Дисертації (ПГМ)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Гідропневматична система об'єкту тепличного господарства середнього об'єму(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Синицина, Єлизавета Юріївна; Губарев, Олександр ПавловичСиницина Єлизавета. Гідропневматична система об'єкту тепличного господарства середнього об'єму. - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 131 Прикладна механіка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025. Наша країна вже досить довгий час славиться якісною сільськогосподарською продукцією по всьому світу. Причина такої слави є родючі ґрунти та працьовитий народ. Вирощена продукція покриває не тільки потреби країни, а й експортується за її межі. На жаль, сьогодні не кожна країна може похизуватися такими можливостями. Оскільки кліматичні умови різні і не вся продукція може там рости. У теплицях використовують механічне керування мікрокліматом, що займає досить багато часу на обслуговування та є економічно невигідно в оплаті обслуговуючого персоналу. Для великих площ застосовують автоматичні системи, які, у свою чергу, не завжди охоплюють увесь об’єм інформації (кліматичних умов). Такі системи, зазвичай, працюють не ефективно і не можуть прогнозувати роботу системи при зміні різних зовнішніх та внутрішніх параметрів. Різкі зміни температури та вологості повітря негативно впливають на вирощування сільськогосподарських культур. Сучасні методи регулювання мікроклімату тепличних об’єктів зводяться до найпростішого – регулювання швидкості потоку, вологості та температури повітряних мас. Тому виникає питання у створенні універсальної системи для вирощення сільськогосподарських продуктів, а саме ефективної автоматизації інженерних систем. У дисертації розроблено автоматизовану мехатронну систему мікроклімату теплиці. Дисертація складається з п'яти розділів, основний зміст та результати кожного з яких наведено нижче. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, визначено мету і задачі дослідження, наведено методи дослідження, сформульовано наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів, а також представлено дані про апробацію роботи. У першому розділі виконано огляд інженерних систем тепличного об’єкту та їх конструктивні особливості. Проведено порівняльний аналіз теплиць по їх габаритним розмірам, складності монтажу, наявності інженерних систем та систем управління. Визначено напрямок дослідження, основні функції та особливості систем управління мікрокліматом теплиці. З’ясовано їх переваги та недоліки; на основі вказаного аналізу було сформульовано мету та задачі дисертаційної роботи. У другому розділі сформовано підґрунтя для розроблення структури мехатронної системи тепличного об’єкта середнього об’єму. Розглянуто загальні функції системи мікроклімату та визначено вимоги до системи керування. Встановлено: температура повітря в середині теплиці має бути в діапазоні 20-30 °С, вологість повітря в межах 60-90%, СО2 слід утримувати щонайменше до зовнішнього рівня, від швидкості та напрямку вітру залежить яке вікно провітрювання і на скільки відкривати в теплиці. За рахунок перехідні процеси зміни швидкості, тиску, вологості та температури; змін та втрати теплової потужності теплиці; змін та втрати вологості повітря в теплиці було запропоновано структура мехатронної системи з моделлю теплиці. Запропоновано розділити структуру мехатронної системи на підсистеми. Розроблено принципову схему системи вентиляції та рециркуляції, також розроблено та розраховано систему повітропроводів довжиною 10 метрів та перерізом 360х360мм. Підібрано вентилятор з максимальною продуктивністю 1400 м3/год. Розраховано крутний момент та визначено зусилля, яке має забезпечити пневматичний привід 2360 Н при 0,6 МПа при закритті заслінки та 2770 при відкритті. Розраховано систему обігріву теплиці та підібрано нагрівач на 5,0 кВт. Розроблено загальну схему виконавчих пристроїв для системи вентиляції, зашторювання, опалення та вікон провітрювання. Розраховано систему поливу та зволоження теплиці, встановлено, що діаметр розпилення форсунки складає 2,5 метри, тому для підтримання сталого режиму в теплиці достатньо використовувати 3 форсунки під час рециркуляції повітря. Запропоновано загальну структуру та комп’ютерну модель тепличного об’єкта. У третьому розділі виконано дослідження фізики тепло-масообмінних процесів в середині теплиці, з метою визначення вимог до моделі об’єкту керування. Теоретично обґрунтовано тепло-масообміні процеси в теплиці, які базуються на балансі теплових потоків повітря. Теоретично обґрунтовано теплові втрати через огороджувальну конструкцію теплиці з полікарбонату з врахуванням її розмірів та визначено загальний коефіцієнт теплопередачі. Теоретично