Preview

Известия Юго-Западного государственного университета

Расширенный поиск
Том 22, № 4 (2018)
Скачать выпуск PDF

Машиностроение и машиноведение

6-14 182
Аннотация
Бионические принципы движения являются наиболее перспективными для задач перемещения и транспортировки оборудования в наиболее тяжелых условиях. Походки, основанные на изменяемой форме робота, при которых взаимодействие с поверхностью осуществляется посредством частей корпуса, могут найти применение при движении по пересеченной местности, в ограниченном пространстве технологических и природных полостей, там, где использование колесно-гусеничного или шагающего принципа невозможно. В данной работе предлагается конструкция трехзвенного ползающего робота, оснащенного двухкоординатными шарнирами. Робот оснащен группой опорных элементов, в том числе с регулируемыми коэффициентами трения, что позволяет реализовать различные типы алгоритмов движения устройства. В статье представлена математическая модель трехзвенного робота, позволяющая исследовать процесс движения робота в случае, когда коэффициенты трения поверхности под опорами не равны между собой. На практике поверхность чаще всего будет иметь неоднородную недетерминированную структуру, что будет приводить к отклонению курса при прямолинейном движении, обусловленному проскальзыванием или, наоборот, стопорением опор на поверхности. В работе предлагается алгоритм и схема системы автоматического управления, позволяющая роботу двигаться по заданной траектории несмотря на недетерминированность поверхности. Это достигается посредством использования дополнительных датчиков: цифрового электронного компаса, акселерометра, GPS-модуля. В работе приведены как результаты вычислительных экспериментов, так и результаты, получен-ные в ходе натурных испытаний движения действующего прототипа трехзвенного робота. В заверше-нии статьи приведен сравнительный анализ экспериментальных и теоретических результатов, подтвердивших адекватность разработанной математической модели и вычислительных алгоритмов.
15-23 73
Аннотация
Основным требованием к порошкам для аддитивных 3d-технологий является сферическая форма частиц. Такие частицы наиболее компактно укладываются в определенный объем и обеспечивают «текучесть» порошковой композиции в системах подачи материала с минимальным сопротивлением. Кроме того, порошок должен содержать минимальное количество растворенного газа. Микроструктура порошка должна быть однородной и мелкодисперсной (с равномерным распределением фазовых составляющих). Исходя из особенностей методов получения сферических порошков с целью получения сферических гранул регламентированной зернистости предлагается технология электроэрозионного диспергирования, отличающаяся относительно невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой процесса. Главным преимуществом предложенной технологии является применение в качестве исходных материалов отходов, которые значительно дешевле чистых компонентов, используемых в традицион-ных технологиях. Кроме того, данная технология является порошковой, что позволяет применять порошки-сплавы. Для разработки технологий повторного использования электроэрозионных порошков и оценки эффективности их использования требуется проведение комплексных теоретических и эксперимен-тальных исследований. Цель работы: исследование микротвердости аддитивных изделий из электроэрозионных кобальто-хромовых порошков. Для выполнения намеченных исследований выбраны отходы кобальтохромового сплава марки КХМС «ЦЕЛЛИТ». В качестве рабочей жидкости использовали спирт бутиловый (бутанол-1). Для получения кобальтохромовых порошков использовали установку для ЭЭД токопроводящих материалов. Параметры диспергирования: напряжение 100 В, емкость 48 мкФ, частота следования импульсов 120 Гц. По результатам проведенных исследований экспериментально установлено, что микротвердость аддитивных изделий, полученных из электроэрозионных порошков со средним размером частиц 52,5 мкм, составляет 5,7 ГПа.
