового насоса та наведено перелік
необхідних фітингів для його ефективної експлуатації. Для опису функціонування
відцентрового насоса запропоновано математичне рівняння, яке дозволяє визначити
теоретичний напір насоса залежно від кінематичних параметрів руху рідини через робоче
колесо. Найбільш поширеними двигунами, що використовуються для приводу відцентрових
насосів, є асинхронні електродвигуни. Зазначено, що ключовою особливістю відцентрового
насоса є наявність ротора — обертового валу з закріпленими на ньому різноманітними
деталями. Під час роботи на ротор діють гармонічні збудження у вигляді сил і моментів
інерції неврівноважених мас, які спричиняють його вимушені коливання. Загальна
математична модель для підвищення швидкості обертання ротора відцентрового насоса
описує рух суцільної в'язкої рідини за допомогою рівняння Нав'є-Стокса. Наведено вирази,
які враховують місцеві втрати на вході та виході ущільнень для збільшення швидкості
обертання ротора. Для підвищення швидкості обертання ротора відцентрового насоса
використовувалися двовимірні балкові елементи типу BEAM 188, а для моделювання
ущільнень-опор використовувався комбінований елемент типу COMBI 214. У випадку
спрощеного розрахунку швидкості обертання ротора пряма жорсткість ущільнення-опори
визначалася з залежності для короткого шпаринного ущільнення. Аналіз амплітудночастотних характеристик показує, що перехресні жорсткості та прямі і перехресні
демпфірування суттєво впливають на збільшення швидкості обертання ротора. Встановлено,
що гідродинамічні моменти стають важливим фактором, який впливає на динамічні
властивості ротора відцентрового насоса у випадку його сумісних радіально-кутових
коливань в шпаринних ущільненнях проточної частини ротора.

“Кваліметричний метод оцінки якості параметрів сонячних батерей”

P. Budanov — 2024-07-22

У статті досліджується кваліметричний метод оцінки параметрів фотоелектричного
перетворювача сонячної батареї за допомогою систем схемотехнічного моделювання
MATLAB/Simulink, що дозволяє пов’язати параметри потужності сонячних елементів з
освітленням, температурою навколишнього середовища з геометричними розмірами площі
сприймаючої поверхні фотоелектричного перетворювача. Розроблений кваліметричний
метод оцінки параметрів фотоелектричного перетворювача сонячної батареї, дозволяє підвищувати точність, стабільність вольт-амперної та вольт-ватної характеристик і
визначити реальне значення величини вихідної потужності та ККД фотоелектричного
перетворювача. Отримані аналітичні вирази, для обчислення вихідних параметрів, з
врахуванням реальних геометричних структурних змін поверхневого шару
фотоелектричного перетворювача, при наявності ушкоджуючих дефектів в вигляді макро- та
мікротріщин и локальних неоднорідностей. Отримані аналітичні вирази, дозволяють
розрахувати такі параметри сонячного елементу як струму короткого замикання, напруги
холостого ходу, максимальної вихідної потужності с урахуванням величини реальної площі
сприймаючої поверхні фотоелектричного перетворювача.
Проведений обчислювальний експериментом у системах схемотехнічного
моделювання MATLAB/Simulink, який підтвердив вплив геометричних характеристик
поверхні на вихідні параметри фотоелектричного перетворювача, на основі використання
обчислювального апарата фрактальної геометрії. Підтверджені результати теоретичних
досліджень, про відповідність величини фрактальної розмірності, певному значенню площі,
а також про степеневу залежність геометричної топологічної поверхні від величини
фрактальної розмірності.
Проведено порівняння теоретичних результатів з результатами практичного
експерименту, яке показало розходження отриманих даних до 5%.
Розроблений та представлений алгоритм побудови математичної моделі
фотоелектричного перетворювача сонячної батареї у системах схемотехнічного
моделювання MATLAB/Simulink с врахуванням площі активної сприймаючої поверхні.
Запропонований кваліметричний метод оцінки, може бути практично використаний
для контролю вхідних та вихідних параметрів фотоелектричного перетворювача на етапі
збірки, відбраковування сонячних модулів, панелей і цілому при побудові різних варіантів
фотоелектричних модулів сонячних електростанцій.

ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ НАСОСНИМИ АГРЕГАТАМИ ШЛЯХОМ ВИКОРИСТАННЯ ЧАСТОТНО-КЕРОВАНОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДУ

Y. Kramarenko — 2024-07-22

У статті розглянуто напрямки вирішення актуальної науково-технічної задачі
підвищення якості роботи насосних агрегатів електричних станцій та промислових
підприємств при їх автоматизованому керуванні. Наведені аналітичні залежності та
експериментальні енергетичні характеристики насосних агрегатів які встановлюють
взаємозв’язки між основними параметрами – тиском та об'ємною подачею та параметрами
керуючого впливу – частотою обертання насоса що є собою модель управління.
Встановлено, що найбільш надійним і незалежним від властивостей конкретного об'єкта
управління методом оптимізації є пошукові алгоритми, які при розрахунку використовують
значення струмів і напруг, а найбільш прийнятним методом оптимізації енергоспоживання
для перетворювачів зі скалярним керуванням є метод мінімізації споживаної потужності.
Показані характеристики продуктивності відцентрового насоса при дросельному та
частотному регулюванні. Наведено, що додаткового енергозбереження при частотному
керуванні асинхронним двигуном можна отримати шляхом розробки такого алгоритму
управління, який оптимізував би магнітний потік. Оптимізація магнітного потоку дозволяє
дещо знизити споживану потужність шляхом зниження рівня напруги при роботі в сталому
режимі. Показано, що максимальний енергозберігаючий режим може бути здійснений
такими способами: підтримкою сталості cosφ; підтримкою постійного ковзання; керуванням
з використанням моделі двигуна; за допомогою пошукових алгоритмів. Наведені приклади
механізмів і процесів, які підтверджують, що використання для них частотно-регульованих
асинхронних електроприводів з системою технологічної автоматики дозволяє підвищити
якість керованих процесів в перехідних і встановилися режимах і забезпечити суттєві
ресурсо- та енергозбереження.

АНАЛІЗ НОРМАТИВНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВИРОБІВ ШКІРЯНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ У НАПРЯМКУ БЕЗПЕЧНОСТІ

K. Lomanov — 2024-07-22

Шкіряна промисловість стикається з численними викликами, пов'язаними із безпекою
та екологічністю своєї продукції. Розуміння чинників безпеки, які впливають на здоров'я
споживачів при використанні шкіряних виробів, є критично важливим. В роботі проведено
аналіз шкідливих хімічних речовин, які можуть використовуватися під час виробництва, таких
як формальдегіди, важкі метали та інші токсини. Сучасні методи і обладнання для визначення
чинників безпеки дозволяють глибше аналізувати склад виробів і забезпечувати контроль
якості на всіх етапах виробництва. Експериментальне дослідження цих методів допомагає
виявляти потенційні ризики і розробляти стратегії їх усунення. З погляду нормативних вимог,
шкіряна промисловість регулюється як на національному, так і на міжнародному рівнях.
Сучасні екологічні стандарти і соціальна відповідальність вимагають від компаній дотримання
високих екологічних вимог і забезпечення прозорості своїх виробничих процесів.
Сертифікація від таких організацій, як Leather Working Group, свідчить про дотримання
стандартів сталого розвитку і може значно підвищити довіру споживачів. У сфері безпечних
технологій обробки шкіри, автоматизація сприяє підвищенню контролю якості, знижуючи при
цьому ризики для здоров'я. Це також допомагає мінімізувати вплив на довкілля, знижуючи
водоспоживання та відходи. Завершальним аспектом є розробка і впровадження системи
контролю якості та сертифікації. Це не лише сприяє виробництву безпечних і високоякісних
шкіряних товарів, але й забезпечує компанії конкурентні переваги на ринку. Всі ці кроки є
життєво важливими для забезпечення того, щоб шкіряна промисловість залишалася
відповідальною та орієнтованою на потреби сучасного споживача.

