Dmytro Plugin

The article is devoted to the mathematical modeling of the hydraulic control system of the working equipment of technological machines, using the example of the hydraulic drive of the bulldozer blade, taking into account the influence of the compressibility of the working fluid. The article analyzes current scientific research in the field of increasing the efficiency and performance of power drives of technological machines in order to identify the degree of disclosure of the issue of the influence of variable parameters of the working fluid on the general indicators of the hydraulic drive as a single system. It is determined that the variable characteristics of the working fluid, such as viscosity, bulk modulus, compressibility, which in the vast majority of studies are considered as constant values, although they significantly affect the efficiency indicators of machines. A mathematical model of a hydraulic drive for controlling a bulldozer blade is proposed, which is built using the classical laws of mechanics and hydraulics, but unlike existing models, it takes into account the influence of the compressibility of the working fluid on the kinematics of blade movement, which is useful for assessing the efficiency of bulldozers when operating under different operating conditions of the working fluid. To achieve the goal of the work, a partial solution of the mathematical model was obtained, which establishes the regularity of the influence of the bulk elasticity modulus of the working fluid on the speed of operation of the blade hydraulic cylinders. A numerical analysis of the proposed mathematical model was carried out using the example of the hydraulic drive of the blade of the CAT D9 bulldozer. The regularities of the influence of the compressibility of the working fluid on the speed of movement of the blade hydraulic cylinder rod were obtained, as well as the regularities of the change in the rod movement time depending on the bulk elasticity modulus of the fluid and different values of the rod stroke. The obtained patterns and numerical results allow predicting the efficiency indicators of cyclic technological machines, for example, their productivity by setting the cycle time, at different values of the fluid elasticity modulus, which is useful both at the stage of selecting hydraulic oil and in the operating conditions of changes in the compressibility of the oil over time.

The article proposes a methodology for modeling the types of lubrication of plunger pairs of volumetric hydraulic units - pumps and motors, high-pressure fuel pumps, which are the main units of drive systems or power supply of mobile technological machines. Modeling the types of lubrication is based on establishing the limiting viscosity of the working fluid, at which the transition from the limiting or elastohydrodynamic lubrication to the stable hydrodynamic lubrication of the plunger pair occurs. The criterion for the transition from one type of lubrication to another is the relative thickness of the lubricating film, which is defined as the ratio of the actual minimum film thickness to the sum of the average values of the deviations of the microprofile of the contacting surfaces from the center line.The resulting mathematical model has the form of a dependence for determining the limiting transient viscosity, which takes into account the geometric and kinematic parameters of the plunger pair, the force acting on the plunger from the fluid pressure in the hydraulic system, as well as the condition of transition from limiting to liquid lubrication with a set value of the relative thickness of the lubricating film at level 5. For the selected initial data for the axial plunger pump, numerical verification of the mathematical model was carried out. The dependence of the plunger speed at half a revolution of the pump shaft on the fluid injection stroke, as well as the limiting viscosity, depending on the plunger stroke and the shaft rotation frequency, at constant fluid pressure, was established.In order to provide an example of modeling the types of lubrication of the proposed hydraulic unit, the values of the limiting viscosity obtained in the calculations were compared with the actual values of the dynamic viscosity of three hydraulic fluids of viscosity classes according to ISO VG-15, VG-22 and VG-46 at a temperature of 60 °C. The result of such a comparison was an assessment of the type of lubrication of the plunger pair when using working fluids of low and high viscosity. These actions established the transition points from limiting to stable hydrodynamic lubrication for different fluids, thereby proving the operability of the resulting model.

