Дисертації (НГІтаКГ)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Моделювання конструкційно-експлуатаційних геометричних параметрів і характеристик механічних дискових ґрунтообробних знарядь з перспективою роботизації(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Воробйов, Олексій Миколайович; Яблонський, Петро МиколайовичВоробйов О.М. Моделювання конструкційно-експлуатаційних геометричних параметрів і характеристик механічних дискових ґрунтообробних знарядь з перспективою роботизації. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 13 «Механічна інженерія» за спеціальністю 131 «Прикладна механіка» – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026. Актуальність теми виконаного дослідження обумовлена потребами теорії та практики в подальшому вдосконаленні конструкційно-експлуатаційних геометричних параметрів і характеристик різноманітних машин, зокрема дискових знарядь для механічного обробітку ґрунту. Зазначені питання також важливі на нинішньому етапі розвитку нашої держави, пов’язаному з воєнними діями на її території. У цей скрутний час сільське господарство, де дискові знаряддя для обробітку ґрунту найбільш розповсюджені, відіграє одну з провідних ролей в економіці України. Тому покращення його ефективності становить нагальну проблему для багатьох наукових розвідок. Відомо, що форма, розміри та положення складових технічних об’єктів суттєво впливають на їхнє проєктування, виготовлення, подальшу експлуатацію, якість промислової продукції. Не виключенням із наведеного правила є також дискові знаряддя для механічного обробітку ґрунту, яким присвячено дане дисертаційне дослідження. Окреслені параметри й характеристики формують базові показники багатьох відповідних аграрних процесів. Це стосується, наприклад, впливу на врожайність рослинних культур, енергетичних, матеріальних, фінансових та інших витрат, дотримання екологічних вимог і т. д. Методи, спрямовані на вивчення об’єктів шляхом використання замість оригіналів подібних до них моделей, становлять основу широкого кола наукових досліджень. Такий підхід дозволяє у прийнятні терміни пізнавати тривалі та швидкоплинні явища і процеси, економити при цьому різноманітні ресурсиВідомо, що моделі поділяються на матеріальні та інформаційні. Перші відображують досліджувані властивості опрацьовуваних об’єктів, явищ і процесів за допомогою певних предметів, речовин тощо, а другі – шляхом застосування необхідних описів. У залежності від характеру останніх виокремлюють лінгвістичні, математичні, комп’ютерні та інші моделі. Кожні з них за своїми ознаками поділяються на відповідні види. Зокрема, математичні бувають аналітичними, геометричними, детермінованими, стохастичними, дискретними, неперервними, статичними, динамічними, комбінованими (наприклад, графоаналітичними) тощо. Стрімкий розвиток автоматизованого проєктування продукції машинобудування багато в чому обумовлений досягненнями у сфері комп’ютерного геометричного моделювання на основі NURBS (Non-Uniform Rational BSplines), тобто неоднорідних раціональних базисних сплайнів. Наведені засоби дозволяють уніфіковано подавати всі криві та поверхні другого порядку, а також фігури вищих степенів. Це слугує підґрунтям для гнучкого відтворення віртуальних твердотільних об’єктів шляхом їхнього граничного представлення, іншими словами B-rep (Boundary representation) методами. У даному випадку тривимірне тіло подається обмежуючими границями у вигляді граней, ребер і вершин. Логічним продовженням окресленої технології постає параметричне конструювання в середовищі сучасних машинобудівних CAD/CAE/CAM (Computer-Aided Design / Computer-Aided Engineering / Computer-Aided Manufacturing) систем. Це дозволяє гнучко і продуктивно генерувати різноманітні проєктні варіанти опрацьовуваних виробів з метою їхньої комплексної оптимізації. Подальшим узагальненням такого підходу є запропонована науковою школою «Геометричного моделювання об’єктів, процесів та явищ» КПІ ім. Ігоря Сікорського методологія структурнопараметричного формоутворення, яка апробована у вітчизняній авіаційній галузі. Наявні способи, прийоми та алгоритми можуть бути не тільки успішно застосовані для проєктування іншої техніки, наприклад сільськогосподарської, а й належним чином удосконалені, що також становить завдання даного дослідження. Зокрема, це стосується інтеграції процесів проєктування та експлуатації дискових знарядь для механічного обробітку ґрунту, тобто відповідних етапів їхнього життєвого циклу. Зазначене дозволяє підвищувати якість сільськогосподарської техніки, знижувати витрати на неї. Основою для узгодження суперечливих вимог при багатокритеріальній оптимізації промислової продукції зазвичай постають геометричні моделі, які поєднують поміж собою інші моделі (конструкційні, міцності, технології виготовлення, експлуатаційні тощо). Отже, викладеними вище фактами показано актуальність обраної теми наукових розвідок. Дисертацію виконано на кафедрі нарисної геометрії, інженерної та комп’ютерної графіки Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» в рамках науковотехнічної роботи «Автоматизоване варіантне геометричне моделювання технічних об’єктів» із державним номером реєстрації 0114U002701. Об’єктом дослідження є проєктування та експлуатація механічних виробів. Предмет дослідження становлять інтегровані конструкційноексплуатаційні геометричні моделі дискових сошників і підгортачів. Даними науковими розвідками проведено аналіз нинішнього стану проєктування технічних об’єктів машинобудування на прикладі сільськогосподарських знарядь для механічного обробітку ґрунту, визначено деякі перспективні напрямки їхнього розвитку. Зокрема, це стосується дискових засобів, які, порівняно з іншими, характеризуються меншими енергетичними витратами при реалізації різноманітних аграрних технологій, кращим збереженням корисних властивостей ґрунту, більшою відповідністю наявним екологічним вимогам. Також було показано провідне місце в зазначених процесах автоматизованого проєктування комп’ютерних геометричних моделей, які для інших дисциплін відіграють об’єднувальну роль при узгодженні існуючих протиріч під час комплексної оптимізації. На підставі викладених вище фактів і міркувань визначено пріоритетні завдання даного дослідження. Головну мету при цьому становить напрацювання належного математичного апарату варіантного інтегрованого моделювання дискових знарядь для механічного обробітку ґрунту. Мається на увазі поєднання конструкційних та експлуатаційних геометричних параметрів і характеристик наведених виробів. Для розв’язування окреслених задач використовувалися методи автоматизованого проєктування технічних об’єктів, конструювання продукції машинобудування, ґрунтообробної механіки, аграрних технологій, математичного аналізу, обчислювальної геометрії, теорії множин і графів, оптимізації, програмування, комп’ютерної графіки. У дисертації представлено новий підхід до моделювання таких дискових знарядь для механічного обробітку ґрунту, як сошники й підгортачі. Подано запропонований математичний апарат, що спирається на структурнопараметричну методологію формоутворення. Розглянуто належні моделі, відповідну комп’ютерну реалізацію, проаналізовано застосовані та напрацьовані способи, прийоми й алгоритми, вказано напрямки їхнього подальшого вдосконалення. Здійснено впровадження результатів виконаного дослідження у практику сільськогосподарського виробництва та навчальний процес вищої школи. Окреслено перспективні напрямки моделювання дискових знарядь для механічного обробітку ґрунту. Наукова новизна результатів дисертації. Уперше: – обґрунтовано доцільність використання інтегрованого підходу до моделювання конструкційно-експлуатаційних геометричних параметрів та характеристик дискових знарядь для механічного обробітку ґрунту на засадах методології структурно-параметричного формоутворення; – розроблено математичний апарат інтегрованого моделювання конструкційно-експлуатаційних геометричних параметрів і характеристик дискових сошників та підгортачів; – розроблено спосіб керування отримуваним профілем борозни за допомогою кутів позиціонування дисків на основі встановлених відповідних аналітичних залежностей; – напрацьовано концептуальну конструкцію універсальних дводискових сошників, пристосованих для здійснення як звичайної, так і вузькорядної сівби; – розроблено конструкцію дводискового сошника з гнучкою багатоланковою стовбою у вигляді роботизованої системи з дистанційнокерованими елементами; – розроблено метод граничних оцінок впливу профілю борозни на експлуатаційні енергетичні характеристики ґрунтообробних знарядь, який проілюстровано на прикладі дводискових сошників. Удосконалено теорію автоматизованого варіантного проєктування виробів машинобудування запропонованими інтегрованими конструкційноексплуатаційними геометричними моделями дискових знарядь для механічного обробітку ґрунту. Отримала подальший розвиток методологія структурно-параметричного формоутворення технічних об’єктів машинобудування шляхом розширення застосування принципу інтеграції на визначення конструкційно-експлуатаційних геометричних параметрів і характеристик дискових сошників та підгортачів. Таким чином, значення виконаних досліджень для науки полягає у здійсненні певного вкладу в розвиток автоматизованого варіантного проєктування технічних об’єктів машинобудування на основі запропонованого математичного апарату інтегрованого опрацювання конструкційно-експлуатаційних геометричних параметрів і характеристик дискових знарядь для механічного обробітку ґрунту, а для практики – у побудові належних моделей цієї продукції. Наведені досягнення покращують якість сільськогосподарської техніки, сприяють зменшенню різноманітних витрат при її проєктуванні, виготовленні та експлуатації, а також можуть бути використані під час створення інших схожих виробів, наприклад, для демаркації територій, прокладання автомобільних і залізничних шляхів, певних мереж, мінування та розмінування тощо. Отримані в дисертаційному дослідженні наукові результати впроваджено: – у фермерському господарстві «Росток» Кіровоградської області Уляновського району Кам’янобрідської сільської ради при проведеннілабораторно-польових експериментальних досліджень. Було вдосконалено конструкцію стовби сошника сівалки, яке полягає в можливості гнучкого налаштування потрібної глибини та ширини посівної борозни, кута нахилу її бокових стінок відповідно до розмірів насіння. Це дозволило здійснювати якісний висів різного за розмірами насіння ячменю й кукурудзи без додаткових, передбачених заводськими інструкціями налаштувань. Регулювання кутів кришення і зсуву поверхневого шару ґрунту дисками сошника розробленої конструкції при сівбі кукурудзи забезпечує розрахункову економію пального до 0,15 л/га залежно від ґрунтово-кліматичних умов та глибини внесення насіння. Покращення загортання насіння та ущільнення дна посівної борозни (насіннєвого ложа) запропонованим пристроєм обумовлює підтік вологи й поживних речовин до насіння знизу, що підвищує польову схожість ячменю на 2,5 %, кукурудзи на 3% в порівнянні з серійною сівалкою СЗ-3,6А; – у навчальний процес Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» у вигляді методик автоматизованого варіантного моделювання технічних об’єктів машинобудування під час викладання дисципліни «Інженерна та комп’ютерна графіка». За темою дисертаційного дослідження опубліковано 24 роботи. З них: у періодичних наукових виданнях за спеціальністю «131 Прикладна механіка», що індексуються базою даних Scopus, – 1; у фахових наукових виданнях України за спеціальністю «131 Прикладна механіка» – 8, за спеціальністю «133 Галузеве машинобудування» – 1, за спеціальністю «113 Прикладна математика» – 2; 10 праць у матеріалах науково-практичних конференцій; 1 патент на винахід, 1 патент на корисну модель.