Цель – исследование влияния условий и режимов электрохимического шлифования на шероховатость обработанной поверхности стальных образцов при обработке мелкоразмерными эльборовыми головками. Объектом исследований явились цилиндрические образцы диаметром 10 мм из коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т. Исследования проводились эльборовыми головками марки AW 6Х10Х3Х60 ЛКВ50 125/100 100 % МЭ-3 на ранее спроектированном авторами экспериментальном стенде, реализующем технологию мелкоразмерного электрохимического шлифования. В качестве критерия эффективности процесса выбран параметр, характеризующий качество обработанной поверхности – шероховатость. Исследования проводились в два этапа: на первом оценивалось влияние на критерий эффективности механических режимов обработки (глубина резания, минутная подача, скорость резания), на втором – условий протекания комбинированного процесса (температура электролита, плотность тока травления, концентрация NaCl в водном растворе электролита). Уровни и интервалы варьирования факторов выбраны по результатам предварительных исследований авторов. При составлении планов экспериментов и обработки их результатов применялась методика полного факторного эксперимента. В результате проведенных исследований выявлено, что минимальное значение шероховатости обработанной поверхности образцов из стали 12Х18Н10Т наблюдается при глубине резания 0,04 мм, минутной подаче 230 мм/мин, скорости резания 11 м/с, температуре электролита 50°C, плотности тока травления образцов 0,3 А/мм² и концентрации NaCl в электролите 0,9 %. Таким образом, получены эмпирические модели для оценки шероховатости поверхности изученных образцов в зависимости от режимов резания и условий протекания комбинированного процесса. Модели позволяют в заданных ограничениях оптимизировать технологию обработки поверхности деталей с точки зрения минимизации шероховатости, оценить степень влияния факторов на выбранный критерий эффективности, прогнозировать поведение исследуемой системы при электрохимическом шлифовании мелкоразмерными эльборовыми головками деталей, изготовленных из коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т. 

Цель – определение коэффициента конвективной теплоотдачи между твердым сплавом и смазочно-охлаждающей жидкостью для оценки ее влияния на тепловые процессы при конечно-элементном моделировании процесса глубинного шлифования твердосплавных изделий профильными алмазными кругами. Объектом исследований являлся процесс теплопередачи от втулки из твердых сплавов Т15К6 и ВК8 размерами: наружный диаметр – 24 мм, внутренний диаметр – 17 мм, длина – 36 мм. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости использовался 3 %-й раствор Na₂CO₃ в температуре жидкости до 373 K, источника тепла – до 603 K. Моделирование процесса глубинного шлифования на основе полученных экспериментальных данных проводилось методом конечных элементов в SolidWorks Simulation 2015. Авторами разработана методика экспериментального определения коэффициента конвективной теплоотдачи смазочно-охлаждающей жидкости в зоне обработки при профильном глубинном алмазном шлифовании изделий сложных конфигураций из изученных твердых сплавов. Данная методика позволяет определить данный коэффициент с удовлетворительной сходимостью относительно теоретических расчетов (10,49 %). Предложены формулы для расчета коэффициента конвективной теплоотдачи по экспериментальным данным. Значения коэффициента составили для сплава Т15К6 250,17 ± 4,42 Вт/(м²∙К), для сплава ВК8 – 250,61 ± 4,11 Вт/(м²∙К) соответственно. Спроектирован стенд, предназначенный для экспериментального определения коэффициента конвективной теплоотдачи между конструкционными или инструментальными материалами и смазочно-охлаждающей жидкостью. Результаты моделирования температурных полей при профильном шлифовании показали, что применение смазочно-охлаждающей жидкости снижает теплонапряженность процесса шлифования на 30 %. Используя предложенную методику, можно достаточно точно определить коэффициент конвективной теплоотдачи для охлаждения твердого сплава в заданной среде (смазочно-охлаждающей жидкости) и использовать полученные данные для моделирования тепловых процессов методом конечных элементов при технологии шлифования с учетом конвективного теплообмена. 