This study investigates the finite-element and physical models of railroad sleepers made of concrete with steel and composite prestressed reinforcement. Reinforced concrete sleepers withstand mechanical loads well but have low electrical resistance, which contributes to traction current losses, leakage currents and electrocorrosion of linear structures on electrified railroads, as well as disruption of auto-lock. Since low electrical resistance is due to the electrical conductivity of steel reinforcement, its replacement with composite makes it possible to solve a number of problems in railroad operation. However, its use for sleepers is complicated by the difference from steel reinforcement in elasticity and remains insufficiently studied. Sleeper models and a scheme for their testing have been devised, which corresponds to the standard sleeper test. Calculation and full-scale experiments with loading the models have been performed. It has been established that as the models are loaded and the deformation moment increases, it evolves in three stages: crack formation; their development to the formation of a plastic hinge; failure with reinforcement slipping. In the model with composite reinforcement, compared to steel reinforcement, the moments corresponding to these stages are smaller by values that correlate with lower tension forces and the modulus of elasticity of the reinforcement. The type of reinforcement affects all moments characterizing the strength and crack resistance of the models less than the pre-tensioning forces. The results from the calculated and full-scale experiments have been compared. Correction factors were proposed for calculating the moments of crack formation in sleepers. The results make it possible to design sleepers with composite reinforcement of the required crack resistance. Such sleepers could be implemented provided that a positive result is obtained from their experimental operation on an electrified section of the railroad

Purpose. During operation on electrified direct current railways, reinforced concrete contact network pole of railways are damaged by electrical corrosion. Therefore, the development of alternative support structures, in particular, concrete with composite reinforcement, and the assessment of their bearing capacity is an urgent task. The purpose of the study is to compare the bearing capacity of conical centrifuged poles of the contact network of railways made of concrete reinforced with steel and composite reinforcement. Methodology. The comparison of the load-bearing capacity of the pole of the contact network of railways made of concrete reinforced with composite and steel reinforcement was carried out by means of a calculation experiment with the analysis of the stress-strain state of the risers using the finite element method and the LIRA-SAPR software complex. Findings. A finite-element model of poles with steel and composite reinforcement with the same cross-section and prestress was constructed. Their load during the calculation experiment was carried out until destruction, the calculation was performed in a non-linear setting. As a result of the calculated experiment, the isofield of deformations, stresses in concrete, forces in longitudinal and transverse reinforcement was obtained. It has been established that poles with both steel and composite reinforcement are destroyed due to the development of the working reinforcement. In the stretched zone of the pole with steel reinforcement, cracks do not form before failure, the pole with composite reinforcement works with cracks in the stretched zone. In a pole with steel reinforcement, the distribution of stretched and compressed zones along the cross section is uniform, in a pole with composite reinforcement, a wide stretched zone is observed, precisely in which cracks form, and a minimal compressed zone. The design of the reinforced concrete pole provides the necessary load-bearing capacity of the pole - normative bending moment, the pole with composite reinforcement - does not provide it by 21% due to the 5.4 times smaller modulus of elasticity of the composite reinforcement compared to steel. The deformation of the pole with composite reinforcement exceeds the deformation of the pole with steel reinforcement by 64%. Ensuring the required load-bearing capacity is possible by increasing the cross-section of the reinforcement and the tension of its package. Originality. For the first time, a finite-element model of a conical ring cross-section of a structure made of concrete reinforced with pre-stressed composite reinforcement and the regularity of the distribution of deformations and stresses during bending was obtained. Practical value lies in the creation of an opportunity to design poles of the contact network of railways that are resistant to electrocorrosive influences.

