Инженерно-педагогическое образование в XXI веке. Ч. 2

(1)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет

ИНЖЕНЕРНО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

В XXI ВЕКЕ

Материалы

республиканской научно-практической конференции молодых ученых и студентов

(25 ноября 2022 г.) В 2 частях

Часть 2

Минск БНТУ 2023

(2)

УДК 62:378(06) ББК 74.58я47

И62

Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я:

А. М. Маляревич (гл. редактор), А. А. Дробыш (зам. гл. редактора), Т. Е. Евтухова, С. В. Корнеев, А. М. Романова, Т. В. Шершнёва,

Т. Г. Леон тьева

В сборнике рассматриваются вопросы современного состояния инженерно-педагогического образования в Республике Беларусь, анализируются современные педагогические, методические и пси- хологические задачи в системе профессионального образования и пути их решения. Представлены некоторые разработки в области техники и технологии новых материалов.

ISBN 978-985-583-876-1 (Ч. 2) © Белорусский национальный ISBN 978-985-583-874-7 технический университет, 2023

(3)

3

СЕКЦИЯ «СОВРЕМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ»

УДК 692.66

Пневматические подъемники как альтернатива традиционному лифтовому оборудованию

Асесарова А. В., студент Демидович Д. В., студент

Зеневич А. С., студент

Белорусский национальный технический университет Минск, Республика Беларусь

Научный руководитель: ст. преподаватель Бабук В. В.

Аннотация:

В статье рассмотрен пневматический лифт, а также его принцип работы, преимущества и недостатки при его использовании.

В текущее время размеры и конструкции лифтов классифициру- ются по основным признакам. Главным является классификация по типу привода: электрический лифт, гидравлический лифт, пневма- тический лифт.

Пневматический лифт-разработка, которая поможет осуществить более безопасное перемещение людей, несмотря на отсутствие тро- са, даже там, где установка традиционного лифтового оборудования невозможна.

Принцип работы пневматического лифта, изображенного на ри- сунке 1, заключается в том, что турбинный блок откачивает воздух из верхней части шахты, с помощью чего создается разряжение и за счет разницы давлений кабина поднимается наверх. В самой кабине вакуума нет, так как над ней есть специальное уплотнение, которое отвечает за герметизацию шахты. Подобный эффект можно наблю- дать в пневмопочте или обычном медицинском шприце. Если во- время движение отключится энергия, то турбины просто перестают создавать вакуум, верхняя часть шахты постепенно заполняется воздухом и кабина плавно опускается на первый этаж. Разгермети- зация шахты из-за особенностей поликарбоната сведена к миниму- му, но даже при проявлении вандализма в отношении технического

(4)

4

устройства кабина остановится за счет срабатывания аварийного тормоза. Кабина находится на аварийном тормозе всегда, когда сверху над кабиной вакуума нет, при его появлении приподнимает- ся верхний поршень и кабина снимается с тормозов [1].

Рис. 1 – Схема работы пневматического лифта

Так же одним из преимуществ пневматического лифта является его крайне простая установка, так как они не требуют земляных ра- бот по оборудованию шахты.

(5)

5

Будущее у пневматических лифтов есть, но чаще всего их мон- тируют в небольшие двух-трехэтажные дома. Существенным недо- статком является высокий уровень шума-87 дБ [2]. Кроме того, в пневматическом лифте необходимо поддерживать вакуум в требуе- мом диапазоне, который зависит от веса поднимаемого груза. По- стоянно требуется учитывать скорость подъема и опускания каби- ны, так как они должны быть примерно одинаковы и не превышать порога, при котором человек испытывает перегрузки. Также при опускании лифтовой кабины необходимо обеспечить избыточное давление под ней во избежание аварийной ситуации.

Список использованной литературы

1. Пневматические лифты. [Электронный ресурс]. – Режим до- ступа: http://energy-lift.ru/articles/pnevmaticheskie-lifty/. (Дата досту- па: 21.11.2022).

2. Анализ современных конструкций лифтов и тенденций их развития. [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-sovremennyh-konstruktsiy-liftov- i-tendentsiy-ih-razvitiya/viewer . (Дата доступа: 29.11.2022).

УДК 621.744

Раздув купола для вакуум-формовочной линии Баран Ю. В., студент

Научный руководитель: к.т.н., доцент Комаровская В. М.

Аннотация:

Проведен анализ схемы управления вакуум-формовочной уста- новки модели Lineal 22.5.8.7M. Выявили проблемы, возникающие при эксплуатации оборудования, предложили возможные пути ре- шения этих недостатков.

(6)

6

Изделиями, изготовленными методом вакуумной формовки че- ловек, пользуется каждый день, и они играют важную роль в повсе- дневной жизни. При помощи данного метода можно изготавливать:

упаковки для таблеток, емкости для хранения, машинное оборудо- вание, детали холодильника, ванны, рекламные щиты.