24-31 60
Аннотация
В узлах машин одними из наиболее ответственных соединений являются разъемные соединения для передачи крутящего момента. К ним предъявляются высокие требования по усталостной прочности и долговечности. Однако существующие методы обработки имеют ряд недостатков. В связи с чем, было предложено использовать торцевую фрезу с конструктивной осевой подачей, что позволило исключить возвратно-поступательные движения инструмента и/или заготовки. Предполагалось, что частота вра-щения фрезы и вала имеют одинаковые значения и профиль вала обрабатывается за один оборот инструмента, и что соответственно при высоких требованиях к качеству поверхности приводит к увеличению габаритных размеров инструмента (увеличению металлоемкости) и соответственно увеличению себестоимости обработки. В статье показаны результаты решения прямой задачи проектирования, связанные с определением производящей поверхности торцевой фрезы для обработки валов с равноосным контуром, полученные с применением геометрической теории формирования поверх-ностей режущими инструментами. Рассмотрены случаи, когда оси фрезы и детали пересекаются под прямым углом и меньшими углами. Показаны результаты расчета и геометрического моделирования производящих поверхностей подобных фрез для РК-профильного вала заданного размера. Применение торцевой фрезы с конструктивной осевой подачей позволит обрабатывать участок вала шириной, равной ширине фрезерования, исключая возвратно-поступательные движения и не используя специальные приспособления, достичь высокой точности обработки наиболее важных участков валов с равноосным контуром (оптимальной шероховатости и правильной геометрической формы обрабатываемой поверх-ности валов), а также высокой производительности обработки, вследствие упрощения схемы формо-образования валов данного типа.
32-41 100
Аннотация
В работе представлены методы прямой кинематики, обратной кинематики и Якобианский анализ четырехногих роботов. Кинематический анализ - основная проблема шагающего робота. В этом исследовании для каждой ноги четырехногого робота прямая задача кинематики решается с использованием метода Денавита-Хартенберга (D-H), а для решения обратной кинематической задачи используются геометрический и математический методы. Кинематика делится на две категории: прямая кинематика и обратная кинематика. Прямая кинематика, как мы знаем, позволяет установить конечную точку угла (θ1,θ2 и θ3). Обратная кинематика используется для вычисления относительных углов, которые достигают желаемого положения и ориентации концевого эффектора относительно базовой рамы. Метод Якобиана является одним из наиболее важных анализов для управления плавностью траектории и вывода динамического уравнения движения робота. Для расчета используется программное обеспечение MATLAB, а для моделирования робота используется Simulink toolbox в программном обеспечении MATLAB. При моделировании в пакете MATLAB рассматривалась одна нога модели, проводился расчет угловой скорости и относительных углов. Функциональная программа MATLAB состоит из различных алгоритмов в зависимости от требований к работам. Получена программа, рассчитывающая угловые скорости звеньев и относительные углы при перемещении из заданного положения в конечное. В данном исследовании приведены различные угловые скорости и углы конечной точки ноги. Основное внимание в работе уделяется механическому дизайну, расчету кинематического анализа, функции Якобиана и экспериментальным данным четырехногих роботов в среде моделирования MATLAB.
42-49 71
Аннотация
Статья посвящена актуальной в настоящее время проблеме переработки отходов токопроводящих материалов, в частности свинцовой бронзы, в больших количествах скапливающейся на предприятиях. Перспективным на сегодняшний день методом переработки любого токопроводящего материала, отличающимся безотходностью, экологической чистотой процесса, малыми энергозатратами, является метод электроэрозионного диспергирования. Сущность метода электроэрозионного диспергирования заключается в разрушении токопро-водящего материала в результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами. В зоне разряда под действием высоких температур происходит нагрев, расплавление и частичное испарение материала, в результате чего образуются мелкодисперсные частицы порошка. При этом на производительность процесса получения порошковых материалов будут влиять электрические параметры установки: напряжение на электродах, емкость разрядных конденсаторов и частота следования импульсов. В статье представлены результаты анализа частиц порошковой свинцовой бронзы, полученной методом электроэрозионного диспергирования в дистиллированной воде из отходов, с помощью лазерного анализатора размеров частиц «Analysette 22 NanoTec». Экспериментально установлено, что средний размер частиц порошковой свинцовой бронзы составляет 9,73 мкм, арифметическое значение - 9,731 мкм. Также установлено, что коэффициент элонгации (удлинения) частиц размером 7,188 мкм составляет 1,50.

