http://eadnurt.diit.edu.ua/jspui/handle/123456789/10786 2022-03-20T06:47:36Z 2022-03-20T06:47:36Z Семенец, Сергей Н. Насонова, Светлана С. Семенец, Галина И. http://eadnurt.diit.edu.ua/jspui/handle/123456789/13523 2021-05-28T08:40:31Z 2018-01-01T00:00:00Z

Название: Оптимальное структурное резервирование технических систем Авторы: Семенец, Сергей Н.; Насонова, Светлана С.; Семенец, Галина И. Краткий осмотр (реферат): RU: Цель. Основная цель статьи – дать проектировщикам высоконадежных технических систем, не обладающим специальными знаниями в области оптимизации и навыками программирования, простой и доступный математический инструмент для выбора оптимального решения при структурном резервировании систем. Методика. В качестве главного показателя надежности резервированной системы принята вероятность ее безотказной работы. Рассмотрены две типовые схемы резервирования: 1) схема раздельного «горячего» резервирования; 2) схема раздельного «холодного» резервирования. Сформулированы расчетные модели оценки надежности резервированных систем. Результаты. В работе предложены оптимизационные модели, позволяющие найти рациональный вариант резервирования проектируемой системы с учетом противоречивых требований к ее надежности и стоимости. Данные модели численно реализуются в операционной среде табличного процессора Excel применительно к основному объекту, состоящему из 7 элементов. Приведены оптимальные варианты резервирования этого объекта по схемам «горячего» и «холодного» раздельного резервирования. Научная новизна. Предложены новые расчетные модели оценки надежности резервированных систем, а также разработанные на их основе оптимизационные модели, которые сформулированы с использованием разложения неизвестных исходной задачи структурного резервирования на бинарные составляющие. При этом полученные оптимизационные модели относятся к классу задач нелинейного математического программирования с двоичными переменными, для численного решения которых (даже при достаточно большой размерности) хорошо приспособлены широко известные пакеты прикладных компьютерных программ, в частности табличный процессор MS Excel. Таким образом, процесс решения изначально весьма сложной задачи оптимального структурного резервирования значительно упрощается и сводится к выполнению элементарных действий в соответствующих программных интерфейсах. Практическая значимость. Предложенные расчетные модели оценки надежности резервированных систем, модели оптимального структурного резервирования, а также методология их формирования с целью упрощения дальнейшей численной реализации могут быть полезны при решении задач обеспечения надежности технических систем на ранних стадиях их проектирования.; EN: Purpose. The purpose of the article is to give designers of highly reliable technical systems that do not have special knowledge in the field of optimization and programming skills, a simple and accessible mathematical tool for choosing the optimal solution for structural redundancy of systems. Methodology. The article poses the problem of optimal structural redundancy of technical systems. Two typical redundancy schemes are considered: a) a separate «hot» backup scheme; b) a separate «cold» backup scheme. The computational models for estimating the reliability of redundant systems are formulated. We offer optimization models that allow us to find a rational option for reserving a system that is being designed, taking into account conflicting requirements for its reliability and cost. These models are numerically implemented in the operating environment of the Excel spreadsheet as applied to the main object, consisting of 7 elements. The optimal variants of reserving this object according to the «hot» and «cold» separate reservation schemes are given. Findings. Calculated models for estimating reliability, as well as models for optimizing the systems reserved for the «hot» and «cold» separate backup schemes, have been developed. With the use of the Excel spreadsheet, the optimal options for reserving 7 element objects are found for separate «hot» and «cold» backups. Originality. New computational models for estimating the reliability of redundant systems are proposed, as well as optimization models developed on the basis of these, which are formulated using the decomposition of unknown initial problem of structural redundancy into binary components. In this case, the obtained optimization models belong to the class of problems of non-linear mathematical programming with binary variables, for the numerical solution of which (even for a sufficiently large dimension) well-known packages of applied computer programs, in particular, the MS Excel spreadsheet, are well adapted. Thus, the process of solving the initially very complicated problem of optimal structural