Целью работы является оценка качества и структуры металла поверхностного слоя железнодорожных колес при лазерном упрочнении с применением устройства формирования пространственного профиля интенсивности лазерного пучка. Экспериментальные исследования выполнены на роботизированном комплексе, включающем манипулятор FANUC M710iC-50, волоконный лазер IPG ЛС-10 (диаметр активного волокна – 200 мкм), оптическую систему IPG FLW D50, обеспечивающую точное наведение и стабилизацию параметров пучка, и устройство формирования пространственного профиля интенсивности лазерного пучка, построенное по оптической схеме с цилиндрической и взаимно перпендикулярной к ней линзой Френеля. Опытные образцы вырезаны из фрагментов колесной пары тележек подвижного состава. Микроструктура материала образцов исследована с помощью металлографического микроскопа LEICA DM ILM. Микротвердость определяли на приборе DuraScan 20 вдоль направления упрочнения с шагом 0,05 и 0,1 мм по глубине упрочненного слоя. В ходе исследований было установлено влияние режимов упрочнения на качество и структурное состояние поверхностного слоя железнодорожных колес. Глубина упрочненного слоя составила 1,42–1,65 мм, что соответствует требованиям к термообработке колесных пар. Выявлено формирование поверхности специфической металлографической структуры в зоне упрочнения. Установлено, что наличие специфической структуры в результате воздействия на поверхность лазерного излучения с линейным профилем обеспечивает достижение уровня заданных эксплуатационных свойств по показателям износостойкости и контактной прочности, по сравнению с обработкой круглым пятном. Разработанная технология лазерного упрочнения обеспечивает получение характеристик упрочненного слоя колесной стали, полностью соответствующих требованиям, предъявляемым к термообработанным колесным парам. 

Цель – провести анализ влияния неравномерного нагрева на собственные колебания циклически-симметричных конструкций и выявить формы колебаний с максимальной локализацией. Для достижения поставленной цели использовалось компьютерное моделирование на основе метода конечных элементов в перемещениях. Расстройка параметров колебаний задавалась путем локального нагрева одной из лопаток (так называемая температурная расстройка). В программном комплексе APM WinMachine проведен численный модальный анализ упрощенной модели рабочего колеса турбины, содержащего 8 лопаток с расстройкой и без расстройки. Показано, что при дополнительном нагреве сравнительно небольшого участка диаметром 10 мм вблизи периферии одной из лопаток происходит значительное изменение форм колебаний циклически-симметричной конструкции. Выявлено, что изменение форм колебаний (локализация колебаний) становится заметным даже при сравнительно небольшой (10–15°С) разности температуры участка на периферии и температуры, заданной на поверхности внутреннего отверстия диска. При этом наибольшая локализация колебаний наблюдается на непарных модах с узловыми окружностями, не имеющих узловых диаметров. Так, максимальная степень локализации (отношение амплитуды колебаний лопатки с расстройкой к амплитуде колебаний соседних лопаток) наблюдается на 8-й форме колебаний модели с расстройкой. Анализ полученной зависимости степени локализации от разности температур показал, что при разности температур более 60°С на 8-й форме колебаний степень локализации достигает 60 и более. То есть в этом случае изгибные колебания совершает только лопатка с расстройкой, при этом вся остальная конструкция неподвижна. Таким образом, можно утверждать, что наибольшая локализация при температурной расстройке наблюдается при непарных формах колебаний циклически-симметричных конструкций. Данное обстоятельство необходимо учитывать при анализе долговечности подобных конструкций. В дальнейших исследованиях планируется провести анализ влияния температурной расстройки на колебания модели охлаждаемого рабочего колеса турбины. 