Строительство и архитектура

50-56 62
Аннотация
Одним из фундаментальных принципов концепции биосферной совместимости городов и поселений является принцип удовлетворения рациональных потребностей их жителей через свои функции. Наиболее уязвимой группой городского населения являются инвалиды, люди с колясками, дети, относимые к маломобильной группе населения, т.е. это люди, испытывающие затруднения при перемещении в пространстве, получении услуг и информации. Важно, что численность маломобильной группы населения в последнее время стабильно возрастает, поэтому создание комфортных условий проживания людей, относящихся к данной группе, становится одной из приоритетных задач современ-ности. В последние 15-20 лет неоднократно предпринимались попытки решения задачи вовлечения маломо-бильной группы населения во все жизненные сферы, однако на сегодняшний день проблема ограни-ченности возможностей инвалидов и иных лиц, относящихся к маломобильной группе, остается по-прежнему актуальной. Функцией города, отражающей степень удовлетворения потребностей маломобильной группы населения, является «Милосердие», занимающая центральную позицию среди всех функций поселения, практически не реализуемая на территории современных городов и поселений. В статье произведена оценка реализуемости функции города «Милосердие» на территории современного жилого микрорайона города Курска, произведен анализ полученных результатов, описаны предложения, направленные на решение проблемы обеспечения доступности и комфортности городской среды для инвалидов, детей, людей с колясками и т.д. Результаты исследования могут служить основой для разработки предложений и рекомендаций по строительству и реконструкции городской застройки.
57-65 99
Аннотация
Озелененные общественные пространства, к которым относятся городские парки, транс-формируются под влиянием растущей потребностей населения в качественных, наполненных смыслом, местах с разнообразными функциями. Для современных европейских городов актуальным становится новое понимание парков, которые создаются на, непригодных для строительства территориях, пустырях, зонах бывшего промышленного использования. В статье рассматриваются тенденции мирового паркостроения, анализируются инновационные парки с нетрадиционной интерпретацией природных материалов и новым наполнением парковых зон. На основе сравнительного анализа парковых пространств исследуются основные проблемы развития городских парков России, среди которых автор выделяет стандартность подхода к формированию среды, недостаточные удобство и функциональность, низкий технический уровень обустройства, отсутствие эмоциональной составляющей в композиции. Наряду с недостатками, отмечаются преимущества российских парков: доступность, возможность проведения городских мероприятий, отдых на природе в черте города. Исследуются принципы и особенности экологических парков, которые приобретают всю большую популярность в зарубежной и отечественной градостроительной практике. Раскрывается понятие экологического парка, максимально сохраняющего естественный ландшафт, использующего неприхотливые растения, современные технологии ресурсопотребления. Доказывается, что проектирование и строительство экологического парка оптимально для природных систем в городской среде. Приводится анализ состояния общественных озелененных пространств г. Курска, намечаются пути решения проблемы повышения комфортности городской среды, обосновывается необходимость включения приречных территорий города в перечень зон благоустройства Муниципальной программы «Формирование комфортной городской среды» на 2018-2022 годы.
66-74 61
Аннотация
В стальных вертикальных цилиндрических резервуарах, выполненных методом рулонирования, часто возникают дефекты геометрической формы в области монтажного сварного стыка стенки. Впоследствии в этих областях в результате малоцикловой усталости появляется недопустимый дефект в виде трещины, что вызывает необходимость выведения резервуара из эксплуатации и проведения комплекса мер по его ремонту. Для определения сроков безопасной эксплуатации вертикальных стальных резервуаров с дефектами геометрической формы предлагается использовать методологию управления поведением несущих конструкций, одним из направлений которой является регулирование напряженно-деформированного состояния (НДС) стальных конструкций. Для осуществления возможности регулирования НДС конструкции необходимо выявить такие параметры, изменение которых даст максимальных эффект в достижении поставленных целей. В качестве указанных параметров могут выступить характеристики конструкции (свойства материала, расчетная схема, геометрические характеристики) и факторы внешних воздействий (нагрузка, условия эксплуа-тации). Для регулирования НДС конструкции вертикальных стальных резервуаров предложены следующие регуляторы: высота налива продукта, стрела прогиба стенки и допустимое число циклов нагружения резервуара. Путем численного определения НДС конструкции вертикального стального резервуара с дефек-тами геометрической формы, определены необходимые величины и значения напряженного состояния. Далее, используя известные аналитические зависимости из области механики разрушения возможно установить допустимое количество циклов нагружения резервуара до появления трещиноподобного дефекта. Применение методологии управления поведением несущих конструкций, путем определенного изменения установленных параметров регулирования, позволяет увеличить количество циклов нагружения резервуара, увеличив тем самым срок безопасной эксплуатации резервуара с дефектом и повысить таким образом экономическую эффективность резервуарного парка.