На предприятии ЗАО «Атлант» часть изделий из пластика про- изводят с помощью вакуумной формовки.

Для формовки используют установку модели Lineal 22.5.8.7M. в ручном режиме, что приводит к низкой производительности и ча- стым простоям из-за неисправностей.

Одним из важных факторов, который не дает получить изделие высокого качества на действующем оборудовании по сравнению с аналогами – является отсутствие герметичной камеры для предва- рительного раздува купола и поддержания температуры нагрева заготовки на одном уровне [1].

Решением данной проблемы является установка устройства раз- дува купола.

После анализа существующих конструкций вакуум- формовочных установок выявили, что целесообразно выбрать раз- дув купола, который используется в установке ТВФМ-2 компании

«Форм Пласт». Это связано с тем, что габаритные размеры купола данной установки подходят под габаритные размеры изготавливае- мых шкафов холодильников. Использовать раздув купола большего размера не имеет смысла, так как это экономически нецелесообраз- но. На рисунке 1 представлена схема устройства раздува купола.

Рис. 1 – Схема устройства раздува купола

(7)

7

Данному устройству присущи следующие достоинства: установ- ка раздува купола даст возможность получения тонкостенных изде- лий, увеличит качество формуемых изделий, увеличится точность получаемых заготовок, следует отметить, что при формовании из- делий на базовой установке имели место погрешности в габаритных размерах.

Но также есть и недостатки предлагаемой модернизации: увели- чится время цикла техпроцесса и стоимость оборудования.

Список использованных источников

1. Что такое термоформовочная машина [Электронный ресурс] – режим доступа: https://game-fans.ru/articles/chto-takoe- termoformovochnaya-mashina. Дата доступа: 13.10.2022.

УДК 621.744

Модернизация вакуум-формовочной линии модели Lineal 22.5.8.7M

Баран Ю. В., студент

Аннотация:

Проведен анализ схемы управления вакуум-формовочной уста- новки модели Lineal 22.5.8.7M. Выявили проблемы, возникающие при эксплуатации оборудования, предложили возможные пути ре- шения этих недостатков.

В настоящее время большинство предприятий вынуждены ис- пользовать на разных стадиях технологического процесса устарев- шее оборудование. Не всегда это оборудование обеспечивает хоро- шее качество выпускаемой продукции и высокую производитель- ность. Целесообразно устаревшее оборудование модернизировать и таким способом продлить срок его службы.

(8)

8

На предприятии ЗАО «Атлант» для формовки используют уста- новку модели Lineal 22.5.8.7M. в ручном режиме, что приводит к низкой производительности и частым простоям из-за неисправно- стей. Недостатком большинства вакуум-формовочных установок является отсутствие универсальных установок, которые подойдут для разного типа материала [1].

Качество формуемой продукции зависит от равномерного про- грева листа по всей его поверхности и толщине со снижением ин- тенсивности нагрева от края листа к центру.

Решением данной проблемы является использование кварцевых инфракрасных излучателей, которые являются наиболее используе- мыми в вакуумной формовке. У этих нагревателей время отклика занимает несколько секунд и диапазон излучаемой волны от 1,5 до 3,9 нм (для полимеров это лучший диапазон). Он обеспечивает вы- сокую производительность и его целесообразно использовать в процессах с частым изменением циклов. При формовании высоко- температурных материалов и для обработки толстых листов лучше дублировать нагреватели, что обеспечит более равномерное распре- деление температуры и ускорит производственный цикл, а также при использовании кварцевых нагревателей экономится электро- энергия.

Функция авто-настройки уровня термопласта. Эта функция авто- настройки уровня листа работает с помощью встроенного прибора с фотоэлектрическим лучом, который проводит измерение расстоя- ния между листом пластика и нагревателем. Если лист провисает, то воздух подается в нижнюю камеру. Благодаря этому, лист под- нимается и выравнивается.

Функция принудительного проталкивания листа в форму.

Эта функция хорошо себя проявляет при изготовлении деталей сложной формы, так как позволяет равномерно распределить тер- мопласт по всем участкам формы, используется изделие похожее на плуг, для проталкивания листа в форму перед тем, как в ней со- здастся вакуум. Этот процесс позволяет большему количеству тер- мопластичного материала заполнять все углы формы, исключая ве- роятность не заполнения каких-либо углов.

После того, как пластик сформирован, ему нужно дать время остыть. Если его достать слишком рано, то деформация отливки

(9)

9

приведет к появлению дефектов детали. Для ускорения цикла охла- ждения после формовки, используют вентиляторы. Также суще- ствует вариант распыления жидкости, с помощью тумана, при кото- ром форсунки прикрепляются к вентиляторам, а туман охлажден- ной воды направляется на лист. В сочетании с вентиляторами такой туман может ускорить цикл охлаждения до 35 %.