Цель – проверка работоспособности новой виброустойчивой торцовой фрезы и оценка эффективности подавления автоколебаний при ее работе. Опыты по несимметричному встречному фрезерованию (ширина заготовки – 134 мм, глубина резания – 1,5 мм, подача на зуб – 0,15 мм/зуб, частота вращения шпинделя – 380 об/мин, всухую) проводили на обрабатывающем центре DMG DMU 80P Duo Block. Заготовку из стали 35 крепили на динамометре Kistler 9253B23. В качестве объекта исследований использовали опытный образец разработанной в Иркутском национальном исследовательском техническом университете фрезы диаметром 160 мм с регулируемым шагом 12 твердосплавных зубьев. Для сравнения использовали стандартную торцовую фрезу диаметром 160 мм по ТУ 2-035-618-78 с тангенциальным расположением 10 твердосплавных пластин. Крепление фрез в шпинделе станка осуществляли с помощью стандартной фрезерной оправки NT50-FMB50-070 и силового цангового патрона Showa SK50-CTH 50-120 в совокупности с оправкой диаметром 50 мм и длиной 155 мм. Проведены четыре опыта с варьированием фрез, их крепления на вспомогательных инструментах и равномерности шага зубьев. Установлено, что вследствие изменения вспомогательного инструмента увеличение в 1,54 раза длины вылета из шпинделя фрезы с постоянным шагом зубьев вызывает нарастание амплитуды первой гармоники автоколебаний от 13,2 до 31,1 раза по координатным направлениям, а второй гармоники – на порядок меньше: от 1,8 до 5,4 раза. Показано, что настройка на фрезе разницы переменных чередующихся шагов зубьев, соответствующей половине длины волны автоколебаний, позволила уменьшить амплитуду первой гармоники автоколебаний от 13,1 до 28,3 раза по координатным направлениям, а второй гармоники – от 2,5 до 6,2 раза. Таким образом, опытным путем подтверждены работоспособность виброустойчивой торцовой фрезы с регулированием положения зубьев и ее способность эффективного подавления автоколебаний в условиях пониженной жесткости технологической системы. 

Цель – разработка компьютерных моделей и методик, позволяющих корректно учитывать однофазную, изменяющуюся во времени тяговую нагрузку, а также особенности конструктивного исполнения токоведущих частей при моделировании режимов плавки гололеда на проводах контактной сети постоянного тока напряжением 6 кВ. Цель достигалась на основании использования мультифазного представления элементов электроэнергетических систем, которое базируется на применении моделей линий электропередачи и трансформаторов в фазных координатах. Данный подход реализован в промышленном программном комплексе Fazonord AC–DC. В результате моделирования установлено, что удаление гололедно-изморозевых образований на проводах контактных подвесок осуществляется за 13…14 мин; плавка на контактном проводе происходит на 1 мин быстрее, чем на несущем тросе. Показано, что за счет значительных токов, не превышающих допустимых значений, наблюдается значительный рост температуры проводов после расплавления гололеда; при этом для контактного провода допустимая температура нагрева (80°C) достигается на 21-й мин, а для несущего троса (100°C) – на 25-й. Следовательно, после удаления льда на 14-й мин плавка гололеда должна быть завершена. Выявлено, что за первые 15 мин температура наиболее нагретой точки понизительных трансформаторов возрастает на 20…40°C, что указывает на повышенные потери в обмотках. Далее скорость роста снижается, и указанные параметры достигают максимального значения. Предложен подход для создания компьютерных моделей, который позволяют корректно определять параметры режимов работы систем тягового электроснабжения постоянного тока при плавке гололеда на проводах контактной сети напряжением 6 кВ. Полученные результаты могут использоваться на практике для моделирования процессов удаления гололедно-изморозевых отложений и точного вычисления времени окончания плавки. Также они могут применяться при настройке устройств релейной защиты для петлевых схем присоединения контактных подвесок к выводам 6 кВ тяговых подстанций. 