Информатика, вычислительная техника и управление

75-93 72
Аннотация
Рассмотрена концепция «сеть - это компьютер», которая получила свое дальнейшее развитие в виде парадигмы облачных приложений, обладающих свойствами «мультиарендности» и «живой» миграции баз данных. Особый интерес в этой связи представляет разработка гибкого связующего (middleware) программного обеспечения промежуточного уровня для больших переконфигурируемых кластерных серверных систем в рамках реализации средств поддержки концепции «больших данных». Поэтому развивается подход к проектированию реконфигурируемой и параметрически настраиваемой системной и функциональной архитектуры распределенных вычислительных систем. В ряде случаев реализация данного подхода может обеспечить повышение эффективности и снижение стоимости больших программных и аппаратных систем. В статье приведена классификация распределенных вычислительных систем при учете специфики облачных, грид, кластерных и других видов коммунальных, параллельных и распределенных вычислений. Рекомендовано использовать в качестве базовых гибридные архитектуры, сочетающие положительные свойства облачных, грид и кластерных распределенных вычислительных систем. Развита концепция организации распределенных сетевых вычислений как сервисов, реализуемых по требованию клиента. Предложена сетевая модель, описывающая работу гибридной облачной грид-системы cо сторонними аудиторами и провайдерами облачных сервисов. Отличительной особенностью предложенной модели является то, что при реализации концепции NCaaSoD (Network Computing as a Service on Demand - сетевая архитектура как сервис по запросу пользователя) до выполнения запроса типа Upload (загрузить в облако) может быть запрошена метаинформация о имеющихся ресурсах в целях дальнейшего создания виртуального кластера из доступных узлов сети провайдера облачных сервисов, а до выполнения запроса типа Download (скачать информацию из облака) запрашивается мета-информация об узлах, хранящих полученные результаты. Метаинформацию возможно получить не только от стороннего аудитора, но и от удаленного сервиса мониторинга. Для дальнейшего развития предлагаемых концепций до реальной технологии целесообразно разработать методику трансформации концептуальных моделей системной и функциональной архитектуры в спецификации, пригодных для образования виртуальных топологий сетевого компьютера типа NCaaSoD в гибридной облачной среде.
94-103 75
Аннотация
Приведено описание установки для измерения сил сочленения и расчленения электрических соединителей. Описана структура установки. Разработанный алгоритм работы установки позволяет проводить испытания разъемов в нескольких режимах работы с возможностью редактирования параметров, выполняет самодиагностику системы и выводит результаты измерения как на экран, так на внешний носитель информации.
104-111 57
Аннотация
На сегодняшний день металлургическое производство с точки зрения управления и многостадийного характера изготовления продукции является сложной, большой системой с различными особенностями функционирования подсистем и элементов. Традиционные методы для реализации управления такими системами малоэффективны, так как одной из основных проблем при этом является выбор оптимальных управленческих решений с учетом текущих ситуаций и ограничений на изменения значений техно-логических параметров. Одной из проблем, возникающих при управлении сложными технологическими системами металлургического производства, является разнородность большого объема данных, затрудняющая процесс принятия эффективных и оперативных решений при управлении производством. Принятие адекватных решений экспертом связано с необходимостью агрегировать разного рода информацию на различных уровнях иерархии. Кроме того, функционирование реальных сложных систем металлургического производства происходит в условиях неопределенности информации, и реализовать эффективное управление, организовать поддержку принятия решений, обеспечить оперативность и точность информации для повышения качества металлопродукции и технико-экономических показателей производства в данном случае не представляется возможным. В связи с чем в работе предложена модель интеграции разнородной информации в условиях неопределенности, которая позволит учитывать меру значимости не только отдельных значений технологических параметров на определенной стадии производства, но и множества таких параметров за счет применения нечеткой меры при интеграции данных. Данная модель позволит повысить точность определения необходимых значений техноло-гических параметров за счет учета всех стадий производства, выполняемых технологических операций, а также за счет использования агрегирования данных на каждом переделе. Особенностью разработанной модели является возможность применения корректирующих процедур для последовательной адаптации функций принадлежности нечетких параметров.
