Oleksii Goryk

The object of this research is the process of transformation of kinetic energy of the attacking air-abrasive torch in the process of dynamic impact on metal surfaces of products during their shot blasting. The importance of the research is due to the need to solve the problem of increasing the efficiency of the technological process of preparing metal surfaces of products by shot blasting for the subsequent application of protective, stable non-metallic coatings. In the work, based on the energy balance of the “shot-obstacle” system, a method for determining the efficiency coefficient of the shot blasting surface preparation process was developed, which was associated with the torch energy recovery coefficient. The relationship of the coefficients with the potential energy of the surface layer accumulated in the process of elastic deformation was established. The depth of the hole formed by the shot on the surface of the attacked body was taken as a measure of this energy. When determining the depth of the hole, the deformation of an elementary cylindrical element clamped in the surface layer of the attacked body was considered, the dimensions of which are compatible with the dimensions of the elastic deformation hole. The classical recovery coefficient is not a characteristic criterion for revealing the physical aspects of the complex multifactorial shot blasting process. The ease of application in practical calculations, especially when establishing the productivity of the process, prompts the search for improving the methods of its determination, since the existing models of an ideal impact in this case are not capable. This coefficient at average attack speeds of 100–120 m/s and angles of 40° < a < 70° turned out to be 15–20% less than the classical one. The obtained research results can be used to increase the productivity of the shot blasting process of products of the defense, agricultural, machine-building, chemical, aviation and other industries.

The manufacture and repair of mechanical engineering products and other industries is associated with the qualitative preparation of their surfaces for the application of protective non-metallic coatings on them, which ensures an increase in their durability and reliability. Among the methods of cleaning metal surfaces, the environmentally friendly and energy-saving crushing process occupies a priority place. Therefore, it is important to substantiate aspects of the destruction process of the metal products’ surface layer of mechanical engineering during shot blasting, depending on the process parameters, which allows more rational planning and a balanced technology for high-quality surface preparation of products. The results of experimental and analytical studies of the mechanism of destruction of the surface layer of steel specimens attacked by a shot, as well as a shot torch, depending on the specified parameters: angle and speed of attack, shot diameter and mechanical properties of the material are presented. The destruction coefficient is related to the ratio of the trace volume left by the pellet on the attacked surface to the pellet volume, which integrates the result of dynamic contact. The results obtained indicate that the degree of destruction intensity does not depend on the diameter of the shot and reaches a maximum at angles of attack at a given speed. The analytical setting of the destruction coefficient allows, without unnecessary technological samples, to balance the process parameters to achieve the required quality of surface cleaning at the lowest possible cost.

В основі дослідження процесів абразивного зношування, механічної обробки поверхонь виробів у будівельній, сільськогосподарській, машинобудівній галузях масовим швидкісним струменем (потоком) робочих твердих частинок для очищення поверхневого шару або зміцнення лежить та чи інша теоретична модель взаємодії окремого сферичного тіла (дробинки) із деформівним плоским тілом (перепоною), який створює пластичний опір проникненню атакуючої кульки. Інтерес у цьому випадку викликає фізична природа явищ ударного контакту металевої кульки (дробинки) з пружно-пластичним півпростором, що досі залишається мало вивченою, зокрема, ув’язка цих явищ з енергетичним балансом процесу, як основного критерію впливу на наслідкові результати динамічної взаємодії контактуючих тіл. Пропонується аналіз енергетичного балансу взаємодії окремої атакуючої дробинки з поверхнею металевого півпростору, що розкриває можливості створення достовірних моделей розрахунку та оптимізації основних параметрів впливу дії повітряно-абразивного факела (масою дробинок) на стан вільних поверхонь виробів. Використовуючи схему взаємодії кульки із плоскою металевою поверхнею, можна аналітичним шляхом визначити динамічні параметри механічних показників металу, що обробляється, маючи нормальне зусилля впливу кульки (дробинки) на атаковану поверхню та геометричні розміри утвореної дробинкою лунки, а також термодинамічний стан локального об’єму атакованого тіла внаслідок пластичної деформації. Запропонована фізична модель-схема впливу дробинки на оброблювану поверхню, суттю якої є обертально-поступальний рух дробинки, дає можливість, на основі енергетичного балансу системи, визначити переміщення, швидкості, прискорення, а також сили нормального і тангенціального тиску дробинки на атаковану поверхню в процесі формування сліду (лунки), а також витрати потужності атакуючої дробинки. Запропонована модель впливу при переміщенні дробинки по нормалі до металевого півпростору, що володіє пружними і пластичними властивостями, дозволяє визначати динамічні параметри механічних показників металу того чи іншого виробу. При цьому вихідними даними для виконання аналітичних розрахунків є: діаметр сфери, описаної навколо дробинки, швидкість атаки оброблюваної поверхні та геометричні розміри сліду.

An exact analytical solution to the problem of plane transverse bending of a section of a narrow multilayer beam under the action of a normal load on the longitudinal faces, distributed according to the law of the trapezoid, is presented. The solution is constructed using the principle of superposition on the basis of the authors’ general solutions to the problems of bending multilayer consoles under the action of loads at the free end, uniformly and linearly distributed load on longitudinal faces. On its basis, separate interchanges for multilayer beams with different methods of fixing the ends were obtained: hinged, rigid and combined. The obtained relations make it possible to determine the stress-strain state of multilayer beams with an arbitrary number of homogeneous (orthotropic, isotropic) and functional-gradient layers, taking into account transverse shear and compression deformations.

Authors carried out a theoretical study of the force impact during emergency braking on the strength of the frame of a truck tractor as a part of a road train with a semi-trailer in order to build a model of the dependence of the safety factor index of the frame on the geometric and weight parameters of the car, semi-trailer, transported cargo and the type of the pavement. Using D'Alembert's principle, a generalized calculation scheme of the frame of the semi-trailer and the truck unit after reaching a steady deceleration during emergency braking while maintaining straight-line movement and adhesion of all wheels to pavement was made. Through a static calculation, the dependences for the unknown reactions of the car frame constraints were obtained, its dangerous cross-section was established, and the condition for the static strength of the longeron was determined. Using this condition and the obtained ratios for active and reactive loads, a model of the dependence of the safety margin coefficient of the car frame on the road train parameters was built. By the example of a road train consisting of a KrAZ-6446 truck tractor and a VARZ-6006 semi-trailer the application of the constructed model for evaluating the strength of the car frame and determining the permissible safe zone location of the center of gravity of different weights cargo in the plane of the road train is demonstrated. The method proposed in this work and the built model can be used to study the strength of the frames of truck tractors and semi-trailers of other manufacturers and types and to establish safe schemes for the placement and fastening of loads to ensure the operational reliability of the vehicle and the safety and security of cargo transportation.

The innovative activity of machine-building enterprises is the main guarantee of their sustainable and effective development, which makes it possible to compare technical and technological innovation in the production of products in different periods and between different enterprises in points. Quantitative numerical assessment of the innovative component of the enterprise is a prerequisite for developing a strategy for further effective production management. After all, in addition to financial performance indicators, technical innovations play a decisive role in the modern market environment, although little attention is paid to them. In the work, based on organizational and technical modeling and logical methods of exploratory evaluation, the author’s method of establishing a quantitative comparative level of innovative activity of a machine-building enterprise was built. The developed methodology for evaluating the innovative component of machine-building production is based on three basic criteria: mastering new machines, mastering technological processes, and the effectiveness of implementing design and technological solutions. The first two criteria take into account the nomenclature, novelty, the risk of introducing a new solution and the technical level of products. To determine these criteria, several levels of novelty of machines and technologies are proposed and the author’s understanding of their content is given. The third criterion, the effectiveness of implementation, is evaluated by indicators that take into account the intensity of adjustments at various stages of design. The result of the study is a method of comparative assessment of the level of innovative components of the development of machine-building production with a set of indicators that provide professionals with a tool for monitoring the processes of introducing new equipment and technologies into production and the subsequent formation of an effective innovative strategy for the development of a machine-building enterprise. The capability of the proposed methodology is presented in the given example of evaluating the innovative development (state) of an abstract machine-building enterprise.

У машинобудуванні спостерігається стійка тенденція виготовлення металевих великогабаритних виробів із вуглецевих сталей із захисними корозійностійкими неметалевими покриттями поверхонь, контактуючих із агресивним середовищем, що дозволяє відмовитися від використання дорогих нікель-хром-молібденових сталей і спеціальних сплавів типу хастелой, реманіт та інші. При цьому процес дробоструминної підготовки робочих поверхонь, для нанесення на них таких покриттів, грає головну технологічну роль, оскільки забез-печує міцність зчеплення захисного покриття з металевою основою виробу. Пропонується роботизована система дробоструминної обробки вільних поверхонь виробів, яка складається з мобільного роботизованого модуля, прецизійно-електронного засобу сканування оброблювальної поверхні й центрального мікро- контрольного модуля керування комплексом. Подана удосконалена технологія дробоструминного очищення з повною ув’язкою технічних характеристик створеної автоматизованої системи і взаємо- узгоджених заданих і наслідкових параметрів дробоструміння. Система дозволяє проводити дистанційну обробку металевих поверхонь вільних об'ємно-просторових форм (корпуси ракет, фюзеляжі літальних апа-ратів, резервуари для зберігання токсичних рідин, корпуси торпед, корпуси хімічних, біологічних, харчових, медичних та інших ємнісних апаратів, корпуси кораблів і підводних човнів) з дотриманням високої продуктивності, якості обробки, мінімізації енергетичних і економічних показників та екологічної безпеки. Практична цінність розробки виявляється при виготовленні ємкісних виробів, що експлуатуються в особливих умовах і потребують надійного захисту від руйнівного агресивного впливу хімічно активних середовищ, високих тисків та температур. Запропоновані техніко-технологічні рішення можуть бути використані в оборонній та цивільно-промисловій галузях як високотехнологічна та економічно виправдана альтернатива іншим методам очистки і поширеній трудомісткій ручній праці з підготовки та корозійного захисту металевих поверхонь виробів. Запропонована автоматизована система дробоструминної обробки забезпечить такі основні переваги: підвищення якості обробки вільних поверхонь металевих виробів; можливість онлайн-моніторингу центральним мікроконтролерним пристроєм за станом оброблюваної поверхні; енергоощадливість; екологічна безпека; універсальність; мінімізація впливу людського фактору на процес; зменшення технологічного часу на обробку виробу.

The activity of the “Industry 4

The research results of the stability of technical shot in the process of shot blasting the surfaces of metal products for preparation for applying protective coatings on them are presented. The time of effective operation of the shot is studied under the condition of its wear with a decrease in diameter to a certain critical limit, after which it is impossible to provide the specified roughness parameters with an allowable deviation. The dependence between the period of stability of technical shot on the number of cycles of its use, the mass of the shot after reaching the critical diameter of the shots and the rate of leakage of the abrasive-air mixture from the nozzle is obtained. On the basis of the results of experimental and theoretical studies of the processing of an abrasive-air torch on the surfaces of the cavities of metal cases of chemical apparatuses, individual numerical values of the parameters of the process of mechanical wear of technical shot under optimal modes of the cleaning process are established. The proposed method for determining the stability of shots provides the basis for creating an objective control system for the technological process of shot blasting of products in machine-building production. The technical indicators obtained in this work and the relationship between them can be used to update the regulatory requirements for technical shot. The proposed method for determining the rate of dimensional wear of shots over a certain number of shot use cycles makes it possible to objectively compare the cutting properties of various tool materials used for the production of technical shot.