Цель исследования – дать краткий обзор результатов применения спектральных разложений грамианов управляемости и наблюдаемости по собственным числам матрицы динамики для мониторинга и управления электроэнергосистемами. Используется новая концепция модального анализа по Ляпунову, сочетающая традиционный селективный модальный анализ со спектральным разложением специально выбранных функций Ляпунова по спектру матрицы динамики. В отличие от традиционных коэффициентов участия, используются коэффициенты участия по Ляпунову, которые отражают вклад мод системы в функции Ляпунова, оценивающие интегральную энергию, определяемую квадратом L2-нормы переменных состояния или сигналов на конечном или бесконечном интервале времени. В отличие от известных методов нелинейного модального анализа, новые показатели позволяют учитывать нелинейности во времени и резонансы между модами с близкими частотами. В работе рассмотрены три применения модального анализа по Ляпунову к электроэнергосистемам. Во-первых, представлен метод оценки структуры низкочастотных колебаний и их взаимодействий как в пространстве состояний, так и с учетом их расположения на графе системы. Предлагаемые показатели позволяют анализировать не только структуру отдельных межрайонных колебаний, но и геометрию их парных взаимодействий в узлах сети. Во-вторых, представлен селективный метод настройки глобального линейно-квадратичного регулятора для подавления выбранной группы межрайонных колебаний. Новый метод улучшает подавление выбранной группы мод, по сравнению с базовым методом линейно-квадратичного регулятора. В-третьих, представлен метод определения местоположения источника вынужденных колебаний в сети (когда их частота близка к частоте собственных колебаний системы), который показал высокую эффективность на тестовых примерах. Рассмотренные примеры подтверждают, что модальный анализ на основе спектральных разложений решений матричных уравнений, используемых в теории управления, может стать ценным инструментом для разработки новых алгоритмов и интеллектуальных методов управления макро- и микросетями. 

Цель – повышение точности моделирования почасовых значений солнечной радиации в условиях Кыргызской Республики, характеризующихся выраженной неравномерностью рельефа, климатической изменчивостью и недостатком достоверных климатических данных, что имеет ключевое значение при развитии солнечной энергетики на фоне устойчивого энергодефицита. Исследования проводились путем сравнения среднемноголетних почасовых значений суммарной и диффузной солнечной радиации из «Meteonorm» с актинометрическими данными из Научно-прикладного справочника по климату СССР (часть 1) для четырех актинометрических метеостанций: Бишкек, Чолпон-Ата, Суусамыр, Тянь-Шань. Для обработки данных использовались методы регрессионного анализа. На основе регрессионного анализа разработана методика определения поправочных коэффициентов для пересчета среднемесячных часовых значений солнечной радиации в зависимости от географической широты и высоты местности. Сформированы две группы точек – до 2000 м и выше 2000 м над уровнем моря. Получены уравнения линейной регрессии с высоким коэффициентом детерминации (0,93–0,99), позволяющие существенно снизить расхождения между модельными и зафиксированными при наблюдении значениями солнечной радиации. Разработанная методика реализована в виде веб-приложения на PHP-фреймворке Laravel, обеспечивающего автоматический расчет, хранение и визуализацию данных по солнечной радиации. Апробация на солнечной электростанции Кыргызского государственного технического университета (80 кВт, г. Бишкек) показала снижение нормированной среднеквадратической ошибки на 20 % (до 10–15 %) и уменьшение погрешности прогноза до уровня менее 5 %. Предложенная система коррекции данных «Meteonorm» обеспечивает повышение достоверности оценки солнечных ресурсов, применима при проектировании и верификации фотоэлектрических станций, а также может быть использована для уточнения расчетов потенциала солнечной энергетики в горных районах Центральной Азии. 