112-122 64
Аннотация
Многие управляемые объекты, в частности мобильные роботы, решают разнообразные задачи в априори неопределенных условиях. В связи с этим их математические модели, необходимые для создания качественных систем управления, являются неизвестными. Поэтому разработка методов синтеза адаптивных систем управления является актуальной. Значительная неопределенность задачи управления делает наиболее целесообразным применение адаптивных систем с идентификацией. В статье предлагается новый аналитический метод синтеза адаптивных систем управления движением группы мобильных роботов в условиях неопределенности. Этот метод ориентирован на решение задачи идентификации текущих математических моделей роботов с последующим синтезом систем управления движением каждого робота. Предлагаемый метод может быть реализован автоматически по мере необходимости. Он разработан на основе марковского метода идентификации, метода аналитического синтеза систем с управлением по выходу и воздействиям, а также с использованием стандартных нормированных передаточных функций. В целом этот метод позволяет синтезировать адаптивные системы управления с желаемыми качественными свойствами. Пробные ступенчатые воздействия небольшой интенсивности и оригинальный метод цифровой обработки информации используются при идентификации. Свойство системной инвариантности марковских параметров и их непосредственная связь с коэффициентами передаточных функций дискретных динамических систем являются основой метода цифровой обработки информации. Предполагается, что мобильные роботы являются полными или стабилизируемыми при всех возможных значениях их порядка и параметров. Предложенный метод может использоваться для создания систем управления различными техническими объектами, функционирующими в условиях неопределенности.
123-134 89
Аннотация
В статье рассмотрена проблема построения интеллектуальных систем поддержки принятия решений по классификации и прогнозированию функционального состояния сложных систем. Для прогнозирования состояния сложных систем предложены нейросетевые решающие модули с виртуальными потоками, которые отражают скрытые системные связи между наблюдаемыми и не наблюдаемыми признаками. При этом вектор информативных признаков на входе решающего модуля состоит из двух подвекторов, первый из которых соответствует реальным потокам, а второй - виртуальным потокам. Проведено имитационное моделирование процессов классификации с использованием латентных переменных, которое позволило оценить влияние на качество классификации искусственно введенных виртуальных потоков. Разработана структура нейросетевой модели с виртуальными потоками рекуррентного типа. Структура состоит из N последовательно включенных нейросетевых аппроксиматоров. Выходы предыдущих аппроксиматоров объединяются с вектором информативных признаков последующих аппроксиматоров, что позволяет формировать виртуальные потоки различной размерности. Разработан метод формирования нелинейных моделей виртуальных потоков, отличающийся использованием метода МГУА-моделирования для получения моделей влияния реальных потоков на виртуальные потоки, получаемых посредством нелинейных адалинов. Метод позволяет формировать подвектор латентных переменных неограниченной размерности. Нелинейные модели виртуальных потоков формируются посредством метода, основанного на использовании МГУА-моделирования. Метод позволяет получить нейросетевые структуры, построенные на основе МГУА-моделей и нелинейных адалинов, позволяющие формировать подвектор латентных переменных неограниченной размерности.
135-147 57
Аннотация
Рассмотрено моделирование процесса расчета управляющих параметров в задаче охлаждения поверхностей деталей при их обработке на оборудовании с ЧПУ. Предложена нечеткая модель определения силы тока, питающего термоэлемент, с целью управления интенсивностью охлаждения поверхностей обрабатываемых изделий. Нечеткая модель состоит из четырех шагов. На первом шаге осуществляется расчет степеней истинности функций принадлежности. Входные функции принадлежности имеют треугольную форму, а выходная переменная представлена синглотонной функцией. На втором шаге выполняется расчет степеней предпосылок двадцати семи нечетких правил. На третьем шаге производится расчет одиннадцати уровней заключений нечетких правил. На четвертом шаге реализована дефаззификации четкого значения на основе упрощенного нечеткого вывода. После этого определяются коэффициент масштабирования, уровень выходного напряжения. Также осуществляется проверка условия равенства коллекторного тока расчетному значению. В случае невыполнения данного условия, осуществляется перерасчет уровня выходного напряжения, до тех пор, пока не будет выполняться заданное условие. Основной проблемой при работе данной системы является расчет напряжения на выходе микроконтроллера, соответствующего требуемой силе тока на термоэлементе с максимальным быстродействием. Для обеспечения высокого быстродействия при расчете напряжения, устройство, выполняющее эту операцию, реализовано на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС), и в нечеткой системе дефаззификация основана на упрощенном нечетко-логическом выводе. В статье приведено численное моделирование, поясняющее суть предложенного технического решения. Представлены временные диаграммы работы устройства управления охлаждением и устройств преобразования напряжения-ток в системе управления охлаждением изделий.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2223-1560 (Print)
ISSN 2686-6757 (Online)