АНАЛІЗ ТОПОЛОГІЇ ТА ГЕОМЕТРИЧНОЇ ТОЧНОСТІ РУХІВ ПЛОСКОШЛІФУВАЛЬНОГО ВЕРСТАТУ ПРИ ТРЬОХОСЬОВІЙ ОБРОБЦІ В АВТОМАТИЧНОМУ ЦИКЛІ НА СТАДІЇ ПРОЕКТУВАННЯ

M. Bryniuk — 2024-07-22

Щоб підвищити надійність обробки на триосьовому плоскошліфувальному верстаті з
ЧПК, відповідно до ключового питання точності обробки, у цій статті запропоновано аналіз
геометричної точності та метод проектування верстатів даного типу. Створено геометричну
модель розповсюдження похибки на основі теорії багатотільних систем і методу однорідного
перетворення координат. Експериментально підтверджено, що модель має ідеальну точність
передбачення. Ключові геометричні похибки були проаналізовані за допомогою
ортогонального дизайну та перевірки параметрів методів Design of Experiments (DoE).
Методи DoE - це спосіб визначення оптимальних налаштувань процесу, що супроводжується
мінімальними витратами на дослідження та максимальною швидкістю отримання
результату. Налагоджуючи процес, технолог може діяти методом спроб і похибок. Після
аналізу витрат і відстеження похибок була створена модель витрат і якості для ключових
геометричних змінних похибок на основі надійної теорії проектування. Нарешті допуски
ключових геометричних змінних похибок були розподілені відповідно до цієї моделі.
Результати показують, що метод може реалізувати розумний та оптимальний розподіл
геометричної точності, а потім покращити точність обробки шліфуванням та, зрештою,
підвищити надійність обробки на шліфувальних верстатах в цілому.

ДОСЛІДЖЕННЯ ПОКАЗНИКІВ ЯКОСТІ СПРОЩЕНОЇ СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ МІНІГЕС

A. Mezerya — 2024-07-22

У статті наведено дослідження показників якості регулювання для повної та спрощеної
математичної моделі гідроагрегату мініГЕС. Показана актуальність задачі подальшої
оптимізації схем автоматики та структур мініГЕС в умовах дистанційного керування (без
обслуговуючого персоналу). Розроблено математичну модель АСУТП, яка відповідає існуючій
структурі та заснована на використанні системи інженерних та наукових розрахунків
MATLAB. Базою при моделюванні перехідних процесів та аналізі роботи агрегатів мініГЕС
використовувалась загальна структурна схема системи регулювання без аналізу її
конструктивних форм. Модель для дослідження характеристик гідроагрегату, базується на
схемі з оборотнім зв’язком. Елементи моделі представлені у вигляді передатних функцій.
Виконано порівняльне моделювання спрощеної системи та системи, яка містить усі зв’язки.
Для обох схем отримано параметри перехідних процесів по частоті обертання та обертаючому
моменті. Наведено, що час перехідного процесу більше для спрощеної системи завдяки
коливальному перехідному процесу, але перерегулювання частоти однакове для обох видів
моделі для любих видів перехідних процесів (пуск, набір та скидання навантаження).
Показано, що виконання моделювання при відсутності обмежень не має практичного сенсу та
носить інформативний характер, що ставить задачу введення обмежень. Проведено
порівняльне дослідження моделей з різними величинами постійної часу агрегату, яке показало,
що перерегулювання збільшується для моделей з меншим значення постійної часу, але час
перехідного процесу майже однаковий. Доведено, що система регулювання зі спрощеною
моделлю в цілому стійка, але забезпечує перехідні процеси з коливаннями та може бути
використана якщо не потребується високі якості регулювання.

ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ РОБОТИ ОБЛАДНАННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ СТАНЦІЙ ТА ПРОМИСЛОВИХ ПІДПРИЄМСТВ ШЛЯХОМ ВИКОРИСТАННЯ ШВИДКОДІЮЧИХ ПРЕЦИЗІЙНИХ ТА ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧИХ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ

G. Kaniuk — 2024-07-22

У статті розглянуто питання створення та удосконалення уніфікованих прецизійних
швидкодіючих та енергозберігаючих систем керування обладнанням промислових підприємств.
Показано загальний принцип функціонування електрогідравлічних систем стеження та зв'язок
між електронним керуючим пристроєм і виконавчим механізмом об'єкта керування. Виконано
аналіз існуючих принципів побудови та принципових схемних рішень прецизійних
швидкодіючих систем керування та регулювання та тенденцій їхнього перспективного
розвитку. Показано, що найефективнішими і найперспективнішими в цьому плані є мехатронні
(зокрема електронно-гідравлічні) системи стеження. Розроблено уніфіковану структуру
електрогідравлічних систем стеження та загальні принципи взаємодії її окремих структурних
елементів (підсистем). Показано принципи енергозберігаючого керування технологічними
об'єктами, викладено процедуру створення на їх основі енергозберігаючих систем керування.
Намічено шляхи синтезу найбільш ефективного типового варіанта принципової схеми для
використання в швидкодіючих прецизійних електрогідравлічних систем. Виконано
порівняльний аналіз електричних та електрогідравлічних механізмів: розглянуто їх переваги,
недоліки, визначено переважні (переважні) галузі застосування. На основі цього аналізу
розроблено досить простий алгоритм попередньої (без детального теоретичного аналізу) оцінки
переваги типу приводу для мехатронної системи. Наведено варіанти узагальненої принципової
схеми електрогідравлічного перетворювача з розімкнутою (для приводів поступального та
поворотного руху) та замкнутою (для приводів обертального руху) циркуляцією. Показано
загальну процедуру організації енергозберігаючого автоматичного керування довільним
технологічним об'єктом. Уточнено узагальнену функціональну та структурну схеми
енергозберігаючої системи керування з використанням еталонної моделі (спостерігача стану)
об'єкта керування.

ТЕОРЕТИЧНІ ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ПІДХОДИ ДО ДОСЛІДЖЕННЯ ДОДАТКОВИХ НАПРУЖЕНЬ В ЕЛЕМЕНТАХ СТАЛЕВИХ КАНАТІВ ПРИ НАБІГАННІ НА БЛОКИ ТА БАРАБАНИ

A. Lomakin — 2024-07-22

У статті розглядаються теоретичні та експериментальні підходи до дослідження
додаткових напружень, що виникають в елементах сталевих канатів при набіганні на блоки
та барабани. Постановка проблеми висвітлює важливість цього питання для широкого кола
галузей промисловості, де використовуються сталеві канати, та необхідність підвищення їх
міцності, надійності й довговічності. В основній частині роботи наведені різноманітні
формули для визначення додаткових напружень, запропоновані вітчизняними та
зарубіжними дослідниками, такими як Маліновський В.А., Нікітін І.Ф., Глушко М.Ф.,
Сергєєв С.Т., Бенойт Дж., Ісааксен І., Ернст У., Лейдер, Шмідт К. та іншими. Зазначається,
що більшість цих формул застосовна лише для спіральних канатів і не враховує
конструктивні особливості канатів подвійної звивки. Порівняння значень додаткових
напружень, отриманих розрахунковим способом і експериментальним шляхом, проведене
Нікітіним І.Ф., демонструє значні розбіжності між ними. Далі детально розглядаються
експериментальні методи визначення напружень, застосовані різними дослідниками.
Особлива увага приділяється дослідам Нікітіна І.Ф., який використовував спеціальні Пподібні тензорезистори для вимірювання деформацій діаметрально протилежних пасм дротів
у канаті, що дозволило виключити вплив вигину та скручування. Наводяться осцилограми
додаткових напружень, отримані в його експериментах, та підкреслюється, що це були прямі
виміри саме додаткових напружень. Інші дослідники, такі як Вік та Шиффнер Г., наклеювали
тензодатчики на зовнішнє пасмо дротів і вимірювали сумарні напруження розтягу й вигину,
отримуючи відповідні осцилограми. У роботі Шмідта К. представлено результати трьох
серій експериментів з непрямого визначення додаткових напружень, які базувалися на
вимірюванні моменту внутрішнього конструкційного тертя, прогину каната при
поперечному навантаженні та визначенні втомної міцності при знакозмінному вигині на
блоках. Узагальнюючи результати різних дослідів, Шмідт К. робить висновок про величину
подвійної амплітуди коливань напружень у дроті при потраплянні його на випуклу та
ввігнуту сторони каната для різних конструкцій канатів і якості їх змащення. Водночас автор
підкреслює, що в усіх цих дослідах додаткові напруження розглядалися як повністю
сформовані силами тертя ковзання між дротами при їх відносному зсуві, що не враховує
низку інших факторів.