Цель – обеспечение динамической устойчивости режимов электростанций на базе синхронной генерации с электромеханической инерционностью 1-2 с, работающих в островном режиме на собственную нагрузку или параллельно с внешней электрической сетью. Исследования предлагаемого способа экспресс-выявления аварийного возмущения и дозировки управляющих воздействий с помощью электромеханического фильтра при набросах/сбросах электрической нагрузки генераторов проводились на физической и цифровой моделях переходных электромеханических процессов в простой энергосистеме. Показано, что динамическая устойчивость режимов малоинерционной генерации при расчетных возмущениях (отключениях генераторов или крупных нагрузок, линий электропередачи по связям с внешней энергосистемой, включением крупных нагрузок) обеспечивается при условии ввода экстренных противоаварийных балансирующих управляющих воздействий (отключение части генерации или нагрузки) за время не более 0,1 с определением их дозировки на интервале 1-2 периода промышленной частоты. Выявлено, что требуемое быстродействие и инвариантность к видам и тяжести скачкообразных возмущений электрической нагрузки генераторов обеспечивается при использовании электромеханического фильтра в цепи измерения напряжения генератора, состоящего из двух механически связанных синхронных электрических машин (микромашин). Показано, что определение производной частоты напряжения на выходе электромеханического фильтра в интервале 1-2 периодов промышленной частоты обеспечивает возможность фиксации возмущения и дозирования управляющих воздействий. Экспериментально на физической и цифровой моделях подтверждено, что существующие способы фиксации аварийных возмущений и дозировки управляющих воздействий для сохранения динамической устойчивости режимов малоинерционной синхронной генерации, в частности газопоршневых установок, малоэффективны. Применение электромеханических фильтров в контуре противоаварийного управления способно обеспечить требуемое быстродействие и адекватность управляющих воздействий независимо от режима и состава генерирующих установок на электростанции. 

Цель – аналитический обзор отечественных и зарубежных источников информации по системам управления напряжением источников распределенной генерации с асинхронными генераторами, которые могут применяться в системах электроснабжения различного уровня (централизованных, изолированных и автономных). Изучено более 60 различных источников информации, рассматривающих основные подходы и способы регулирования напряжения изучаемых источников распределенной генерации с фазным и короткозамкнутым ротором. Показано, что разработка новых и модернизация существующих систем автоматического управления напряжением источников распределенной генерации с асинхронными генераторами является актуальной задачей. В частности, это важно для развития источников электрической энергии в изолированных и централизованных системах электроснабжения Российской Федерации с целью повышения эффективности и надежности электроснабжения потребителей. Выявлено, что за рубежом широко используются асинхронные генераторы с фазным ротором, а в отечественной практике – асинхронные генераторы с короткозамкнутым ротором (благодаря их более простой и надежной конструкции). Проведенный анализ изученных источников информации показал, что разработка новых и модернизация существующих систем управления напряжением на перспективной и существующей элементной базе являются фундаментальной задачей для развития источников электрической энергии в изолированных и централизованных системах электроснабжения Российской Федерации. Сделан вывод о том, что задачи разработки систем автоматического управления напряжением для источников распределенной генерации с асинхронными генераторами на основе источников реактивной мощности в последние годы были частично решены российскими и зарубежными учеными. Однако в настоящее время не проводятся комплексные системные исследования таких источников электрической энергии с системами управления в составе сложных централизованных и изолированных систем электроснабжения. Рассмотренные системы управления напряжением асинхронного генератора могут применяться в качестве основы для модернизации существующих и разработки новых систем автоматического управления напряжением на основе современных цифровых устройств. 

Цель – оценить эффективность извлечения сурьмы из природного стибнита методом азотнокислотного выщелачивания в присутствии винной кислоты, выполняющей роль селективного комплексообразователя. В качестве сырья для проведения исследования использовался природный образец стибнита размером частиц менее 74 мкм. Оценка состава продуктов взаимодействия проводилась с использованием оптико-эмиссионного спектрального метода (для растворов) и рентгенофазового анализа (для твердых остатков). Статистическая интерпретация и графическая обработка полученных массивов данных реализованы средствами программных алгоритмов MS Excel. В ходе работы изучено влияние температуры (50–80°C), концентрации азотной кислоты (4–7 моль/дм³), содержания винной кислоты (20–80 г/дм³) и продолжительности процесса. В качестве теоретического фундамента для интерпретации полученных данных по выщелачиванию использовалась модель сжимающегося ядра. Экспериментально доказано, что ключевым фактором интенсификации является концентрация комплексообразователя. Повышение концентрации винной кислоты до 80 г/дм³ обеспечивает разрушение сульфидной матрицы и позволяет достичь извлечения металла на уровне 90 %. Показано, что температура и кислотность среды оказывают положительное, но вторичное воздействие на итоговые показатели процесса выщелачивания. Проведенная линеаризация полученных данных по кинетике процесса позволила определить энергию активации азотнокислотного растворения стибнита в присутствии винной кислоты (62,5 кДж/моль) и порядки реакции по азотной и винной кислотам, которые составили 2,7 и 2,3 соответственно. Исходя из результатов кинетических расчетов, выдвинуто предположение, что процесс выщелачивания сурьмы из стибнита при данных условиях лимитируется химической реакцией. Результаты проведенных исследований могут быть использованы при разработке технологии переработки сурьмянистого концентрата. 