The paper is devoted to the study of the effect of shrinkage contact stress on the bonding strength of the waterproofing composition of fine-grained cement concrete and «old" concrete. In order to obtain a strong contact when adhering old and new concrete, it is necessary to minimize the amount of internal stress in it. The cause of concrete shrinkage during the initial curing period is the reduction of the cement stone gel, the amount of free water that is consumed by evaporation and hydration of the cement. The semi-bound water (film water) surrounding the gel particles is then consumed. This causes the gel particles to come closer together and shrink further. In addition, the capillary pressure in the pores is very significant and increases with decreasing pore size. Since the micropores are scattered in the cement stone in different directions, the pressure, balancing each other, acts as a comprehensive compression, which also causes volumetric deformation. With further drying of the concrete, the moisture gradient decreases, the growing crystal growths provide more and more resistance to internal pressure and the shrinkage deformation gradually subsides. Thus, the more intensive the hydration processes in the waterproofing coating and the more crystalline hydrates are formed at earlier curing times, the earlier the resistance to comprehensive compression in the coating will be, and as a result, the crack resistance of the coating and the strength of its adhesion to the «old» concrete will increase. As a result of the research carried out in this work, it was found that the compaction of the waterproofing composition, which helps to reduce internal stresses during curing and thus increases the amount of its adhesion to old concrete, is achieved by introducing a finely ground calcium carbonate filler and a complex of chemical water-soluble additives of the second class. The mineral filler and chemical additives allow for the additional synthesis of etringite, calcium hydrocarbonate and calcium hydrochloraluminate, low-base calcium hydrosilicates, and calcite during cement hydration in its pores and capillaries. The developed permeable waterproofing composition in the form of a mortar has high adhesion strength to old concrete and can be used in repair, restoration and protection of building structures, buildings and structures from external influences related to the water environment. Робота присвячена дослідженням впливу усадкової контактної напруги на міцність зчеплення гідроізоляційного складу дрібнозернистого цементного бетону і «старого» бетону. У результаті проведених у роботі досліджень встановлено, що ущільнення гідроізоляційного складу, яке сприяє зменшенню внутрішніх напруг при твердінні і, отже, збільшує величину зчеплення його зі «старим» бетоном, досягається шляхом введення тонкомолотого наповнювача карбонату кальцію та комплексу хімічних водорозчинних добавок другого класу. Мінеральний наповнювач і хімічні добавки дають змогу додатково синтезувати при гідратації цементу в його порах і капілярах етрингіт, гідрокарбоалюмінат і гідрохлоралюмінат кальцію, низькоосновні гідросилікати кальцію, кальцит. Розроблений гідроізоляційний склад проникної дії у вигляді будівельної суміші має високі показники адгезійної міцності до «старого» бетону і може призначатися для застосування в ремонтних, відновлювальних роботах і захисту будівельних конструкцій, будівель і споруд від зовнішніх впливів, пов’язаних з водним середовищем.

To connect the reinforced concrete slabs of the ballastless bridge deck with the metal girders of the railway bridges, a rubber-wood lining layer, which is convenient for laying and has favorable physical and mechanical characteristics, is traditionally applied, which has insufficient durability due to wood rot. An analysis of the stress-strain state of a reinforced concrete slab of a ballastless bridge deck was performed, and it was established that the strength of the material of the lining layer between the slabs and the bridge girders after 6–8 hours after laying should be at least 1 MPa, at the age of 2 days or more – at least 5 MPa, the modulus of deformation should not be more than 10,000 MPa. The value of the modulus of deformation and compressive strength of the rubber-wood lining layer was determined. Such a lining layer undergoes significant deformations due to the rubber and suddenly breaks down. The modulus of deformation is 58.3 MPa for pine and 144 MPa for oak. A structural and technological solution of the laying layer made of rolled composite material, consisting of a non-woven material of a volumetric structure of NWMVS from anisometrically oriented polyester fibers, cement, fine sand aggregate and hardening accelerator additives, was developed and patented. The dependences of the modulus of deformation and compressive strength of the paving layer made of rolled composite material on the ratio of the amount of sand to the amount of cement in the mineral mixture S/C, the consumption of the mineral mixture per unit of volume of NWMVS M/NM, and the thickness of NWMVS were investigated. Such a lining layer also undergoes significant deformations, however, destruction with a violation of structural integrity is not observed. It was established that the modulus of deformation and conditional compressive strength of the composite material decrease with an increase in the content of S/C sand in the mineral mixture and a decrease in the consumption of the mineral mixture per unit area and volume of NWMVS M/NM. The laying layer made of rolled composite material has a modulus of deformation of 144 MPa for S/C no more than 0.11, M/NM 1000 kg/m3 . Such compositions are recommended to be inserted for the lining layer, the method of which is patented. Для сполучення залізобетонних плит безбаластного мостового полотна з металевими балками залізничних мостів традиційно застосовується зручний для укладання і сприятливий за фізико-механічними характеристиками гумодерев’яний прокладний шар, що має недостатню довговічність через гниття деревини. Виконано аналіз напружено-деформованого стану залізобетонної плити безбаластного мостового полотна, встановлено, що міцність матеріалу прокладного шару між плитами і балками мосту має бути не менше 5 МПа, а модуль деформації не більше 10000 МПа. Експериментально встановлено, що гумодерев’яний прокладний шар зазнає значних деформацій за рахунок гуми і раптово крихко руйнується, а його модуль деформації складає 58,3 МПа для сосни і 144 МПа для дубу. Розроблено та запатентовано конструктивно-технологічне рішення прокладного шару з рулонного композиційного матеріалу, що складається з нетканого матеріалу об'ємної структури НМОС із анізометрично орієнтованих поліефірних волокон, цементу, дрібного заповнювача і добавок-прискорювачів твердіння. Досліджено залежності модуля деформації та міцності на стиск прокладного шару з цього матеріалу від відношення кількості піску до кількості цементу в мінеральній суміші П/Ц, витрат мінеральної суміші на одиницю об’єму НМОС М/НМ, товщини НМОС. Такий прокладний шар також зазнає значних деформацій, проте руйнування з порушенням структурної цілісності не спостерігається. Встановлено, що модуль деформації та умовна міцність на стиск композиційного матеріалу зменшуються зі збільшенням П/Ц і зменшенням М/НМ Прокладний шар із рулонного композиційного матеріалу має модуль деформації 144 МПа за П/Ц не більше 0,11 М/НМ 1000 кг/м3. Такі склади рекомендовано застосовувати для прокладного шару, спосіб улаштування якого запатентовано.

In modern conditions, the environmental component of building protective materials is guaranteed by the creation of composites capable of protecting underground and above-ground parts of buildings and structures in flooded areas from the filtration of radiation-contaminated water, industrial wastewater, radon, etc. Therefore, the problem of developing modern, including radiation-protective materials for the construction industry is urgent. Concrete is a good moderator and absorber of fast neutrons and intensively absorbs gamma radiation. Concrete consists of cement, sand and gravel. Cement consists mainly of oxides of various elements (Ca, Si, Al, Fe) and contains light elements. Portland cements, slag Portland cements and alumina cements are used as binders for the preparation of particularly heavy protective concrete. In special concretes, the most effective binder can be a substance that, as a result of hardening, adds a large amount of water (to increase the hydrogen content of the concrete). Such a substance is calcium hydrosulfoaluminate. Recent studies have shown that very effective radiation protection materials are materials in the form of polydisperse systems containing ultrafine particles (UFP) less than 1 micron in size. However, the difficulty is to distribute the ultrafine particles evenly throughout the material volume, which dramatically reduces its protective functions.The work resulted in the development of a cement composite with enhanced hydrophysical and radiation protection properties, which were achieved by, firstly, modifying the cement binder with chemical additives that facilitated the synthesis of crystalline hydrates with a high water content. Secondly, polydisperse systems in the form of ferruginous quartzite were added to the composition, where micron-sized iron particles were embedded in quartzite, which contributed to the uniform distribution of micron-sized iron particles in the volume of the composite. Physicochemical studies of cement stone hydration products were carried out by X-ray diffraction, differential thermal and electron microscopic analyses. The developed composition of fine-grained concrete has high performance and hydrophysical properties, provides protective properties against radiation due to components containing heavy and light atoms, which may allow the use of this material to protect building structures, buildings and structures. Розроблено цементний композит із підвищеними гідрофізичними та радіаційно-захисними властивостями, для забезпечення яких було, по-перше, модифіковано цементе в’яжуче хімічними добавками, що сприяли синтезу кристалогідратів із великим вмістом води; по-друге, до складу додано полідисперсні системи у вигляді залізистих кварцитів, у яких мікронні частинки заліза вкраплені у кварцити, що сприяло рівномірному розподілу мікронних частинок заліза в об’ємі композита. Фізико-хімічні дослідження продуктів гідратації цементного каменю проводили методами рентгеноструктурного, диференційно-термічного та електронно-мікроскопічного аналізів. Розроблений склад дрібнозернистого бетону має високі експлуатаційні, гідрофізичні властивості, забезпечує захисні властивості від радіаційного випромінювання за рахунок компонентів, які містять важкі та легкі атоми, що дає змогу застосовувати цей матеріал для захисту будівельних конструкцій, будівель і споруд.