1. Баран, Ю. В. Типы нагревателей для вакуумной формовки //

Инженерно-педагогическое образование в XXI веке : материалы республиканской научно-практической конференции молодых уче- ных и студентов (25–26 ноября 2021 г.) / редкол.: А. М. Маляревич (гл. ред.) [и др.]. – Минск : БНТУ, 2021. – С. 197–198.

УДК 533.27

Особенности определение давления газовых смесей различными тепловыми датчиками

Бидзюра O. Ю. студент Войнаровский М. А., студент

Научный руководитель: к.ф.-м.н., доцент Босяков М. Н.

Аннотация:

В данной статье описан расчет коэффициентов чувствительности для четырех газов: азота, аргона, водорода и метана – для вольфрамового и платинового катодов.

Для измерения давления в области низкого и среднего вакуума широко используются датчики Пирани [1]. Принцип их действия основан на зависимости теплопередачи в разряженном газе от дав- ления газа. В датчике давления применяется резистивный измери- тель температуры. Температура спирали определят на уровень пе- редачи тепла между спиралью и трубкой. При понижении давления,

(10)

10

снижается и теплопередача, следовательно, спираль отдает в окру- жающую среду меньше тепла и сильнее разогревается при постоян- ной мощности, итогом вычисления является величина давления га- за. По способу измерения температуры нити тепловые манометры разделяются на два типа: сопротивления и термопарные. В первых используется корреляция сопротивления нити от температуры, нить манометра используется: как источник тепла, и как инструмент из- мерения температуры, напрямую зависящий от их напряжения. Са- ма нить выполняет только функцию источника тепла

Тепловые вакуумметры измеряют абсолютное давление в диапазоне 10^–2... 10⁴ Па.

Определение давления для одного сорта газа проводится по формуле:

, (1)

где – давление различных газов;

– показания вакууметра по воздуху;

– чувствительность вакуумметра.

Относительная чувствительность вычисляется по формуле:

q = с1q1 + c2q2 + c3q3 +… , (2) где c1, c2,c3… – молекулярные доли компонентов смеси;

q1, q2, q3 – коэффициенты чувствительности газов.

Приведенные в литературе [1] коэффициенты относительной чувствительности для водорода, аргона и азота не отнесены для конкретных катодов тепловых датчиков, следовательно, необходимо уточнение этих коэффициентов для используемых в датчиках катодов из платины и вольфрама.

Целью был расчет коэффициентов чувствительности для четырех газов: азота, аргона, водорода и метана – для вольфрамового и платинового катодов.

Расчет коэффициента чувствительности проводился по формуле из [2]:

, (3)

(11)

11 гдеа – коэффициент аккомодации;

К = Ср/Сv – показатель адиабаты;

М – молекулярная масса.

Таблица 1. – Исходные данные для расчета

Газ Cp Cv qr = kт возд

(данные из Розанова)

Kт газ/

сp/cp

Воздух 1,01 0,72 1,0 1,4

N2 1,03 0,73 1,06 1,41

Ar 0,52 0,31 1,8 1,68

H2 13,8 10,2 0,27 1,35

Таблица 2. – Коэффициент аккомодации при T = 300 К

Газ Молекулярная

масса W Pt

Воздух 29 0,87 0,9

N2 28 0,87 0,8

Ar 40 0,85 0,89

H2 2 0,35 0,25

CH4 16 0,9 0,81

Таблица 3. – Полученные значения коэффициентов относительной чувствительности для платинового и вольфрамового катодов

Газ Pt K W

H2 1,18 1,71

N2 0,87 0,99

Ar 0,55 0,55

CH4 1,68 1,45

Следует отметить, что полученные коэффициенты чувствитель- ности отличаются от приведенных в литературе [1, 3].

(12)

12

Таблица 4. – Данные чувствительности из литературы

Газ К

ПМТ-6-3 TPR-280

Воздух 1,0 1,0

N2 1,06 1,0

H2 0,274 0,5

Ar 1,8 1,7

Так как данные различаются, то вопрос расчета коэффициентов требует дальнейшего изучения.

1. Розанов, Л. Н. Справочник по вакуумной технике. Второе из- дание г. Москва 1990 г.

2. Демихов, К. Е. Справочник по вакуумной технике. 3-е издание г. Москва «Машиностроение» 2009 г.

3. Шерстобитова, А. С. Датчики физических величин. г. Санкт- Петербург 2017 г.

УДК 621.51

Разработка электромагнитного компрессора Винник И. О., студент

Научный руководитель: к.т.н., доцент Корнеев С. В.

Аннотация:

Рассматривается возможность создания нового типа компрессо- ра, работающего за счет электромагнитного поля, используемого в устройстве известное как пушка Гауса.