redundancy is much simpler and reduced to performing elementary actions in the corresponding software interfaces. Practical value. The proposed calculation models for estimating the reliability of redundant systems, models for optimal structural redundancy, and the methodology for their formation, in order to simplify further numerical implementation, can be useful in solving problems of ensuring the reliability of technical systems in the early stages of their design.; UK: Мета. Основна мета статті – дати проектувальникам високонадійних технічних систем, які не володіють спеціальними знаннями в галузі оптимізації та навичками програмування, простий і доступний математичний інструмент для вибору оптимального рішення під час структурного резервуванні систем. Методика. За головний показник надійності резервованої системи прийнята ймовірність її безвідмовної роботи. Розглянуті дві типові схеми резервування: 1) схема роздільного «гарячого» резервування; 2) схема роздільного «холодного» резервування. Сформульовані розрахункові моделі оцінки надійності резервованих систем. Результати. У роботі запропоновані оптимізаційні моделі, що дозволяють знайти раціональний варіант резервування проектованої системи з урахуванням суперечливих вимог до її надійності й вартості. Ці моделі чисельно реалізуються в операційному середовищі табличного процесора Excel стосовно основного об’єкта, який складається із 7 елементів. Наведені оптимальні варіанти резервування цього об’єкта за схемами «гарячого» й «холодного» роздільного резервування. Наукова новизна. Запропоновані нові розрахункові моделі оцінки надійності резервованих систем, а також розроблені на їх основі оптимізаційні моделі, які сформульовані з використанням розкладання невідомих вихідної задачі структурного резервування на бінарні складові. При цьому отримані оптимізаційні моделі відносяться до класу задач нелінійного математичного програмування з двійковими змінними, для чисельного вирішення яких (навіть за досить великої розмірності) добре пристосовані широко відомі пакети прикладних комп’ютерних програм, зокрема табличний проце- сор MS Excel. Таким чином, процес вирішення спочатку досить складної задачі оптимального структурного резервування значно спрощується і зводиться до виконання елементарних дій у відповідних програмних інтерфейсах. Практична значимість. Запропоновані розрахункові моделі оцінки надійності резервованих систем, моделі оптимального структурного резервування, а також методологія їх формування з метою спрощення подальшої чисельної реалізації можуть бути корисні при вирішенні задач забезпечення надійності технічних систем на ранніх стадіях їх проектування. Описание: С. Семенец: ORCID 0000-0002-6359-10691, С. Насонова: ORCID 0000-0002-0920-7417, Г. Семенец: ORCID 0000-0003-2693-3282

2018-01-01T00:00:00Z Шапошник, Шапошник http://eadnurt.diit.edu.ua/jspui/handle/123456789/13522 2021-05-28T08:41:10Z 2018-01-01T00:00:00Z

Название: Теоретичні дослідження процесу зміни технічного стану вантажних вагонів під час експлуатації Авторы: Шапошник, Шапошник Краткий осмотр (реферат): UK: Мета. У науковій роботі необхідно дослідити технічний стан вантажних вагонів під час їх експлуатації. Зазначена мета передбачає розв’язання таких завдань: 1) описати технічний стан вантажного вагона в період технічного обслуговування й ремонту; 2) з’ясувати залежності ймовірності перебування вантажного вагона в робочому стані протягом циклу існування; 3) уточнити вираз для коефіцієнта технічної готовності вагонного парку. Методика. Для досягнення поставленої мети автором були розглянуті методологічні підходи до визначення різних стадій життєвого циклу вантажного вагона. Система зміни й переходу технічного стану вантажного вагона описана за допомогою диференціальних рівнянь. Результати. У випадку неусталеного процесу зміни технічного стану вантажного вагона ймовірнісна характеристика відповідної стадії життєвого циклу залежить від величини часу. Інтенсивність вхідного й вихідного потоків корелюються між собою з урахуванням імовірності перебування вантажного вагона на відповідній стадії його життєвого циклу. Наукова новизна. Переходи з одного життєвого циклу вагона в інший відбуваються стрибкоподібно, тобто таким переходам властивий випадковий процес. Імовірність перебування вантажного вагона у відповідному життєвому циклі визначається його попереднім технічним станом. Загальна величина сукупності всіх можливих станів складається з ланцюга Маркова для випадкових процесів із випадковими станами й безперервним потоком часу. У результаті дослідження вперше отримана залежність імовірності перебування вантажного вагона в робочому стані протягом циклу існування. Практична значимість. На основі отриманого визначення для ймовірності перебування вантажного вагона в робочому стані було