The main drawback of products based on ferrous metals is their low corrosion resistance in moist conditions. Secondary methods of corrosion protection include methods aimed at stopping the corrosion process and binding the corrosion products to stable compounds where the metal corrosion process has already begun. The paper is concerned with investigating the transformation of steel corrosion products into stable products in the presence of phenolic compounds of plant origin that are economically efficient and environmentally safe inhibitors. The results of the investigation confirm the effectiveness of using hydrolyzable tannins as rust converter, in particular those containing a sufficiently high concentration of gallic acid.

Мета. На залізницях України на окремих ділянках спостерігається інтенсивний передчасний вихід шпал через утворення дефектів, який може вплинути на безпеку руху поїздів та завдає суттєвих матеріальних збитків через одиничну заміну значної кількості шпал. Мета дослідження – встановлення причин пошкодження залізобетонних шпал на характерній ділянці залізниці з їх інтенсивним передчасним виходом. Методика. Досліджено стан залізобетонних шпал типу СБ3 під безпідкладкові рейкові скріплення на 324-332 км парної колії дільниці Одноробівка-Букіне Південної залізниці, де з 2007 р. спостерігався їх інтенсивний вихід за дефектністю. Результати. Встановлено, що за 15 років експлуатації по мірі попуску 236,3 млн. т. через дефектність замінено близько 2,8 % шпал (44 шт. на 1 км колії). Характерними дефектами (пошкодженнями), через які шпали знімали з колії, були переважно 12.2 і 13.2 за класифікацією ЦП-0150 – тріщини та злам шпал, у т.ч. з роздрібненням бетону. Цим дефектам передувало утворення сітки тонких тріщин на видимих поверхнях шпал. Відібрано та досліджено 3 шпали з первинною міцністю бетону на стиск 68…77 МПа виробництва Коростенського заводу залізобетонних шпал і Гніванського заводу спецзалізобетону, зняті з колії через характерні дефекти. Із шпал відібрано керни, за якими визначено остаточну міцність бетону та проведено мікроскопічні дослідження, у т.ч. методом люмінесцентної дефектоскопії. Встановлено, що сітка тріщин у шпалах є просторовою, найбільш розвинутою під верхньою гранню, найменш розвинутою над нижньою гранню, і спричиняє зниження міцності бетону на стиск на 47…72 %. Відзначено, що руйнування бетону під час навантаження відбувалось за цими тріщинами. На внутрішніх поверхнях тріщин відзначені окремі зерна заповнювачів, які мають ознаки вмісту активного кремнезему, що разом з характером тріщин може свідчити, що причиною їх утворення є корозія бетону від взаємодії луг цементу з реакційно здатними заповнювачами. На поверхнях тріщин в нижній частині шпал виявлено продукти вилуговування, очевидно, електроміграційного, що може свідчити про сприяння корозійним процесам струмів витоку на електрифікованих постійним струмом коліях. Наукова новизна. Отже, основною причиною дефектів, за якими замінювались шпали, була корозія бетону від взаємодії луг цементу з реакційно здатними заповнювачами, якій сприяли вплив струмів витоку, а також невелика епюра шпал і застосування безпідкладкових анкерних проміжних рейкових скріплень. Практична значимість. Результати дослідження дозволяють встановити причини утворення тріщин та інших пошкоджень у залізобетонних шпалах під час експлуатації та, у свою чергу, зменшити втрати підприємств-виробників скріплень та шпал від браку та рекламацій, оптимізувати сукупні витрати на ремонтно-колійні роботи та подальше утримання колії за рахунок раціонального призначення конструкції колії, зменшення пошкоджуваності та заміни шпал під час експлуатації колії.

In recent decades, the number of sudden structural failures of buildings and structures being in operation and under construction has increased in the world. Generally, most of the experts associate these failures with the following reasons: design errors; errors and violations made during construction; and poor maintenance. In our opinion, another reason for the sudden structural failure of buildings and structures and the characteristic of the areas where they occur is the periodic accumulation and alteration of excess negative electric charge and the electric field of the Earth in crust fractures zones, near artificial sources of electricity, DC powered transport, rivers and large water reservoirs. To protect buildings and structures in hazardous excess negative charge areas, a polymer-modified mortar was developed based on carbamide resin cured with chlorine iron, with the addition of a superplasticizer and fly ash from thermal power plants. Theoretical, experimental and practical results of the study are provided.