(13)

13

В нашей жизни компрессора играю важную роль, мы используем их практически везде: в медицине, в строительстве, в автосервисах, в быту и в прочих сферах где используется сжатый воздух.

В данной статье мы рассмотрим, что собой представляет индук- ционное магнитное поле и как его можно применить для разработки компрессора.

Принцип работы индукционного поля рассмотрим на примере Гаус пушки, которая и дала идею для создания электромагнитного компрессора.

Пушка Гауса представляет собой соленоид, внутри которого находится ствол из диэлектрика, в который закладывается патрон из ферромагнетика. При подаче тока на соленоид возникает электро- магнитное поле, которое и разгоняет снаряд. На основании этого эффекта можно попробовать создать компрессор, который не будет иметь трущихся элементов.

Условно, мы можем закольцевать ствол, создав геометрическую фигуру тор, вокруг которого будет расположен соленоид. В каче- стве снаряда мы возьмем шар, который в свою очередь мы будем разгонять по стволу (см. рисунок 1).

Теперь необходимо придумать, как данную конструкцию сделать рабочей.

В первую очередь нам нужно сделать минимальные зазоры между корпусом (закольцованный ствол) и шаром, выполняющего роль поршня.

Рис. 1 – Условная схема

Так же необходимо определится с входом и выходом воздуха. За основу впускного и выпускного канала возьмем схему пластинчато- роторного компрессора (см. рисунок 2).

(14)

14

Рис. 2 – Схема входа и выхода газа пластинчато-роторного компрессора

Теперь остается самая сложная и важная часть – это обеспечение сжатия и нагнетания воздуха. Добавим в схему еще один шар (см.

рисунок 3), который будет отдален на определенное расстояние от другого, и добавим пластинчатый клапан на выход.

При подходе первого шара к выходному патрубку он будет за- медлятся, за счет ослабления магнитного поля, тем самым сокращая расстояние со вторым. За счет сокращения расстояния между ними будет происходить сжатие воздуха. Сжатый воздух открывает кла- пан тем самым выводит воздух из компрессора.

Когда второй шар пройдет эту же точку он также замедлится, тем самым восстановит первоначальное расстояние с первым. По- сле чего цикл будет повторяться.

(15)

15

Рис. 3 – Прототип электромагнитного компрессора

Таким образом мы получили теоретический прототип компрес- сора совершенно нового принципа действия, который не имеет трущихся поверхностей и приводится в действие электромагнитным полем. Данный компрессор должен работать от обычной розетки и применяться как в бытовых целях, так и в промышленных.

УДК 637.115.4

Выбор прототипа для мобильной доильной системы Ганусевич К. А., студент

Погадаев В. А., магистрант

Аннотация:

Авторами данной статьи предлагается разработать многофунк- циональную установку для сбора и обработки молока, которая поз- волит повысить качество получаемого продукта.

(16)

16

Учитывая мировые тенденции в отрасли сельского хозяйства, все больше развивается индивидуальное фермерское хозяйство. На данных фермах для доения крупного рогатого скота используются роботизированные доильные установки.

Анализ зарубежных и отечественных производителей доильных роботизированных установок показал, что большинство из них вы- полняют автоматический забор молока с крупного рогатого скота, при этом они громоздки и не мобильны, что значительно усложняет процесс доения. В настоящий момент наиболее распространенной конструкцией на рынке является роботизированная доильная уста- новка GEA Farm Technologies GmbH (см. рисунок 1).

Рис. 1 − Доильный робот GEA Farm Technologies GmbH

Доильный аппарат зарубежных производителей GEA Farm Tech- nologies GmbH из Германии является многофункциональным обо- рудованием в состав которого входят следующие основные узлы:

– манипулятор с пневмоприводом, на котором находятся доиль- ные стаканы (то есть возможно осуществлять автоматический сбор молока);

– высококлассный прибор для определения наличия мастита в молоке (при процессе доения молоко проходит через прибор опре- деления мастита, чтобы выявить пригоден ли продукт для дальней- шей обработки).

Рассматриваемый доильный аппарат примечателен тем, что пол- ностью автоматизирован технологический процесс доения коров благодаря настроенному программному обеспечению.

(17)

17

В тоже время данное оборудование не обладает мобильностью, то есть он является статичным, и для начала процесса доения необ- ходимо осуществлять транспортировку крупного скота непосред- ственно к самому аппарату.

Также роботизированная установка GEA Farm Technologies GmbH не имеет охладительного оборудования после доения, что приводит к увеличению времени необходимого на охлаждение мо- лока до температуры 4–5 ˚С. При такой температуре допускается транспортировать молоко без потери качества продукта.