уточнено вираз для коефіцієнта технічної готовності вагонного парку.; EN: Purpose. The scientific work is intended to investigate the technical condition of freight cars during their operation. The said purpose involves solving the following tasks: 1) to describe the technical condition of a freight car during the maintenance and repair period; 2) to determine the dependences of the probability of a freight car being in working condition during the life cycle; 3) to specify the expression for the technical availability ratio of the car fleet. Methodology. To achieve the purpose, the author examined the methodological approaches to the definition of various stages of the freight car life cycle. The system of change and transition of the technical condition of the freight car is described using differential equations. Findings. In the case of an unstable process of changing the technical condition of a freight car, the probabilistic characteristic of the appropriate life cycle stage depends on the amount of time. The intensity of the input and output flows are correlated with each other, taking into account the probability of a freight car being at the appropriate stage of its life cycle. Originality. Transitions from one car life cycle to another occur in discrete steps, that is, such transitions are characterized by a random process. The probability of a freight car being at the appropriate life cycle is determined by its prior technical condition. The total value of the set of all possible conditions consists of the Markov chain for random processes with random states and a continuous flow of time. The study resulted in obtaining, for the first time, of the dependence of the probability of a freight car being in working condition during the life cycle. Practical value. On the basis of the obtained definition for the probability of the freight car being in working condition the expression for the technical availability ratio of the car fleet was clarified.; RU: Цель. В научной работе необходимо исследовать техническое состояние грузовых вагонов при их эксплуатации. Указанная цель предполагает решение следующих задач: 1) описать техническое состояние грузового вагона в период технического обслуживания и ремонта; 2) выяснить зависимости вероятности нахождения грузового вагона в рабочем состоянии в течение цикла существования; 3) уточнить выражение для коэффициента технической готовности вагонного парка. Методика. Для достижения поставленной цели автором были рассмотрены методологические подходы к определению различных стадий жизненного цикла грузового вагона. Система изменения и перехода технического состояния грузового вагона описана с помощью дифференциальных уравнений. Результаты. В случае неустановившегося процесса изменения технического состояния грузового вагона вероятностная характеристика соответствующей стадии жизненного цикла зависит от величины времени. Интенсивность входного и выходного потоков коррелируются между собой с учетом вероятности пребывания грузового вагона на соответствующей стадии его жизненного цикла. Научная новизна. Переходы с одного жизненного цикла вагона в другой происходят скачкообразно, то есть таким переходам присущий случайный процесс. Вероятность нахождения грузового вагона в соответствующем жизненном цикле определяется его предыдущим техническим состоянием. Общая величина совокупности всех возможных состояний состоит из цепи Маркова для случайных процессов со случайными состояниями и непрерывным потоком времени. В результате исследования впервые получена зависимость вероятности пребывания грузового вагона в рабочем состоянии в течение цикла существования. Практическая значимость. На основе полученного определения вероятности нахождения грузового вагона в рабочем состоянии было уточнено выражение для коэффициента технической готовности вагонного парка. Описание: В. Шапошник: ORCID 0000-0003-4701-6491

2018-01-01T00:00:00Z Рейдемейстер, Алексей Геннадьевич Шикунов, Александр Анатольевич http://eadnurt.diit.edu.ua/jspui/handle/123456789/13521 2021-05-28T08:42:01Z 2018-01-01T00:00:00Z