визначено рівняння теплового балансу та аеродинамічних процесів через рівняння Нав’є-Стокса. Для чисельного розрахунку руху повітря за рівнянням Нав’є-Стокса було додано рівняння нерозривності для стисливого середовища. Теоретично розглянуто узагальнений процес переносу водяної пари повітрям в середині теплиці. Визначено задачі для комп’ютерної моделі, а саме: тестування моделі і визначення змін параметрів мікроклімату; визначення полів розподілення тиску, швидкості, температури, вологості по об’єму теплиці; отриманні прогнозованих змін параметрів впродовж певного терміну. У четвертому розділі представлено етапи дослідження тепломасообмінних процесів в теплиці середнього об’єму. Створено комп’ютерну 3-D модель теплиці з габаритними розмірами 7000х4000х1600 мм, повітрообмін складає 1400 м3/год та для моделювання процесів встановлено змінні величини: тиск, температура, швидкість потоку повітря, параметри повітря та час. Модель описує тепличний об’єкт, як заданий об’єм повітря, обмежений стінами, дахом та підлогою. Біомаса тепличного об’єкта не враховується, вона є сталим значенням. Температурний режим в середині замкненого тепличного об’єму має бути рівномірним та сталим, незалежним від впливу зовнішніх факторів. Моделювання тепличного об’єкта проведено в пакеті Ansys та SOLIDWORKS. Для проведення досліджень було визначено зв’язок тепломасообінних процесів в теплиці з середовищем моделювання. Для цього було виявлено основні рівняння: аеродинамічних процесів, рівняння нерозривності стисливого середовища та рівняння переносу водяної пари. На першому етапі дослідження було проведено серію тестових експериментів: процес теплообміну в теплиці(розподіл температури), швидкість теплообміну та зміна тиску, а також час стабілізації температури, швидкості повітря. Другим етапом було дослідження теплообміну теплиці з навколишнім середовищем. Для цього по заданому прогнозу погоди було імітовано нагрів моделі теплиці до 20 ºС після чого нагрів було вимкнено. Під дією зовнішнього середовища теплиця охолоджується, з відповідним процесом теплообміну теплиці з навколишнім середовищем. Наступним етапом було проведено дослідження стабілізації температури в середині теплиці при заданому прогнозу погоди. Для цього було взято попереднє дослідження та визначено час стабілізації температури в конкретний момент, що дає розуміння про втрату теплової потужності через стінки теплиці. Наступним етапом було дослідження теплопередачі через огороджувальну конструкцію теплиці у навколишнє середовище. Для цього було імітовано нагрів моделі теплиці до 20 ºС після чого нагрів було вимкнено. Дослідження проводилося в діапазоні зовнішньої температури від «-15 ºС» до «+30 ºС». З досліджень встановлено, що усереднене значення густини теплового потоку при охолоджені теплиці складає 138 Вт/м2. П’ятим етапом дослідження було розподілення водяної пари в середині замкненого об’єму тепличного об’єкта. Для цього було задано температуру вхідного повітря та його вологість впродовж доби відповідно до прогнозу погоди. По результатам дослідження було зроблено висновок, що максимальна концентрація водяної пара досягається при температурі зовнішнього середовища 20,7 ºС. Для рівномірного зволоження наступним етапом дослідження було промодельована система розпилення через форсунка. У п'ятому розділі наведено загальний алгоритм програми керування нагрівачами, який передбачає вмикання системи, оновлення значень керуючих змінних, опитування датчиків та оновлення стану системи, корегування константта загальне керування роботою виконавчих пристроїв. Розроблено режим роботи та програму керування форсунками. Для визначення режимів вмикання/вимикання форсунок було виконано розрахунок доданої витрати вологості. За результатами розрахунку, для компенсації втрати вологи в тепличному об’ємі, запропоновано використати три форсунки продуктивністю 2 л/год. Визначений термін вмикання форсунок регламентується накопиченим дефіцитом водяної пари. Середнє значення витрати водяної пари для компенсації вологості повітря складає 2,62 л/год. В алгоритмі керування форсунками передбачено вмикання системи туманоутворення, оновлення поточних значень змінних, опитування датчиків та оновлення комплекту команд керування. Проведено порівняльний розрахунок ефективності мехатронної системи з упереджуючим керуванням. Обрано для порівняння базовий варіант з дискретним керуванням нагрівачами та системою з упереджуючим керуванням. Визначено, що добова сумарна витрата енергії за базовим варіантом складає 86,68 кВт, а добова сумарна витрата енергії за упередженим варіантом складає 71,3 кВт. Отже, для наведеного прикладу прогнозу добових змін температури оточуючого середовища економія споживання енергії системою обігріву складає 18%.