Учитывая вышеизложенные недостатки существующих систем доения крупного рогатого скота, перспективной представляется разработка мобильной роботизированной установки, значительным преимуществом которой будет являться ее подвижность, что в свою очередь, повысит производительность процесса доения.

УДК 637.115.4

Разработка схемы мобильной роботизированной доильной установки

Ганусевич К. А., студент

Аннотация:

Автором данной статьи предлагается разработать доильную си- стему для индивидуальных фермерских хозяйств, основываясь на анализе конструкции роботизированной доильной установки GEA Farm Technologies GmbH. В данной статье будет представлена схема конструкции, и принцип действия.

В предыдущей статье автором проведен анализ доильной систе- мы GEA Farm Technologies GmbH. В результате анализа выявили достоинства и недостатки доильного оборудования от германских производителей.

(18)

18

Так как рассматриваемая доильная система в настоящее время является наиболее распространенной для доения крупного рогатого скота на фермах, поэтому принято решение выбрать эту модель в качестве прототипа для дальнейшей разработки с учетом всех до- стоинств данной конструкции. То есть в проектируемой системе будут предусмотрены: манипулятор с гидроприводом, отвечающий за сбор молока, высокоточный прибор определения уровня мастита в молоке, настроенное программное обеспечение отвечающее за автоматизированное доение.

В предлагаемой конструкции доильной установки предлагается добавить охладительное оборудование, а также необходимо обеспе- чить мобильность разрабатываемой системы (см. рисунок 1).

Рис. 1 – Схема авторской конструкции доильного оборудования

Процесс доения будет проходить следующим образом: из доиль- ных стаканов молоко по трубопроводу сразу поступает в аппарат контроля качества молока для определения мастита. После провер- ки молоко поступает в охладительную камеру, где предварительно охлаждается до 15–20 ˚С, после по трубопроводу поступает в танк- охладитель. Как только процесс доения окончен, роботизированная установка перемещается вдоль амбара к следующему животному

(19)

19

благодаря тому, что она установлена на двух пневмолиниях с пнев- моцилиндрами, где доение происходит повторно.

Для ряда фермерских хозяйств имеется необходимость в допол- нении разрабатываемой мобильной доильной установки упаковоч- ной станцией с барабанным сепаратором. Барабанный сепаратор позволит перерабатывать от 20–30 литров молока в сутки, тем са- мым регулируя его жирность, количество сливок, а также обеспечит уничтожение уровня микроорганизмов до 99 %.

После сепаратора, молоко направляется в упаковочную станцию, где запаковывается. Такую продукцию индивидуальный фермер, может не отправлять на продажу через заводы производители моло- ка, а лично его продавать.

Предложенная конструкция позволит индивидуальному фермеру получать молоко высокого качества, сравнимое с молочными заво- дами, а также продавать его самостоятельно.

УДК 621.7.029

Анализ нанесения алмазоподобных покрытий при помощи торцевого холловского ускорителя

Герасимович П. А., студент Шатило Е. А., студент

Научный руководитель: инженер-технолог 2-ой категории Пигаль Р. В.

Аннотация:

Рассматриваются вопросы нанесения алмазоподобных покрытий (DLC-покрытий) при помощи торцевого холловского ускорителя (ТХУ). Описаны основные технологические проблемы нанесения DLC-покрытий различными способами. Оцениваются эксперимен- тальные результаты покрытий, полученных при помощи ТХУ.

Алмазоподобные покрытия находят широкое применение в про- мышленности: от элементов тяжелого машиностроения до бытовых

(20)

20

лезвий одноразовых бритв. Это обусловлено тем, что данный тип покрытий обладает достаточной антикоррозийной и химической стойкостью, хорошими антифрикционными свойствами и отсут- ствием токсичных выделений [1].

Свойства и качество алмазоподобных покрытий зависят от спо- соба их получения. В данный момент алмазоподобные покрытия получают с помощью CVD, PVD, PECVD и HiPIMS методов. Об- щим недостатком CVD, PVD и PECVD методов является тот факт, что чистые покрытия, получаемые перечисленными способами, имеют достаточно низкую адгезию и высокие напряжения, что при- водит к повреждению DLC-покрытия и преждевременному отслое- нию. Для решения данной проблемы разработан HiPIMS метод. При этом используются высокомощные импульсные токи, позволяющие получать гладкие однородные покрытий без образования капельной фазы, что является весомым преимуществом в сравнении с другими методами. Проблемой же применения HiPIMS является низкая ско- рость осаждения покрытия (в среднем, на 50 % медленнее, чем при PECVD) методе [2].

Однако, в связи с постоянно растущими требованиями, предъяв- ляемые к качеству и экономической эффективности производства алмазоподобных покрытий, использование данных методов стано- вится труднодоступным либо невозможным. В связи с этим для по- вышения конкурентоспособности на рынке производителей DLC- покрытий проводились лабораторные исследования по нанесению покрытий при помощи торцевого холловского ускорителя (ТХУ) модели «Стрелок-3» производства ООО «Изовак».

Исследование по напылению алмазоподобного покрытия при помощи ТХУ, расположенного под прямым углом к подложке, про- водилось в вакуумной камере с использованием очищенного пропа- на С3Н8 при условиях, указанных в таблице 1. В качестве поверхно- сти, на которые наносились покрытия, были использованы кремни- евые и германиевые подложки.

(21)

21

Таблица 1. – Условия нанесения покрытий с использованием ТХУ

Pст, Па Pраб, Па U, В Iн, А Расход пропана С3Н8, см³

Время очистки,

мин

Толщина покрытия Dизм, нм 5,9·10^–3 3,3·10^–2 200 15,5 8–9,2 10 450

В ходе лабораторного опыта покрытие наносилось на образцы, расположенные на расстоянии 550 мм от источника, время напыле- ния слоя толщиной 250 нм составило 60 минут. Испытания на адге- зию проводились при помощи скотч-теста.

Результаты тестирования показали, что полученное в результате технологического процесса покрытие обладало слабой адгезией к подложке. Фотография образцов подложек с DLC-покрытием пред- ставлена на рисунке 1.

Также была выполнена серия экспериментов на разных расстоя- ниях до подложки: начальное значение – 550 мм, конечное – 300 мм. Шаг изменения расстояния для каждого из экспериментов со- ставлял 10 мм. Положительный результат был достигнут при при- ближении источника на расстояние 310 мм.

Следующим этапом данного лабораторного опыта была проверка адгезии пленки большей толщины. Для этих целей время нанесения напыления было увеличено с 60 минут до 95. На данном этапе об- наружено, что нанесенное покрытие обладает слабой адгезионной прочностью.

Температура подложки в ходе напыления составила 90 ℃.

(22)

22

Рис. 1 – Образцы подложек с DLC-покрытием, полученных напылением при помощи ТХУ «Стрелок-3»

На основании рассмотренных выше результатов можно сделать вывод, что на адгезию углеродсодержащего алмазоподобного по- крытия при помощи низкоэнергетичных источников (на примере торцевого холловского ускорителя) значительно влияет расстояние от источника до поверхности и толщина напыленного слоя.

1 Пигаль, Р. В. Технология плазменно-химического осаждения покрытий на основе углерода: дис. магистра техн. наук : 22.06.22 / Р. В. Пигаль. – М., 2022. – 145 с.

2 Боровиков, С. М. Методы нанесения DLC-покрытий / С. М. Боровиков [и др.] // Молодые ученые. – окт. 2021. –

№ 43(385). – С. 16–19.

(23)

23 УДК 007.52

Разработка корпуса и силовой установки вакуумно-пневматического робота-манипулятора

Герасимович П. А., студент Шатило Е. А., студент

Научный руководитель: преподаватель Терещук О. И.

Аннотация:

Рассматривается варианты исполнения корпуса и силовой уста- новки вакуумно-пневматического робота-манипулятора. Описыва- ются и обосновываются различные варианты исполнения, материа- лы и методы их получения.

При восстановлении территорий от последствий вооруженного конфликта или зачистки местности от террористической угрозы специалистам групп разминирования приходится рисковать своими жизнями при работе с неразорвавшимися боеприпасами и само- дельными взрывными устройствами (иначе, СВУ). Для минимиза- ции рисков для военнослужащих инженеры придумали роботов для разминирования [1, 2].

В качестве базы робота в котором будет размещаться вся силовая установка и перевозимые СВУ мной предлагается использовать корпус из полимерных материалов на основе поливинилхлорида и поликарбонатов. Выбор данных материалов обусловлен их массой, литейными свойствами, прочностными и температурными характе- ристиками. Это позволит нам получать различные типоразмеры корпусов и их конфигурации не только на промышленных термо- пластоавтоматах, но и на 3D-принтерах. Также стоит отметить, что в условиях активного технического прогресса СВУ становятся до- статочно технологичными и управляющая аппаратура взрывных устройств может состоять не только из дистанционных взрывате- лей, но и из взрывателей, реагирующих на электромагнитные коле- бания. Данный факт обуславливает использование экранирование и изоляцию силовых и токоведущих частей конструкции с помощью

(24)

24

диэлектрических материалов. В корпусе предусмотрены отверстия для установки различного навесного оборудования, такого как ва- куумной руки-манипулятора, вакуумного лотка для сбора СВУ, ко- лесной базы, воздухозаборника и фонаря, либо камеры переднего вида. Для закрепления и фиксации вакуумного лотка и руки- манипулятора предлагается использовать пазы. Исполнение корпу- са робота из полимерного материала представлено на рисунке 1 [3].

Рис. 1 – Корпус робота-манипулятора

За выполнение функций захвата и удержания предметов отвечает вакуумная система. В качестве откачивающего устройства в ней используется диафрагменный вакуумный насос. Выбор данного

(25)

25

насоса основан на его компактных размерах, достаточной произво- дительности для обеспечения удержания и ремонтопригодности.

Также в вакуумную систему входят клапаны с дистанционным управлением и фильтрующие элементы, которые предназначены для защиты вакуумной системы от попадания мелкодисперсной среды [1], [2].

Для обеспечения передвижения робота отвечает пневматическая система, в которой исполняющими элементами являются пневмо- моторы соединенные с колесами робота путем понижающей пере- дачи. За обеспечение пневматической системы, сжатым воздухом первично предполагалось использование компрессора поршневого типа [1]. Данный компрессор способен создавать необходимое дав- ление и поток сжатого воздуха для обеспечения вращения пневмо- моторов. Но у данного решения имеются недостатки ввиду мас- согабаритных характеристик и высокой температуры, что обуслав- ливает использование эффективной системы охлаждение, что может сказаться на массе робота. Поэтому альтернативным вариан- том предлагается использовать мембранный компрессор и фильтр- маслораспылитель для насыщения воздуха пара масла и защиты движущихся частей пневмомоторов. Данное решение позволит зна- чительно облегчить и эргономично скомпоновать конструкцию.

1. Герасимович, П. А. Проект вакуумно-пневматического робота- манипулятора / П. А. Герасимович / Инженерно-педагогическое об- разование в XXI веке : материалы республиканской науч.-практ.

конф. молодых ученых и студентов, Минск, 25–26 ноя. 2021 г. / редкол.: А. М. Маляревич (гл. ред.) [и др.]. – Минск : БНТУ, 2021. – С. 215–217.

2. CORNELL CHRONICLE [Electronic resource]. – Mode of access:

https://news.cornell.edu/stories/2010/10/researchers-develop-universal- robotic-gripper/. – Date of access: 29.10.2022.

3. Колотушкин С. М., Леденев В. А., Расчетов В. А., Федоренко А. В. / Взрывные устройства и следы их применения:

учебно-практическое пособие. – М.: КРЕДО, 2011. – 238 с

(26)

26 УДК 62-768

Водоохлаждаемый каплеотбойник для вакуумной сушки Гребенева К. А., студент

Петров С. В., студент

Научный руководитель: ст. преподаватель Орлова Е. П.

Аннотация:

Рассматривается способ предотвращения попадания конденсата в ресивер при испарении влаги в процессе конвективной вакуумной сушки. Сравнивается сушка древесины в естественных условиях и при помощи вакуумной сушки. Описаны схема установки и схема устройства, предотвращающее попадание конденсата в ресивер.

По мере роста дерева жидкость циркулирует по всей длине ство- ла. Если дерево срубить, эта циркуляция прекращается, влага испа- ряется, в результате чего древесина усыхает. Но сушка в естествен- ных условиях занимает длительное время, что является проблемой для обеспечения нужного количества готового материала для изго- товления изделий [1]. Для решения этой проблемы используется вакуумная сушка.

Вакуумная сушка позволяет значительно ускорить процесс испа- рения влаги из древесины. Использование этого метода исключает появление трещин, уменьшает грибковое поражение и увеличивает срок службы материалов. В основе вакуумно-импульсного метода лежит процесс нагревания древесины потоком воздуха и пара и им- пульса. Способ осуществляется за счет быстрого сброса среды из рабочей камеры 1 в ресивер 2. Схематично установка представлена на рисунке 1.

При чередовании процесса конвективной сушки обеспечиваются наилучшие условия для испарения влаги из материала.

(27)

27

Рис. 1 – Схема установки

В результате импульсной разгерметизации и вакуумирования камеры до 20–50 мм рт.ст. с поверхности древесины выделяется большое количество влаги, которая под действием перепада давле- ния уносится в ресивер в виде пара и капель, представляющих со- бой раствор канифоли в эмульсии скипидара.

При попадании конденсата в ресивер эффективность всасывания снижается из-за его интенсивного испарения, при этом содержаща- яся в конденсате канифоль может попасть в вакуумный насос, вы- зывая его заклинивание.

Для предотвращения попадания конденсата в ресивер предлага- ется использовать водоохлаждаемый каплеотбойник 4 с вакуумным конденсатосборником 5 для возможности его удаления в процессе вакуумирования. Работа этого устройства представлена на рисунке 2 и заключается в следующем: поток через патрубок 1 с большой скоростью ударяется о перегородку 2, после чего капельная фаза стекает в коническую часть корпуса 3. Поток многократно отража- ется на стенки водоохлаждаемого корпуса, где паровая фаза кон- денсируется, а жидкость стекает вниз и выводится через патрубок 4 в сборник конденсата [2].