Название: Чувствительность напряжений к силам, действующим на литые детали тележек грузовых вагонов Авторы: Рейдемейстер, Алексей Геннадьевич; Шикунов, Александр Анатольевич Краткий осмотр (реферат): RU: Цель. Определить влияние компонентов сил, действующих в буксовом узле и центральной рессорной ступени подвешивания, на напряжения, возникающие в боковой раме трёхэлементной тележки грузового вагона, – основная цель научной работы. Методика. Для оценки влияния сил на возникновение напряжения в боковой раме была разработана ее конечно-элементная модель. После этого проведена оценка напряженно-деформированного состояния боковой рамы при вариантах нагружения, соответствующих І и ІІІ расчетным режимам. По полученным результатам определены точки концентрации напряжений в конструкции, которые выбраны в качестве контрольных для дальнейших исследований. Также в качестве контрольных приняты точки, соответствующие местам установки датчиков при оценке напряжений в боковой раме во время испытаний. На следующем этапе последовательно прикладывались единичные нагрузки в местах взаимодействия боковой рамы с буксами и центральным рессорным комплектом. Для получения более точного результата единичные силы были уравновешены соответствующими силами и моментами инерции. При каждом варианте нагружения в контрольных точках были получены тензоры напряжений, возникающие от действия единичных нагрузок. На основе полученных тензоров напряжений определялись соответствующие эквивалентные напряжения – коэффициенты чувствительности. Результаты. В работе определены коэффициенты чувствительности напряжений к внешним нагрузкам в боковой раме трехэлементной тележки. Внешние нагрузки действуют на раму со стороны буксы и центрального рессорного комплекта. По результатам оценки полученных коэффициентов определены силы, оказывающие наибольшее влияние на отдельные участки боковой рамы. Научная новизна. Впервые проведена оценка влияния отдельных компонентов сил, действующих на боковую раму, на напряжения в ней. Дана оценка возможности применения полученных результатов при оптимизации параметров рессорного подвешивания тележки для увеличения прочности и долговечности боковой рамы. Практическая значимость. Полученный результат может быть использован при проектировании и оптимизации трехэлементных тележек, для повышения долговечности боковых рам. Полученные тензоры напряжений могут быть использованы для оценки влияния сложного нагружения на прочность и долговечность боковой рамы.; EN: Purpose. To determine the effect of the force components acting in the axle box and the central spring suspension on the stresses occurring in the side frame of the three-piece bogie. Methodology. To assess the effect of the forces acting on the side frame on the stresses in it, we developed a finite element model of the side frame. After that, we carried out an assessment of its stress-strain state under loading conditions corresponding to the І and ІІІ design modes. According to the results obtained, we determined the stress concentration points in the construction, which are selected as check ones for further studies. Also, as checkpoints we took the points corresponding to the sensor locations when estimating the stresses in the side frame during the tests. At the next stage, we applied unit loads in sequence at the interaction points of the side frame with the boxes and the central spring group. To obtain a more accurate result, the unit forces were balanced by the corresponding forces and moments of inertia. With each loading variant, tensors of stresses arising from the action of unit loads were obtained at checkpoints. On the basis of the stress tensors obtained, we determined the corresponding equivalent stresses – the sensitivity coefficients. Findings. The paper determines the stress sensitivity coefficients in the three-piece bogie side frame to external loads acting on the side frame from the side of axle box and central spring group. Based on the results of the assessment of the coefficients obtained, we determined the forces having the greatest influence on individual sections of the side frame. We estimated the possibility of using the obtained results in optimizing the parameters of the bogie spring suspension to increase the strength and durability of the side frame. Originality. For the first time, the effect of individual components of the forces acting on the side frame on the stresses in it has been estimated. Practical value. The obtained result can be used in the design and optimization of three-piece bogies, to improve the side frame durability. The stress tensors obtained can be used to estimate the effect of complex loading on the side frame strength and durability.; UK: Мета. Визначити вплив компонентів сил, які діють у буксовому вузлі та центральному ресорному ступені підвішування, на напруження, що виникають у бічній рамі трьохелементного візка, – основна мета наукової роботи. Методика. Для оцінки впливу сил на виникнення напруги в бічній рамі була розроблена її кінцево-елементна модель. Після цього проведена оцінка напружено-деформованого стану бічної рами при варіантах навантаження, відповідних І і ІІІ розрахунковим режимам. За отриманими результатами визначені точки концентрації напружень у конструкціях, які обрані в якості контрольних для подальших досліджень. Також в якості контрольних прийняті точки, що відповідають місцям встановлення датчиків при оцінці напружень у бічній рамі під час випробувань. На наступному етапі послідовно