Цель – разработка двухстадийного метода селективной десорбции золота и урана из сильноосновных анионитов, насыщенных в сернокислых тиоцианатных растворах, при поиске альтернативных цианированию способов переработки золотоурановых руд. В проведенных исследованиях использовался сильноосновной макропористый анионит марки «D201» (КНР). Смолу после каждой стадии десорбции анализировали на содержание золота, урана и железа. Для определения концентрации золота в растворах использовали атомно-абсорбционный метод; наличие железа и урана в растворе подтверждали атомно-эмиссионным методом с индуктивно-связанной плазмой и масс-спектрометрией с индуктивно-связанной плазмой соответственно. В работе впервые проведена экспериментальная оценка эффективности использования щелочных и кислых элюентов в двухстадийной схеме селективной десорбции золота и урана. На первой стадии применялся сернокислый элюент, обеспечивающий практически полное удаление урана, железа и тиоцианата из смолы (>99 %) без сопутствующей десорбции золота. На второй стадии исследованы два подхода к десорбции золота: щелочной тиоцианатный и кислый тиомочевинный. Установлено, что щелочной тиоцианатный элюент характеризует ся крайне низкой эффективностью (извлечение золота не превышает 1,7 %). Это обусловлено высокой устойчивостью комплексов Au–SCN на функциональных группах анионита. Показано, что использование сернокислого раствора тиомочевины обеспечивает практически полную десорбцию золота (>99 %) с формированием высококонцентрированного золотосодержащего элюата при отсутствии урана в растворе. Предложенный подход позволяет получать раздельные концентрированные элюаты золота и урана без применения цианидов, что открывает перспективы его внедрения в гидрометаллургические схемы переработки комплексных золотоурановых руд и различных техногенных растворов.

Цель – литературный обзор, анализ и характеристика существующих основных методов переработки отработанных кислых медных электролитов, содержащих цветные и примесные металлы, для выбора оптимальной технологии для получения товарной продукции. Анализ существующих технологий переработки многокомпонентных кислых сульфатных растворов, включающих в себя гидро-, электрохимические и комбинированные способы извлечения ценных компонентов, проведен на основе обзора известных литературных и информационных источников. Показано, что выводимый из процесса электролиза многокомпонентный сернокислотный раствор содержит, в частности, медь, никель и примесные металлы, которые необходимо извлечь для последующего использования. Переработка начинается с обезмеживания, и в зависимости от того, в каком виде необходимо и целесообразно выделить медь (в виде металла или медного купороса), применяют разные методы ее извлечения. Так, электрохимическое обезмеживание с выпаркой-кристаллизацией солей используется для концентрированных растворов, позволяющее выделить ~ 99,5 % меди. Снижение концентрации кислоты посредством добавления меди металлической для гидролитического осаждения компонентов электролита с последующим упариванием жидкой фазы применяется для повышения концентрации сульфатных солей и создания оптимальных условий для кристаллизации медного купороса. Ионообменная очистка снижает содержание примесей в 10–20 раз, восстанавливает до 90 % исходной концентрации электролита, продлевая его срок службы в 3–5 раз. Экстракционное извлечение компонентов электролитов при связывании серной кислоты разбавленными до 20–40 % растворами третичных аминов позволяет снизить их высокую вязкость. По результатам проведенного литературного обзора установлено, что наиболее оптимальным методом очистки медных электролитов классического состава является сочетание электрохимического обезмеживания с выпаркой-кристаллизацией солей и нейтрализацией остаточного количества серной кислоты металлической медью с последующим упариванием раствора и выделением кристаллизацией медного купороса.