(28)

28

Рис. 2 – Схема каплеотбойника

Использование такой системы сбора конденсата позволяет зна- чительно снизить капитальные затраты при создании вакуумно- импульсных сушилок, и упростить эксплуатацию оборудования.

1. Вакуумная сушка древесины на предприятии // Ростовпродукт [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

https://rostovprodukt.ru/2018/05/03/vakuumnaya-sushka-drevesiny/. – Дата доступа: 30.10.2022.

2. В. П. Голицын, Н. В. Голицына. Способ сушки растительных материалов. Патент на изобретение RU 2238490C2 / 20.10.2004.

(29)

29 УДК 621.542

Усовершенствование конструкции пневматического шагохода Делендик М. В., студент

Сивак Д. И., студент

Научный руководитель: к.т.н., доцент Данильчик С. С.

Аннотация:

Проведен сравнительный анализ работы пневматических приво- дов с другими видами приводов и обосновано применение пневма- тических приводов для перемещения шагохода, рассмотрены спо- собы усовершенствования конструкции пневматического шагохода.

В работе [1] был рассмотрен способ передвижения шагохода с помощью пневматических ног. В его работе были выявлены недо- статки, связанные с контролем перемещения. Кроме того, ограни- чен ресурс работы из-за малого запаса воздуха в ресиверах.

В связи с этим проведем сравнительный анализ пневматических приводов с электрическими и гидравлическими и оценим возмож- ность их использования в шагоходах. У каждого из видов приводов есть свои преимущества и недостатки.

Пневматический привод по сравнению с другими приводами об- ладает рядом преимуществ:

– экономичность (для пневматических приводов требуется меньше затрат на работу);

– точность управления передвижением;

– возможность применения экстремальных температур;

– малый вес приводов;

– простота в обслуживании.

К недостаткам пневматических приводов относятся:

– ограничения по работе компрессора (он должен работать все время пока приводы не работают);

– необходимость защиты воздуха от загрязнений;

– для смены назначения приводов нужно менять комплектующие.

Преимущества электрических приводов:

(30)

30 – быстрое подключение к системе;

– полное управление движением;

– тихоходность;

– меньший риск загрязнения окружающей среды.

Электрические приводы имеют следующие недостатки:

– выше начальная стоимость;

– нужны дополнительные средства во взрывоопасных местах;

– быстрый перегрев при большой нагрузке;

– параметры электропривода зависят от электродвигателя.

Преимущества гидравлических приводов:

– могут создавать большие усилия чем пневматические приводы;

– имеют высокий показатель мощности на объем;

– могут располагаться далеко от насосов без потерь мощности.

К недостаткам гидравлических приводов можно отнести:

– потери жидкости уменьшают мощность;

– гидравлические привода требуют много сопровождающих компонентов, включающих резервуар для жидкости, двигатели, насосы, стравливающий клапан, теплообменник и др.

В связи с чем такие приводы сложно разместить.

Таким образом компактность, малый вес пневматических приво- дов, их экологичность и обеспечиваемая точность перемещений позволяет применять эти приводы в робототехнике.

Для обеспечения более высокой надежности и экономичности работы шагохода, рассмотренного в работе [1], можно изменить саму конструкцию пневматического шагохода. Конструкцию пнев- матических ног предлагается разработать по примеру уже работа- ющих механических приводов роботов (см. рисунок 1).

Рис. 1 – Принципиальная схема механических ног

(31)

31

Для этого можно изменить угол наклона части «пневматических ног», что изменит величину нагрузки, действующей на корпус. Это позволит распределить нагрузку на корпус и уменьшить расход сжатого воздуха из-за уменьшенной нагрузки на пневмоноги.

Кроме того, можно автоматизировать передвижение шагохода.

Для этого нужно соединить две «пневматических ноги» контролле- ром (см. рисунок 2). Этот контроллер синхронизирует первую пневматическую ногу со второй путем передачи сигналов.

Рис. 2 – Принцип автоматизации пневматических ног

Подводя итог, можно сказать, что пневматический шагоход можно использовать только в тех отраслях, где не требуются доста- точно высокие нагрузки (робототехника и др.), и в зонах работы с незагрязненным воздухом (если не поставить защиту).

1. Делендик, М. В. Пневматический шагоход / М. В. Делендик, Д. И. Сивак; науч. рук. В. М. Комаровская // Инновационные техно- логии и образование: материалы международной научно- практической конференции (Минск, 28 апреля 2022 г.) : в 2 ч. / Бе- лорусский национальный технический университет ; редкол.: А. М.

Маляревич (гл. ред.) [и др.]. – Минск: БНТУ, 2022. – Ч. 2. – С. 336–338.