прикладалися одиночні навантаження в місцях взаємодії бічної рами з буксами і центральним ресорним комплектом. Для отримання більш точного результату одиничні сили були врівноважені відповідними силами та моментами інерції. При кожному варіанті навантаження в контрольних точках були отримані тензори напружень, що виникають під дією одиничних навантажень. На основі отриманих тензорів напружень визначалися відповідні еквівалентні напруження – коефіцієнти чутливості. Результати. У роботі визначені коефіцієнти чутливості напруг до зовнішніх навантажень у бічній рамі трьохелементного візка. Зовнішні навантаження діють на раму з боку букси і центрального ресорного комплекту. За результатами оцінки отриманих коефіцієнтів визначені сили, що чинять найбільший вплив на окремі ділянки бічної рами. Наукова новизна. Вперше наведена оцінка впливу окремих компонентів сил, що діють на бічну раму, на напруги в ній. Подана оцінка можливості застосування отриманих результатів під час оптимізації параметрів ресорного підвішування візка для збільшення міцності й довговічності бічної рами. Практична значимість. Отриманий результат може бути використаний під час проектування й оптимізації трьохелементного візка, для підвищення довговічності бічних рам. Отримані тензори напружень можуть бути використані для оцінки впливу складного навантаження на міцність і довговічність бічної рами. Описание: А. Рейдемейстер: ORCID 0000-0001-7490-7180, А. Шикунов: ORCID 0000-0002-8256-2634

2018-01-01T00:00:00Z Капіца, Михайло Іванович Гненний, Олег Миколайович Бобир, Дмитро Валерійович http://eadnurt.diit.edu.ua/jspui/handle/123456789/13520 2021-07-12T12:51:29Z 2018-01-01T00:00:00Z

Название: Ефективність модернізації колісно-моторних блоків тепловоза з використанням моторно-осьових підшипників кочення Авторы: Капіца, Михайло Іванович; Гненний, Олег Миколайович; Бобир, Дмитро Валерійович Краткий осмотр (реферат): UK: Мета. Використання моторно-осьових підшипників (МОП) кочення замість моторно-осьових підшипників ковзання є пріоритетним напрямком розвитку локомотивобудування й експлуатації наявних локомотивів. Вирішення завдань щодо впровадження на локомотивах колісно-моторних блоків (КМБ) із підшипниками кочення потребує пошуку альтернативних варіантів і нових технічних рішень. Метою статті є визначення доцільності переобладнання колісно-моторного блока тепловоза на підшипники кочення шляхом розрахунку життєвого циклу (LCC). Методика. Порядок і критерії оцінки економічної ефективності проектних (інвестиційних) пропозицій та інвестиційних проектів, затверджені постановою Кабінету Міністрів України, передбачають, що оцінку економічної ефективності інвестиційного проекту здійснюють за такими критеріями: чиста приведена вартість, внутрішня норма дохідності, дисконтований період окупності й індекс прибутковості. Використання зазначених критеріїв економічної ефективності повністю відповідає сучасним принципам, теоретико-методичним підходам і світовій практиці оцінки ефективності інвестицій. У роботі оцінка техніко-економічної ефективності модернізації колісно-моторного блока тепловоза проведена на основі розрахунку й порівняння наступних критеріїв – чистої приведеної вартості (NPV) модернізації, внутрішньої норми доходу (IRR), індексу дохідності (PI) й дисконтного терміну окупності. Результати. Виконані розрахунки значень основних критеріїв свідчать, що інноваційній проект із модернізації тепловоза забезпечує високий рівень економічної ефективності. При цьому величина дисконтованого терміну окупності інвестицій у модернізацію передбачає, що її проведення є доцільним, якщо залишковий ресурс строку корисного використання модернізованого тепловоза серії М62 не менший за 15 місяців. Наукова новизна. З урахуванням особливостей виду роботи тепловоза під час руху в складі вантажного поїзда розроблена методика з визначення окремих складових середньорічного економічного ефекту від модернізації колісно-моторного блока тепловоза. До них належать економія витрат на мастило, на ремонт й обслуговування колісно-моторного блока тепловоза, у тому числі заміну вкладишів МОП, та економія витрат на пальне для тяги поїздів. Практична значимість. Результати роботи дозволяють визначити доцільність модернізації тепловозів з урахуванням особливостей та умов їх роботи, а також специфіки модернізації.; EN: Purpose. The use of anti-friction traction motor support bearings (TMSB) instead of plain friction traction motor support bearings is a priority direction of locomotive development both for newly constructed locomotives and for those in operation. The solution of the set tasks for introduction of wheel-motor blocks (WMB) with anti-friction bearings demanded the search for alternative variants and new technical solutions. The purpose of the article is to determine the feasibility of re-equipping the diesel locomotive wheel-motor blocks with anti-friction bearings through the life cycle calculation (LCC). Methodology. The procedure and criteria for assessing the economic efficiency of project (investment) proposals and investment projects approved by the Cabinet of Ministers of Ukraine envisage that the cost-effectiveness analysis of an investment project is carried out according to the following criteria: net present value, internal rate of return, discounted payback period and profitability index. The use of these criteria of economic efficiency fully corresponds to modern principles, theoretical-methodical approaches and world practice in evaluating the efficiency of investments. The evaluation of the technical and economic efficiency of the modernization of the diesel locomotive wheel-motor block is made on the basis of calculation and comparison of the following criteria: the net present value (NPV) of modernization, the internal rate of return (IRR), the profitability index (PI) and the discount payback period. Findings. The results of the calculations of the values of the main criteria show that the innovative project for the modernization of the locomotive provides a high level of economic efficiency. At the same time, the value of the discounted payback period of investments in modernization indicates that it is expedient to carry out this operation if the residual life of the upgraded locomotive of the M62 series is at least 15 months. Originality. Taking into account the specifics of the type of locomotive work in freight traffic, we developed a method to determine the individual components of the average annual economic effect of modernization of the diesel locomotive wheel-motor block, which includes saving of oil costs, repairing and servicing the diesel locomotive wheel-motor unit, as well as change of TMSB brass and saving fuel costs for traction. Practical value. The results of the work make it possible to determine the expediency of modernization of diesel locomotives taking into account the features and conditions of their operation and the specifics of modernization.; RU: Цель. Использование моторно-осевых подшипников (МОП) качения вместо моторно-осевых подшипников скольжения является приоритетным направлением развития локомотивостроения и эксплуатации имеющихся локомотивов. Решение задач по внедрению на локомотивах колесно-моторных блоков (КМБ) с подшипниками качения требует поиска альтернативных вариантов и новых технических решений. Целью статьи является определение целесообразности переоборудования колесно-моторного блока тепловоза на подшипники качения путем расчета жизненного цикла (LCC). Методика. Порядок и критерии оценки экономической эффективности проектных (инвестиционных) предложений и инвестиционных проектов, утвержденные постановлением Кабинета Министров Украины, предполагают, что оценка экономической эффективности инвестиционного проекта осуществляется по следующим критериям: чистая приведенная стоимость, внутренняя норма доходности, дисконтированный период окупаемости и индекс доходности. Использование указанных критериев экономической эффективности полностью соответствует современным принципам, теоретико-методическим подходам и мировой практике оценки эффективности инвестиций. В работе оценка технико-экономической эффективности модернизации колесно-моторного блока тепловоза проведена на основе расчета и сравнения следующих критериев – чистой приведенной стоимости (NPV) модернизации, внутренней нормы дохода (IRR), индекса доходности (PI) и дисконтного срока окупаемости. Результаты. Выполненные расчеты значений основных критериев свидетельствуют, что инновационной проект по модернизации тепловоза обеспечивает высокий уровень экономической эффективности. При этом величина дисконтированного срока окупаемости инвестиций в модернизацию предусматривает, что ее проведение целесообразно, если остаточный ресурс срока полезного использования модернизированного тепловоза серии М62 не менее 15 месяцев. Научная новизна. С учетом особенностей вида работы тепловоза во время движения в составе грузового поезда разработана методика по определению отдельных составляющих среднегодового экономического эффекта от модернизации колесно-моторного блока тепловоза. К ним относятся экономия расходов на смазку, на ремонт и обслуживание колесно-моторного блока тепловоза, в том числе замену вкладышей МОТ, и экономия затрат на топливо для тяги поездов. Практическая значимость. Результаты работы позволяют определить целесообразность модернизации тепловозов с учетом особенностей и условий их работы, а также специфики модернизации. Описание: М. Капіца: ORCID 0000-0002-3800-2920, О. Гненний: ORCID 0000-0002-2944-5105, Д. Бобир: ORCID 0000-0003-1441-38614

2018-01-01T00:00:00Z