Документ Відкритий доступ Електрогідравлічний позиційний привід дискретної дії з програмним керуванням(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Лі Цян; Узунов, Олександр ВасильовичЛі Цян. Електрогідравлічний позиційний привід дискретної дії з програмним керуванням. - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 131 Прикладна механіка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2024. Останніми роками електрогідравлічні позиційні приводи, які широко застосовуються в будівельних, дорожніх та сільськогосподарських машинах, привертають до себе пильну увагу дослідників. Основною функціональною властивістю таких приводів є забезпечення переміщення робочого органу в потрібну позицію відповідно до заданої програми. На даний час відомі і поширені технічні рішення електрогідравлічних позиційних приводів мають ряд недоліків. Електрогідравлічні приводи позиціонування зі слідкуючими або пропорційними розподільниками є дорогими і вимагають високої стабільності роботи та чистоти робочої рідини. Електрогідравлічні позиційні приводи з цифровими клапанами не мають високої робочої витрати через обмеження робочої частоти золотника, що обмежує швидкість робочих органів, і не забезпечує потрібної керованості швидкістю позиціонування. Існують також інші технічні рішення електрогідравлічних позиційних приводів, які мають обмежене використання, наприклад, позиційні приводи з багатопозиційними клапанами або циліндром, приводи з дозатором, або з кількома внутрішніми або зовнішніми камерами, тощо. Хоча вони мають певні кращі властивості, їм також притаманні гірші властивості, якими є низька точність позиціонування, низька швидкість позиціонування, груба дискретність, повільний процес позиціонування, обмежений діапазон позиціонування і т.д. Тому актуальною є розроблення програмно керованого електрогідравлічного позиційного приводу дискретної дії низької вартості, який спроможний позиціонувати значні маси з програмованою дискретністю і високими робочими швидкостями. У дисертації розроблено електрогідравлічний позиційний привід дискретної дії з заданим комплектом властивостей та поглиблено досліджено його робочі процеси. Дисертація складається з п'яти розділів, основний зміст та результати кожного з яких наведено нижче. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, визначено мету і задачі дослідження, наведено методи дослідження, сформульовано наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів, а також представлено дані про апробацію роботи. У першому розділі виконано аналіз технічних рішень електрогідравлічних позиційних приводів та актуальні проблеми, що потребують вирішення, зазначено області застосування електрогідравлічних позиційних приводів, їх загальну будову та особливості; на основі аналізу відомих електрогідравлічних позиційних приводів виявлено основні типи їх технічних рішень, проаналізовано ефективність їх застосування, а також з’ясовано їх переваги та недоліки; на цьому підґрунті сформульовано мету та задачі дисертаційної роботи. У другому розділі сформовано підґрунтя для розроблення позиційного приводу з заданими експлуатаційними властивостями, встановлено основні властивості позиційних приводів, виявлено чотири основні методи позиціонування та властивості приводів, які вони обумовлюють; визначено фактори, що впливають на властивості приводів та виконано кількісну оцінку їх впливу з врахуванням методу позиціонування (при максимальній загальній оцінці в 30 балів вищим балам відповідають приводи на основі методів позиціонування М1-аналогове управління подачею рідини для досягнення заданої позиції та М2-дискретне управління часом подачі рідини для досягнення заданої позиції, які склали 20 та 24 бали відповідно); виявлено взаємозв'язок між будовою електрогідравлічних приводів позиціонування та їх властивостями; на основі глибшого розуміння вказаного взаємозв’язку визначено напрямок розробки структурної схеми електрогідравлічного позиційного приводу з заданим комплектом властивостей; розроблено математичну модель електрогідравлічного позиційного приводу, особливостями якої є модульна організація, врахування асиметрії схеми гідравлічного циліндру та нелінійної сили тертя за рівняннями ЛуГре; коректність розробленої математичної моделі підтверджено шляхом порівняння результатів модельних та фізичних експериментів. Точність розробленої математичної моделі оцінювалася з використанням середньоквадратичної похибки (RMSE) та відносної середньоквадратичної похибки (RRMSE). (для переміщення робочого органу RMSE = 0.694 мм і RRMSE не перевищує 1%, що відповідає рівню точності моделі "відмінно", для швидкості робочого органу RMSE = 0.069 м/с, RRMSE менше 17.5%, що відповідає рівню точності моделі "добре"). У третьому розділі виконано дослідження потенційних можливостей приводу при дискретному способі керування, обґрунтовано важливість процесів гальмування для дискретних позиційних приводів та надано методику їх досліджень; виконано модельне дослідження, яке показало, що час гальмування і максимальний тиск в порожнинах гідроциліндру в значній мірі визначаються швидкістю робочого органу та інерційним навантаженням; при нульовому часу відгуку золотника, встановлено кількісні залежності часу гальмування та величини максимального тиску в порожнинах гідроциліндру від швидкості робочого органу, яка змінювалась в діапазоні від 0.311 до 1.228 м/с та від інерційного навантаження в діапазоні від 17 до 57 кг; визначено важливий вплив на процес гальмування приводу часу відгуку золотника; встановлено, що збільшення часу відгуку золотника суттєво зменшує час гальмування і величину максимального тиску в порожнинах гідроциліндра, а також ступінь його коливань, при цьому, значне збільшення часу відгуку золотника призводить до збільшення часу гальмування; дослідження процесу гальмування для різних параметрів та умов експлуатації приводу дозволило визначити характер залежностей та кількісні співвідношення часу гальмування та максимального тиску в порожнинах гідроциліндру для наступних діапазонів змін: - початкової швидкості гальмування 0.311…1.228 м/c; - величини інерційного навантаження 17…57 кг; - часу відгуку золотника 0…0.05 с, співвідношень параметрів площ поршня (s1/s2) приводу 0.4, 0.5, 1.64, 2.0, 2.5; - тисків живлення 2.5…12.5 мПа. У четвертому розділі представлено етапи розроблення електрогідравлічного позиційного приводу дискретної дії з програмним керуванням, запропоновано та обґрунтовано схему електрогідравлічного позиційного приводу дискретної дії та інноваційно запропоновано нову схему програмованого регульованого дроселя; розроблено двоетапний алгоритм позиціонування для приводу дискретної дії; визначено характеристики приводу, що відображають продуктивність процесу позиціонування, до яких відносяться точність позиціонування (похибка позиціонування), час процесу позиціонування і допустима максимальна швидкість позиціонування; за допомогою модельних експериментів у середовищі Simulink підтверджено ефективність розробленого технічного рішення та запропонованого двоетапного алгоритму позиціонування, при цьому, збільшено точність позиціонування більш ніж в 11 разів, та швидкість руху робочого органу більш ніж в 1.9 рази, і скорочено час процесу позиціонування більш ніж в 1.3 рази. У п'ятому розділі наведено методику проектування та рекомендації до керування приводом дискретної дії, наведено вихідні дані та очікувані характеристики приводу з заданим комплексом властивостей; методику розрахунку параметрів основних компонентів, включаючи несиметричну схему гідроциліндру подвійної дії, трипозиційні чотириходові електромагнітні розподільники та програмно регульований дросель; наведено блок-схему алгоритму позиціонування, яка дозволяє глибше зрозуміти логіку роботи алгоритму позиціонування; надано рекомендації щодо вибору компонентів приводу, адаптації алгоритму позиціонування та вимог до технічного обслуговування приводу, що дозволить забезпечити максимальну продуктивність приводу в конкретних умовах експлуатації.Документ Відкритий доступ Наукові основи вдосконалення технології і обладнання ультразвукової обробки дисперсних середовищ(2021) Берник, Ірина Миколаївна; Луговський, О. Ф.Документ Відкритий доступ Ультразвуковий кавітаційний фільтр з ефектом самоочищення для рідких середовищ(2021) Зілінський, Андрій Іванович; Луговський, Олександр ФедоровичДокумент Відкритий доступ Гідродинамічні особливості потока аномально-в'язких рідин у конічної поверхні ковзання(2019) Разаві, Сейед Фаршад; Яхно, Олег МихайловичДокумент Відкритий доступ Механотронна система керування виплавкою титану(2018) Цибрій, Юрій Олександрович; Грабовський, Георгій ГеннадійовичДокумент Відкритий доступ Підвищення ефективності роботи шестеренного насоса шляхом зниження інтенсивності кавітаційних явищ в його робочих порожнинах(2017) Костюк, Дмитро Вікторович; Яхно, Олег МихайловичДокумент Відкритий доступ Функціонально-оріентована елементна база проектування систем гідро- і пневмоприводів(2017) Струтинський, Сергій Васильович; Яхно, Олег Михайлович; Кафедра прикладної гідроаеромеханіки та механотроніки; Механiко-машинобудiвний iнститут; Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»Документ Відкритий доступ Теплогідравлічний слідкуючий привод позиціонування приймача геліостанції(2016) Бєліков, Костянтин Олександрович; Губарев, Олександр Павлович; Прикладної гідроаеромеханіки і механотроніки; Механiко-машинобудiвний iнститут; Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського»