tech-2023_01(106)

№ 1 (106) январь, 2023 г. не приведут к потере кучности. Точные посадочные но выдерживая все их в жестких допусках, мы также матрицы, например, Wilson, позволяют выдерживать сможем обеспечить удержание значения настроенной глубину посадки пули с очень высокой точностью, кучности. намного выше требуемой, и вопрос сводится к удержа- нию нужной точности навески и других параметров Исходя из этих соображений, для размеров при- патрона. веденной выше кучной полки отклонения по навеске и глубине посадки пули приблизительно не должны Это приводит нас к очень важному выводу о том, превышать, соответственно, +/-0,1 грана и +/-0,003 что есть такое соотношение размеров кучной полки дюймов при соблюдении допусков на другие пара- и качества патронов, а точнее, допусков на отклоне- метры патрона. Наши исследования большого коли- ние от номинальных значений параметров патронов, чества практических данных, в основном влияющих на кучность, в пределах которых най- зарубежных, привели к выводу, что, например, денная при настройке кучность винтовки не будет гильза Lapua, пуля Berger, капсюль Federal, порох заметно изменяться при использовании обычных VihtaVuori и полный цикл релоадинга обеспечат та- партий патронов. кое качество патрона, которое во многих случаях не ухудшит экстремальную кучность и лишь незначи- Полка экстремальной кучности, в которой про- тельно уменьшит размеры кучной полки. Для дости- является низкая чувствительность кучности к изме- жения еще большего качества патрона требуются нению навески и глубины посадки пули, по- уже специальные работы по точному взвешиванию видимому, одновременно является и полкой повы- навески, отбору партий, сортировке и соответствую- шенной стабильности для других факторов кучно- щей подготовке пуль и гильз, а также по сборке сти, таких как температура пороха, давление и патронов. другие, в том числе и разброс характеристик па- трона. Изменяя характеристики выстрела в пределах Сравнивая в точке экстремальной кучности вин- этой полки, мы окажем минимальное влияние на об- товки разные партии патронов с одинаковыми по но- щую кучность. Это еще один смысл поиска и ис- миналу навесками и глубиной посадки пули, но пользования кучной полки. На кучной полке мы имеющими разный разброс по навеске и глубине по- имеем минимально возможное влияние разбросов садки относительно номинала, а также разное каче- параметров патрона на общую кучность комплекса ство гильз и пуль, разную подготовку гильз и сборку «винтовка + патрон». патрона, мы получим представление о том, при ка- ком качестве партии патронов найденная экстре- Как те же самые допуска на характеристики па- мальная кучность сохраняется, а при каком она трона влияют на кучность винтовки в других диапа- начинает разваливаться. Скорее всего, с партией па- зонах навески и глубины посадки пули, нас должно тронов, которая будет давать немного больший раз- волновать в меньшей степени, если мы обеспечили брос в сравнении с эталонной партией патронов, что настройку винтовки на экстремальную кучность и была использована при настройке винтовки, куч- вошли в зону устойчивости. Разброс одной и той же ность не изменится до тех пор, пока разброс не вый- партии патронов может привести к намного боль- дет за границы кучной полки, или пока номинал не шему влиянию на кучность при других сочетаниях подвинется из-за изменения температуры, давления навески и глубины посадки пули, но для нас важно или других факторов влияния на выстрел. то, какое влияние на кучность винтовки мы наблю- даем на кучной полке. С учетом сказанного выше, будем понимать под экстремальной кучностью винтовки кучность ком- Для разработки оптимальных шагов по настройке плекса «винтовка + патрон», настроенного на задан- и применению настроенной винтовки в зависимости ные значения навески и глубины посадки пули от соотношения факторов кучности нужно ответить партией патронов эталонного качества. При этом на вопрос, какое же качество патронов необходимо, стрелок, собирая патроны из таких же качественных чтобы в пределах допусков патрона удержать найден- компонентов и по полному циклу релоадинга, даже ную при настройке кучность винтовки на кучной с большим разбросом характеристик, чем у эталонных полке? Мы полагаем, что при качественных компо- патронов, будет знать, что они не повлияют на нентах и правильном релоадинге можно удержать настроенную экстремальную кучность винтовки, экстремальную кучность винтовки, если разброс если их разброс не выйдет за пределы кучной полки. навески и глубины посадки пули будет примерно в два-три раза меньше размеров кучной полки, чтобы Таким образом, мы приходим не только к обосно- остался запас еще на разброс других параметров ванию необходимости качественного релоадинга, но патрона. и к введению понятия эталонной партии патронов, использованной при настройке винтовки, по которой Мы знаем, что в состоянии обеспечить при снаря- можно сравнивать качество других партий патронов. жении партии патронов из качественных компонен- Споры о том, что качественный релоадинг не нужен тов точность навески, допустим, на весах RCBS там, где не требуется высокая кучность, может раз- ChargeMaster не менее 0,1–0,2 грана и точность решиться при взгляде с другой стороны, со стороны глубины посадки пули посадочной матрицей Wilson возможностей настройки винтовки, удержания менее 0,001 дюйма, то есть, разброс таких патронов настройки и управления кучностью стрельбы. По- относительно номинала по навеске и посадке пули этому, если уж вы решили заняться релоадингом, (42; 1,819) не приведет к выходу за кучную полку почему бы вам не научиться делать патроны высо- и снижению найденной экстремальной кучности. кого качества? Конечно, на разброс патрона, кроме указанных па- раметров настройки, влияет еще множество других, 50

№ 1 (106) январь, 2023 г. В силу очень большого количества источников собранных партиях патронов у нас есть два неиз- разброса патрона можно с большой достоверностью вестных – настраиваемая (переменная) кучность принять для него нормальный закон распределения винтовки и постоянная (в процессе настройки вин- разброса точек попадания на мишени, за некоторым товки) кучность стрелка – и одно связывающее их исключением [4]. уравнение с известной общей кучностью стрельбы по результатам теста. На этом закончим обсуждение важного вопроса о природе кучности комплекса «винтовка + патрон» Чтобы разделить эти факторы, зная общую куч- и перейдем к обсуждению природы кучности ность по результатам на мишени, нам нужно опре- стрелка. Кучность или меткость стрелка может из- делить либо кучность стрелка, либо кучность меняться в очень широком диапазоне – возможно, винтовки, либо независимо то и другое. Самый от 0,01 МОА у выдающихся стрелков до 2 МОА и надежный тест, который позволит определить и куч- хуже у менее опытных. Мы не будем рассматривать ность винтовки, и кучность стрелка, это когда его ситуации с кучностью стрелка хуже, чем 2 МОА, собственную винтовку настроит более опытный поскольку речь все-таки идет о спортивной стрельбе, стрелок и можно будет сравнить цифру кучности, и группы более 60–90 мм на дистанции 100 метров полученную опытным настройщиком на кучной не соответствуют представлению о высоком уровне полке и при его собственной стрельбе. Например, подготовки стрелка для спортивных соревнований. винтовка опытным стрелком настроена на экстре- Это ограничение, конечно, не относится к условиям мальную кучность 0,25 МОА, а стрелок при этих же охоты, когда охотник стреляет «с руки». Там кучность навеске и глубине посадки пули и с теми же патро- 3 МОА и хуже будет обычной и будет определять нами делает группы 0,5 МОА. Тогда расчет по фор- общую кучность. муле (1) показывает кучность стрелка 0,43 МОА, если партии патронов, использованные при Как мы уже говорили, все наблюдаемые при настройке и стрелком, ничем не отличаются. То настройке группы на мишени – это кучность ком- есть, размер групп 0,5 МОА получился в результате плекса «винтовка + патрон» с наложением на нее смешения разброса винтовки 0,25 МОА и разброса кучности стрелка. Для описания разброса попаданий, стрелка 0,43 МОА. зависящего от стрелка, принять какой-то определен- ный закон распределения непросто. Мы не нашли ни Свою кучность, но менее точно, стрелок может одного представительного исследования, в котором также определить, если попросит предоставить ему был бы приведен закон распределения ошибок возможность провести тест на такой же как у него, стрелка хотя бы в каких-то ограничениях. Кроме того, но уже настроенной на экстремальную кучность у неопытных стрелков часто присутствуют система- винтовке. Тогда разница в размерах групп опытного тические ошибки от дергания спуска, неправильной стрелка – владельца винтовки и стрелка, проводящего посадки, неправильно прижатой щеки, неправильного тест, приблизительно будет его собственной кучно- дыхания, отсутствия навыка сопровождения выстрела стью на его винтовке. Самая неточная, но возможная и других неправильных действий, приводящие к информация – из интернет-сайтов, из социальных отрывам точек попадания, которые сложно описать групп. Для определения кучности своей винтовки какой-либо статистикой. Но поскольку мы рассмат- можно использовать информацию о кучности анало- риваем действия спортсмена, имеющего хотя бы гичной винтовки и потом по своему тесту рассчи- начальную подготовку по технике стрельбы, примем тать свою кучность, вычтя из общей кучности нормальный закон распределения ошибок стрелка. стрельбы кучность винтовки и патрона. То есть, зная общую кучность и кучность винтовки, стрелок может Интуитивно оценивая вклад кучности стрелка и определить свою кучность. Вообще схема разделения винтовки в общую кучность или процент попадания влияния на кучность факторов винтовки и стрелка по цели, можно понять, что должны быть как их со- итерационная. Неважно, с какого фактора начинать. отношения, когда кучность винтовки практически Можно последовательно уточнять и улучшать каж- не влияет на общую кучность, поскольку домини- дый из них, все больше приближаясь к их истинным руют ошибки стрелка, так и соотношения, где куч- значениям с разных сторон. Главное, в итоге узнать ность винтовки почти полностью ограничивает значение каждого из них. общую кучность. Часто увлеченный стрелковым спортом стрелок, Выше мы анализировали варианты, имея перед возможно, хотел бы сам сделать настройки своей глазами таблицу 1 известных нам кучностей. Теперь винтовки. Но тут уж придется выбирать или идти по давайте представим практическую ситуацию, когда шагам. В конце концов, обращаются же за сторон- стрелок, реализовав тест по настройке винтовки, как ними услугами по производству наиболее сложных на рис. 1б, получает общие цифры кучности, но не или трудоемких операций релоадинга, требующих знает вклада составляющих кучности комплекса высокой квалификации – например, по проточке «винтовка + патрон» и кучности стрелка в общую дульца гильзы или отжигу гильзы. По аналогии кучность. У него есть несколько решений. Можно можно передать настройку своего оружия опытным пробовать повторить тест, изменить или расширить стрелкам. диапазон по посадке, но где гарантии успеха, при том, что надо израсходовать еще 30–40 патронов? Разделение факторов кучности и выявление сла- бого звена поможет правильно выбрать направление Здесь для принятия правильного решения уже совершенствования спортивных результатов. не обойтись без разделения факторов кучности винтовки и стрелка. При качественно и одинаково 51

№ 1 (106) январь, 2023 г. Рассмотрев взаимодействие факторов кучности На рис. 4 приведены графики зависимости общей винтовки и стрелка, приступим теперь к анализу си- кучности от навески пороха при различной кучности туаций, которые могут возникнуть при настройке стрелка при настройке винтовки в широком диапа- винтовки. Табл. 1 демонстрирует разные комбинации зоне навески 4 грана. фиксированных значений факторов кучности, но она не позволяет принимать конкретные решения. Предполагается, что мы проходим широкий диа- Поэтому мы рассчитали графики, используя кото- пазон навески от 40 до 44 гранов, при этом кучность рые, можно провести анализ практической ситуации винтовки повышается в 5 раз (с 1 до 0,2) от кучности для принятия решений (рис. 4, 5, 7). Понимая, где вы совсем не настроенной винтовки в точках 40 и находитесь по отношению к вашим значениям 44 грана к настройке на экстремальную кучность кучности, можно оценить изменения кучности в точке 42 грана. На графиках видно, что если куч- винтовки на фоне общей кучности двух факторов ность стрелка предельная, 0 МОА, то изменение об- (винтовки и стрелка) и принять решение по дальней- щей кучности при настройке винтовки в выбранном шим действиям, возможно, сэкономив много патро- диапазоне навески будет максимальным. Например, нов и времени. Поскольку кучность стрелка на данный у ненастроенной винтовки кучность 1 МОА (рис. 4, момент развития его навыков мы приняли постоян- точки навески по границе диапазона 40 и 44 гран), ной величиной, и она не зависит от навески и глу- а в зоне кучной полки с учетом кучности комплекса бины посадки пули, то, чем лучше кучность стрелка «винтовка + патрон» она становится 0,2 МОА (рис. 4, по отношению к кучности винтовки, тем легче за- нижний график, навеска 42 грана). Это будет хорошо метить разницу в размерах групп при различных заметно на фоне статистического разброса пробоин значениях навески и глубины посадки пули. на мишени (рис. 1а) и настроить винтовку такому опытному стрелку будет легко. Рисунок 4. Графики изменения общей кучности при кучности ненастроенной винтовки 1 МОА, экстремальной кучности винтовки 0.2 МОА и различной кучности стрелка. Синей полосой выделен диапазон тонкой настройки 1 гран, с 41,5 до 42,5 гранов Однако по верхнему графику на рис. 4 в под- диапазоне 4 грана, и тем более он не сможет выделить тверждении табл. 1 видно, что ситуация радикально кучность винтовки из общей кучности в диапазоне меняется, если кучность стрелка 1 МОА и отноше- тонкой настройки в 1 гран. Он также может подумать, ние кучности стрелка и винтовки в зоне ее экстре- что винтовка уже настроена и стабильно кучная во мальной кучности равно 5. Несмотря на то, что всем исследованном диапазоне. кучность винтовки при прохождении всего широ- кого диапазона навески изменится также в 5 раз, Хотим обратить внимание, что графики построе- как и в первом случае, это изменение на фоне не- ны по среднестатистическим значениям кучности большого изменения общей кучности «винтовка + без учета разброса размеров групп. Наложение этого стрелок» будет статистически незначимым, а прак- разброса на графики дополнительно вызовет боль- тически будет незаметным на глаз (пример - рис. 1б). шую неопределенность в области низких значений кучности стрелка. Учитывая, что при нормальном Учитывая статистический разброс групп и законе распределения в 10–15 группах максималь- отрывы, изменение общей кучности не позволит ный размер группы больше минимального примерно неопытному стрелку отдать предпочтение какому- в 4 раза при одной навеске и одной глубине посадки либо значению навески во всем исследованном пули [1, 6], выявить при таком статистическом 52

№ 1 (106) январь, 2023 г. разбросе кучности закономерные различия групп этот предел для расчетного случая примерно соот- очень сложно. ветствует отношению кучности стрелка и настроенной винтовки равному 3 (рис. 4, жирная красная линия), Теперь представим, что мы ведем тонкую на- хотя он зависит также от абсолютных значений куч- стройку винтовки не в широком диапазоне 4 грана, ности винтовки. а в диапазоне 41,5–42,5 гран, это уже 1 гран (рис. 4, синяя полоса), и изменение кучности в нем могут быть То есть, если кучность стрелка более чем в три не очень значительные даже для очень опытного раза хуже кучности винтовки, он, скорее всего, ее не стрелка, и совсем незаметные для менее опытного настроит. Для группы из 5 выстрелов этот предел не- стрелка (рис. 4). Конечно, зависимость кучности от сколько ниже, что говорит еще об одном ограниче- навески, приведенная на рис. 4, может иметь более нии: если опытному стрелку достаточно трех сложный вид, с несколькими локальными экстре- выстрелов в группе, то менее опытному стрелку мумами и кучными полками, но логика по наблюдае- группы из 3 выстрелов недостаточно, чтобы увидеть мой кучности от этого не поменяется. отличия между группами, к тому же часть выстрелов из этой группы с большой вероятностью будут Этим и объясняется большинство отрицательных иметь отрывы, и их нужно будет исключить. тестов с попытками неопытного стрелка настроить на экстремальную кучность высокоточную винтовку. Для того, чтобы помочь стрелкам сориентиро- Таким образом, можно установить предел отноше- ваться, какое соотношение факторов кучности соот- ния кучности стрелка и винтовки, при котором ветствует их случаю и как поступать при настройке, настройка винтовки на экстремальную кучность для на рис. 5 показано влияние кучности винтовки (а) и него теряет смысл, поскольку разница в размерах стрелка (б) на изменение общей кучности при групп будет значимой на фоне изменения общей настройке винтовки на экстремальную кучность. кучности. Исследования проведены на основе работ [1, 9, 10, 12]. На рис. 5а приведены графики, показывающие, как Отчасти этим можно объяснить, почему так при- общая кучность при настройке винтовки зависит от жилась в настройке «лестница» по навеске. В широком экстремальной кучности винтовки при различной диапазоне навески 4 грана даже среднему стрелку кучности стрелка. хорошо видны изменения кучности, а вот вести тон- кую настройку в узких диапазонах навески 1 гран Пользоваться графиками нужно таким образом. с шагом 0,3 и глубины посадки пули в диапазоне Вы выбираете по горизонтальной шкале рис. 5а пред- 0,02 дюйма с шагом 0,003 удается далеко не каждому. полагаемую кучность винтовки и поднимаетесь до графика, который соответствует вашей кучности Предел отношения кучности стрелка и винтовки, стрельбы. Например, предполагаемая кучность вашей при котором винтовку невозможно настроить на ее винтовки 0,5 МОА, предполагаемая ваша кучность экстремальную кучность, мы установили с использо- 0,3 МОА, поднимаясь от кучности винтовки 0,5 до гра- ванием критериев дисперсионного анализа [13, 15], фика кучности стрелка 0,3 МОА и далее уходя влево когда группы становятся статистически неразли- на шкалу кучности, вы видите цифру примерно 0,23. чимыми во всем диапазоне изменения навески и глубины посадки пули. Для группы из 3 выстрелов 53

№ 1 (106) январь, 2023 г. Рисунок 5. Влияние кучности винтовки (а) и стрелка (б) на изменение общей кучности при настройке винтовки на экстремальную кучность Она ниже красной черты, соответствующей критического значения 0,6. Понимаете, что вы такую цифре 0,6 на вертикальной шкале (красная линия), винтовку настроить можете. Но если бы у вас была то есть, вы уверенно настроите такую винтовку на кучность 0,5 МОА, а винтовка с кучностью 0,1 МОА, экстремальную кучность. Эта цифра 0,6 является вы бы ее уже не смогли настроить. Чтобы убедиться границей, выше которой изменение размеров групп в этом, поднимаетесь с вашей кучностью 0,5 МОА становится статистически неразличимым, то есть, до графика кучности винтовки 0,1 МОА, далее ухо- проведя тест, вы не сможете понять, чем одна группа дите влево на вертикальную шкалу и видите, что отличается от другой и выбрать кучную полку. уровень статистической неразличимости групп 0,7, это выше критического значения 0,6, и вы уже за красной Для очень меткого стрелка настройка даже вы- чертой различимости групп. сокоточной винтовки не представляет никаких сложностей (рис. 5а, нижний график). Он легко вы- На графиках отлично видно, что уверенная делит точку экстремальной кучности и определит настройка высокоточной винтовки с кучностью значение кучности винтовки. 0,1 МОА посильна стрелку (рис. 5б, верхний график) с кучностью лучше 0,2 МОА. Уже с кучности Однако если ваша кучность стрельбы 1,5 МОА, 0,25 МОА стрелок начинает испытывать сложности вы винтовку с кучностью 0,5 МОА уже настроить не настройки такой винтовки, а при кучности стрелка сможете (рис. 5а, верхний график). К тому же надо 0,5 МОА настройка им винтовки с кучностью учитывать, что у неопытного стрелка вдобавок 0,1 МОА становится просто непосильной задачей. к статистическому разбросу будет много отрывов (флаеров), что внесет еще больше неопределенно- На рис. 5 также видно, что с ухудшением кучности сти в результаты настроечного теста. винтовки ее настройка становится доступной стрелкам со все меньшей кучностью. Это не может не радо- Для удобства анализа мы построили и обратные вать охотников, имеющих винтовки с кучностью графики. Рис. 5б демонстрирует возможности стрелка 0,5–1 МОА и хуже. настроить винтовку с различной кучностью. Напри- мер, вы предполагаете, что стреляете с кучностью На рис. 5 вы видите только сглаженные линии 0,25 МОА, а кучность вашей винтовки предполо- СТП, а самого разброса групп не видите. Для того, жительно будет 0,3 МОА (вы узнали это от своих чтобы понять разницу в том, какую картину при товарищей или от тренера, или из интернета, или настройке получит опытный и неопытный стрелок, в результате теста эксперта). Находите график с куч- обратимся еще раз к рис. 1. Такая же неопределен- ностью 0,3 МОА, смотрите на левую шкалу и видите ность с выбором кучной полки среди похожих по значение примерно 0,27, что тоже значительно ниже размерам групп, которая видна на мишени рис. 1б 54

№ 1 (106) январь, 2023 г. у неопытного стрелка, и такая же очевидность выбора охотничью винтовку, он вряд ли начнет с ее тонкой кучной полки у опытного стрелка (рис. 1а) повторя- настройки, пока не приобретет соответствующие ется при анализе полученных результатов расчетов, знания и навыки. представленных на рис 4 и 5. Рассмотрим теперь, чем же чревато применение Нужно также учесть, что ошибка определения ненастроенной на экстремальную кучность винтовки точки экстремальной кучности внутри выбранных при практической стрельбе? На рис. 6 приведены диапазонов по навеске и глубине посадки пули рас- две мишени с соревнований. И не важно, бенчрест тет с ухудшением кучности стрелка, поскольку зави- это или ф-класс, или снайпинг, везде картина будет симость кучности от навески и глубины посадки одинаковой. На мишени рис. 6а приведена группа из пули становится все более пологой. То есть, в диапа- 5 выстрелов, которые легли в центр мишени с высокой зоне настройки винтовки по навеске и глубине посадки кучностью. На рис. 6б те же 5 выстрелов и вопрос, пули вероятность ошибки в идентификации точки в чем именно причина низкой кучности группы? максимальной кучности растет пропорционально Стрелок? Или винтовка? Или патроны? А может, ве- уменьшению кучности стрелка. тер? Если вы сможете разделить факторы кучности, то вы ответите на поставленные вопросы и сделаете Остроту описанной ситуации, конечно, сглажи- правильные выводы, что позволит со временем благо- вает практичность и здравый смысл стрелков, позво- даря направленным тренировкам достичь таких же ляющие держать показатели кучности винтовки, результатов, как представленные на мишени 6а. патрона и стрелка в балансе. Если спортсмен приоб- В противном случае у вас возникает неопределен- ретает высокоточное оружие, он, как правило, уже ность в анализе причин низкой кучности и дальней- подготовлен к его настройке и использованию. ших действиях по улучшению своих результатов. И наоборот, если начинающий охотник приобретает Рисунок 6. Вид мишеней при настроенной винтовке (а) и при неопределенном значении факторов кучности (б) Если вы разделили факторы кучности, это поз- диаграммы, приведенные на рис. 7, связывающие воляет не только оценить ваши возможности в общую кучность, наблюдаемую на мишени, с кучно- настройке винтовки, но и создать алгоритм дальней- стью винтовки и стрелка. ших действий по результатам тренировок и соревно- ваний, чтобы понять, как от результата на мишени Этими диаграммами нужно пользоваться сле- рис. 6б приблизиться к результату на мишени рис. дующим образом. Например, если ваша кучность 6а. Итак, предполагаем, что вы знаете (хотя бы при- 1 МОА, а кучность вашей винтовки 0,7 МОА, мерно) соотношение кучности винтовки и кучности то поднимаясь вертикально по линии 1 МОА до стрелка. Отстреляв свою программу, вы получаете синей линии 0,7 МОА, на левой шкале вы увидите на мишенях результаты по общей кучности цифру 1,25, это значит, что вы можете рассчитывать стрельбы. на общую кучность 1,25 МОА (рис. 7б). Если вас эта кучность не устраивает, вы разрабатываете план Далее для выработки оптимального решения ее повышения. по дальнейшим действиям вы можете применить 55

№ 1 (106) январь, 2023 г. Допустим, вы хотите улучшить общую кучность ставленной цели 0,75 МОА только за счет повыше- примерно до 0,75 МОА. Вы это можете сделать за ния кучности стрелка, вы должны увеличить свою счет повышения кучности стрелка, за счет повыше- кучность в 4 раза – с 1 до 0,25 МОА. Понятно, что ния кучности винтовки или за счет того и другого сразу сделать это не очень реально. С другой сто- одновременно. Диаграммы на рис. 7б позволяют со- роны, получив в руки предельно кучную винтовку здать оптимальный маршрут по достижению постав- без улучшения вашей кучности, вы сможете достичь ленной цели. кучности не лучше 1 МОА. Это видно, если вы при своем значении кучности 1 МОА опуститесь верти- Опускаетесь вдоль синей линии одинаковой кально вниз до самого нижнего графика. кучности винтовки до желаемого значения 0,75 МОА на левой шкале, далее опускаетесь вертикально вниз Потенциал высокоточной винтовки в ваших ру- на горизонтальную ось и видите, чтобы достичь по- ках практически не будет использован, при этом цели в 0,75 МОА вы тоже этим не добьетесь. Рисунок 7. Влияние кучности стрелка (а) и винтовки (б) на изменение общей кучности при стрельбе на кучность 56

№ 1 (106) январь, 2023 г. Дальнейшее улучшение кучности выше 1 МОА опытный стрелок сделает больше ошибок в опреде- будет возможно только за счет улучшения кучности лении действия ветра и дистанции, и наоборот, более стрелка. Конечно, в идеале у вас с самого начала опытный стрелок сделает меньше ошибок. увлечения стрельбой должна быть самая кучная вин- товка, чтобы оставить только один фактор управления Для учета действия ветра и ошибок в определении кучностью стрельбы – кучность стрелка. К сожале- дистанции нужен соответствующий баллистический нию, в жизни так бывает не всегда. калькулятор, а еще лучше, программный комплекс, моделирующий полет вращающейся пули в условиях Поэтому более рационально заняться настройкой действия переменного по траектории ветра, и имею- и улучшением кучности винтовки и кучности щий встроенный генератор моделирования статистики стрелка, последовательно ставя перед собой задачи многих выстрелов, поэтому анализ управления и достигая их. Поставленной задачи обеспечения факторами кучности с учетом ветра при стрельбе на общей кучности в 0,75 МОА вы, например, достиг- большие дистанции мы проведем в нашей следую- нете, если примете более взвешенное решение - щей работе. В этой статье дадим постановку задачи улучшите кучность винтовки до 0,5 МОА, настроив исследований. ее, и повысите свою кучность стрельбы также до 0,5 МОА. Этот путь можно проследить на графике. Обычно вклад ошибок стрелка возрастает при Таким же образом для планирования оптимальных стрельбе на дальние дистанции. Брайан Литц писал решений можно пользоваться и обратными графи- о том, что при рассмотрении небольших целей на ками на рис. 7а. относительно небольшой дальности можно добиться значительного улучшения процента попадания, Предлагаемый подход и диаграммы на рис. 4, 5 повысив кучность винтовки. На больших дистанциях и 7 позволяют осознанно строить планы по настройке для больших целей процент попадания все еще винтовки и улучшению спортивных результатов. улучшается за счет улучшения кучности, однако это Кучность легко пересчитывается в вероятность улучшение меньше по сравнению с более короткими попадания по мишени определенного размера, дистанциями и более мелкими целями [16]. и вы с помощью диаграмм рис. 7 можете осознанно улучшать вероятность попадания, например, в гонг. Соглашаясь с его общей логикой, мы бы риск- нули дополнить один момент. Из теории принятия Но у вас есть еще один фактор кучности, точнее, решений [8, 14] следует, что, если цена действия целая группа внешних условий – ветер, температура, невысока, а результат от этого действия непропор- давление, влажность, мираж и т. п.., приводящих к ционально высок, это действие просто нужно совер- ошибкам попадания в цель. Эти факторы в большей шить для улучшения результата. В первую очередь степени проявляются при стрельбе на большие ди- это относится к тем действиям по улучшению куч- станции. Известно, что с увеличением дистанции ности винтовки и патрона, которые требуют лишь факторы ошибок в учете действия ветра и определении навыков, дисциплины и соблюдения определенной дальности проявляются все больше. Это происходит технологии без особых денежных и трудовых затрат. по причине того, что скорость пули замедляется Спортсмен, который вышел на рубеж для дальней и на единицу дистанции боковое отклонение под дей- стрельбы и борется с ветром, на наш взгляд, просто ствием ветра становится все больше, а траектория обязан до этого освоить качественный релоадинг полета пули под действием сил тяжести отклоняется и настроить винтовку на экстремальную кучность, вниз все больше. В данной ситуации от стрелка уже а также научиться кучно стрелять. Тогда число неиз- зависит не только общая кучность стрельбы без учета вестных станет меньше. ветра, но и кучность, обусловленная умением оцени- вать дистанцию и учитывать ветер. Вопрос кучности стрельбы с ветром встает особенно остро, когда спортсмен начинает стрелять Вопросу чтения ветра при стрельбе на дальние по малоразмерным мишеням с дистанции более дистанции посвящено много работ. Самые известные 500 метров. В охотничьей среде и даже у части спорт- из них – это работы Брайана Литца [16]. К сожалению, сменов бытует мнение, что для дальней стрельбы у него затронут, но недостаточно детально разобран достаточно комплекса, который выдает кучность вопрос о вкладе кучности самого стрелка в общую 1.0 МОА, потому что все равно основную ошибку кучность. Возможно потому, что его труды обра- будут вносить ветер и дальность до цели. Мы вообще щены прежде всего к опытным стрелкам, для кото- не согласны с такой постановкой вопроса. Из любого рых этот вопрос не стоит так остро. Он выделил оружия нужно выжимать максимум и всегда настра- две ошибки– ошибку учета действия ветра на пулю ивать на экстремальную кучность, если это не связано и ошибку в определении дальности до цели, а все с очень высокими затратами, но окупится более вы- остальное отнес на кучность винтовки. сокими результатами. Только такой подход дает шанс сделать меткий дальний выстрел по малораз- Нам же интересно разделить факторы кучности мерной мишени. Чем дальше цель, чем сложнее по-другому – с одной стороны кучность комплекса погодные условия, чем меньше зона поражения, «винтовка + патрон» и с другой стороны факторы, тем кучнее должен быть комплекс. полностью зависящие от стрелка – это кучность стрелка, а также его ошибки в определении действия Логика простая, если зона поражения 1.0 МОА ветра и дистанции до цели. Для упрощения расчетов и техническая кучность винтовки тоже 1.0 МОА, можно принять, что это связанные между собой фак- то в итоге шансов на ошибку стрелка просто нет. торы. Это будет близко к истине, потому что менее А дальше начинаем добавлять возможные проблемы, 57

№ 1 (106) январь, 2023 г. которые помешают сделать выстрел. Это умение ветер отклоняет вращающуюся вправо пулю не гори- работать с ветром, технические ошибки при произ- зонтально, как изображено на всех схемах у Брайана водстве выстрела, психология. Список проблем можно Литца, а примерно по направлению с 10 до 16 часов еще расширить, но даже перечисленных уже доста- (рис. 8). Такой характер отклонения пули можно вы- точно, чтобы выйти за зону поражения. вести из закона Бернулли, в соответствии с которым сила давления на вращающуюся по часовой стрелке А это значит промах. Винтовка, настроенная на от стрелка пулю при боковом ветре справа будет дей- экстремальную кучность, в этом случае позволяет ствовать вверх, а при боковом ветре слева вниз. ошибаться. Из-за ошибок группа будет раздвигаться, но она ещё будет в зоне поражения. Во всяком случае, Это также подтверждается многими практиче- зная общую кучность стрельбы без учета ветра, вы скими результатами (рис. 9). Эта поправка может сможете точнее оценить вклад ветра в суммарную внести некоторые коррективы в расчет вертикаль- ошибку, чем это можно сделать с помощью балли- ного и горизонтального разброса попаданий, и, соот- стического калькулятора и метеостанции. ветственно, в расчет процента попадания по мишени в сравнении с программой Applied Ballistics WEZ и У Брайана Литца при использовании програм- оценке вклада кучности винтовки в процент попада- много комплекса Applied Ballistics WEZ, и в ряде ний. других работ [18] моделирование действия ветра, похоже, не учитывает эффекта вращения пули на В нашей модели ошибки в попадании по цели направление отклонения пули. Возможно, ему это при попытках учесть ветер складываются из ошибки было не нужно для его задач. в определении действия на пулю ветра, ошибки в определении дальности до цели, ошибок стрелка Из некоторых работ, а также из практики по точке прицеливания и из кучности комплекса стрельбы на дальние дистанции следует, что боковой «винтовка + патрон». Рисунок 8. (а) Известная схема отклонения пули под влиянием ветра. (б) Картина разброса моделирования точек попадания на мишени, обусловленная влиянием бокового ветра, в соответствии с представленной схемой 58

№ 1 (106) январь, 2023 г. Рисунок 9. Линия разброса точек попадания на мишенях при одной точке прицеливания, одном направлении, но разной силе ветра В следующей статье мы хотим оценить, при ка- скоростей пули на конкретных навесках пороха, ких соотношениях кучности комплекса «винтовка + уточнение и разбивание диапазонов по навеске, патрон», с одной стороны, и комплекса «кучность исходя из нужных скоростей пули. Выбор капсюлей стрелка + ошибки в учете действия ветра + ошибки и гильз под свои задачи. Описание этих действий в определении дальности» навыки стрелка или куч- приведено в работе [2]. ность стрелкового комплекса станут определяю- щими в проценте попадания по цели, и предложить 4. Планирование грубой настройки винтовки по решения. навеске в пределах 4 гран с сужением рабочего диа- пазона до 1 грана. Планирование тонкой настройки На основе наших расчетов и исследований влия- винтовки на экстремальную кучность: выбор «золо- ния факторов кучности винтовки, патрона и стрелка того грана» в широком диапазоне навесок 4 грана; на общую кучность мы бы предложили следующую выбор диапазона глубины посадки пули для поиска последовательность действий при настройке винтовки места в стволе для пули, в котором она показывает на экстремальную кучность и при оптимизации лучшую кучность. Должны быть созданы условия действий по управлению общей кучностью. для настройки, в числе которых закрытый тир с прочными столами и без миража, оптика с высокой 1. После приобретения новой винтовки мы бы кратностью и удобной сеткой и другие. Подробное рекомендовали следующий минимальный объем описание условий настройки приведено в работе [1]. подготовительных работ: чистка ствола от нагара, меди и возможно ржавчины, образовавшихся после 5. Настройка оборудования для релоадинга, контрольных отстрелов и длительного хранения, про- выбор и приобретение качественных компонентов верка бороскопом патронника и ствола, проверка (гильз, пуль, капсюлей и пороха), освоение техно- состояния дульного среза, оптимизация работы логий самостоятельного снаряжения патронов, про- спуска. Эти работы обеспечат контроль качества хождение курсов или самостоятельное проведение ствола и могут привести к увеличению кучности тренировок по релоадингу, или обращение за сто- самой винтовки. ронними услугами по наиболее сложным операциям релоадинга. Эти работы приведут к навыкам снаря- 2. Подбор оптимальной пули под свои задачи жения патронов высокого качества. с учетом калибра, твиста и длины ствола. Оценка желаемой скорости пули, при которой она проявляет 6. Сборка партии патронов для обкатки нового свои лучшие качества на выбранной дистанции (если ствола, закрепление практических навыков. Освоение их несколько, предпочтительнее высокая скорость). современных технологий чистки оружия, выбор схемы обкатки ствола. Проведение обкатки ствола жела- 3. Выбор марки пороха и общего диапазона по тельно совместить с обдувкой новых гильз. навеске, соответствующего нужным скоростям пули, применяемому калибру и длине ствола. Оценка 59

№ 1 (106) январь, 2023 г. 7. Изготовление партии патронов с высоким ка- стрельбы на основе расчетов вероятности попадания чеством для настройки винтовки на экстремальную в цель в зависимости от разных факторов кучности. кучность. При затруднениях в изготовлении такой Получение информации о технике учета влияния партии обращение за услугой к опытным релоадерам. ветра, дистанции, температуры и других внешних условий на общую кучность стрельбы, внесение по- 8. Предварительная оценка факторов кучности правок в настройки. Отработка навыков учета ветра (винтовка, патрон, стрелок) по разным источникам и и определения дистанции. Выявление факторов куч- на основе собственного опыта, и выбор оптимальной ности, в наибольшей степени препятствующих дости- для вашего случая схемы настройки винтовки в закры- жению высокой общей кучности стрельбы, уточнение том тире, оценка ожидаемых результатов. Рекомен- задач по достижению высоких результатов на основе дуемый метод настройки описан в работе [1]. управления факторами кучности стрельбы. 9. Реализация теста по настройке винтовки Выводы при соблюдении условий, описанных в работе [1]. При отсутствии навыков настройки или неуверенности в 1. Проведен анализ факторов, определяющих своей кучности обращение к опытному настройщику. кучность стрельбы из спортивной винтовки, и их Сверка картины полученных групп с ожидаемыми влияния на кучность стрельбы. результатами по кучности, анализ и выявление причин расхождения. Проверка и корректировка 2. Установлены соотношения факторов кучности полученных настроек на открытых стрельбищах (винтовки, патрона и стрелка) при которых возможна на дальних дистанциях. настройка винтовки на экстремальную кучность. 10. Разделение влияния факторов кучности по 3. На основе выполненных расчетов построены результатам настройки винтовки и на основе другой диаграммы, используя которые можно принимать информации. Этот этап вы должны закрыть доста- оптимальные решения по улучшению кучности вин- точно точным знанием вклада каждого фактора товки и стрелка в общую кучность стрельбы. Постановка задач по усилению самых слабых звеньев в общей кучности Список литературы: 1. Богословский В.Н., Кадомкин В.В., Жуков И.Г. Методы настройки спортивной винтовки на экстремальную кучность. Теория и практика. // Universum: технические науки. - 2022. 2. Богословский В.Н., Кадомкин В.В., Жуков И.Г. Метод определения рабочего диапазона навески // Universum: технические науки. – 2022. 3. Богословский В.Н., Кадомкин В.В., Жуков И.Г. Статистический анализ метода OCW Дэна Ньюберри. // Universum: технические науки. - 2022. 4. Богословский В.Н., Кадомкин В.В., Жуков И.Г. Статистический анализ лестничного теста Крейтона Одетта. // Universum: технические науки. - 2022. 5. Богословский В.Н., Кадомкин В.В. Метод оценки кучности нарезного гражданского оружия. // Universum: технические науки. - 2022.-№11(104_1). с.34-46. 6. Богословский В.Н., Кадомкин В.В., Жуков И.Г. Закономерность распределения пробоин на мишени при стрельбе из спортивной высокоточной винтовки // Universum: технические науки. - 2022.-№11(104). с. 24–31 7. Богословский В.Н., Кадомкин В.В., Жуков И.Г. Показатели кучности нарезного гражданского оружия // Universum: технические науки. - 2022.-№11(104). С. 4–14 8. Вентцель Е.С. Исследование операций: задачи, принципы, методология : учебное пособие / Е.С. Вентцель. — 6-е изд., стер. — Москва :Юстиция, 2018. – 192 с. 9. Дроздова И.И., Жилин В.В. Генераторы случайных и псевдослучайных чисел // Технические науки в России и за рубежом: материалы VII Междунар. науч. конф. (г. Москва, ноябрь 2017 г.). — Москва: Буки-Веди, 2017. — С. 13–16. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/286/13233 . (Дата обращения: 10.01.2023). 10. Кадомкин В.В. Применение численных методов в теории надежности систем защиты: Учебно-методическое пособие / Кадомкин В.В., Журавлев С.И., Трубиенко О.В. - М.: МИРЭА – Российский технологический университет, 2020 -144 с. 11. Кристофер Лонг (Christofer Long) В поисках экстремальной точности. Перевод Геннадия Колонко. Журнал Калашников Высокоточная стрельба 7/2005 (2) 12. Слеповичев И.И. Генераторы псевдослучайных чисел //Studylib. [Электронный ресурс] URL https://studylib.ru/doc/6222742/slepovichev-i.i.-generatory-psevdosluchaynyh-chisel-2017-1. (Дата обращения: 10.01.2023). 13. Статистические оценки параметров генеральной совокупности //Высшая математика для заочников и не только [Электронный ресурс] URL http://mathprofi.ru/matematicheskaya_statistika.html. (Дата обращения: 10.01.2023). 14. Теория прогнозирования и принятия решений. Под редакцией д.э.н. Саркисяна С.А. М.: Высшая школа, 1977 – 351 с. с ил. 60

№ 1 (106) январь, 2023 г. 15. Шеффе Г. Дисперсионный анализ. М.: Наука, 1980. -512 c.: ил. 16. Bryan Litz. Accuracy and Precision for Long Range Shooting: A Practical Guide for Riflemen. Applied Ballistics LLC, 2011.-578 p. 17. Harold Roy Vaughn «Rifle Accuracy Facts» 18. Cunnigame Kate «A book about the wind for rifle shooters». [Электронный ресурс] URL https://military.wikireading.ru /40757?ysclid=lct4xcy2l7978935124 (Дата обращения: 10.01.2023) Это говорит о том, что, если собирать патроны высокого качества, можно в большинстве практических задач вывести раз- бросы патрона из числа неизвестных факторов кучности, заменив два фактора одним – кучностью комплекса. 61

№ 1 (106) январь, 2023 г. УЛУЧШЕНИЕ СВОЙСТВ ИЗНОСОСТОЙКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЖИДКОГО СТЕКЛА Мамасалиева Мукаддас Ибадуллаевна ст. преподаватель, Ташкентский государственный технический университет им. Ислама Каримова, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected] APPLICATION OF LIQUID GLASS IN A NEW DIRECTION Mukaddas Mamasalieva Senior Lecturer, Islam Karimov Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent АННОТАЦИЯ В статье приводятся техническая характеристика жидкого стекла, основные показатели его получения и применения для продления срока службы стальных трубопроводов с помощью покрытия рабочих поверхностей. ABSTRACT The article presents the technical characteristics of liquid glass, the main indicators of its production and application for extending the service life of steel pipelines by coating working surfaces. Ключевые слова: жидкое стекло, трубопроводы, пленка, износостойкость, покрытие, гидроабразивный износ. Keywords: liquid glass, pipelines, film, wear resistance, coating, waterjet wear. ________________________________________________________________________________________________ Жидкое стекло представляет собой водный рас- климатических условиях. Помимо высокой стойкости твор силиката натрия или калия. Химическая фор- к воздействиям окружающей среды, жидкое натриевое мула – сумма двух оксидов: Na2O+SiO2 или стекло имеет хорошие грязеотталкивающие свойства. К2О+SiO2. Внешний вид представляет собой густую Это покрытие из жидкого стекла существенно замед- жидкость желтого или серого цвета без механических ляет коррозию [5]. примесей и включений, видимых невооруженным глазом. Жидкое стекло изготавливается на стекольных заводах из мелкоразмолотого кварцевого песка Жидкое натриевое стекло обладает высокой (двуокиси кремния) и соды путем обжига в печи. клейкостью, взаимодействует с минеральными Полученное стекло дробят и растворяют в воде. материалами с образованием очень прочной струк- В продажу поступает как готовое жидкое стекло, так туры, обеспечивает прекрасную адгезию к минераль- и сухое в виде порошка или глыбы. Жидкое стекло ным подложкам. Получаемое покрытие превосходно выпускается по стандарту ГОСТ 13078-81. Стекло сохраняет свои качества даже в экстремальных натриевое жидкое (табл. 1). Таблица 1. Показатели натриевого жидкого стекла (по ГОСТу 13078-81) Наименование показателя Низкомодульное Стандартное Высокомодульное Силикатный модуль 1,4–2,6 2,7–3,3 3,4–3,6 (молекулярное отношение SiO2 к Na2O) 1,36–1,50 1,36–1,52 1,30–1,45 Плотность при 20 °С, г/см3 1,8 1,8 1,0 Массовая доля нерастворимого в воде остатка, %, не более __________________________ Библиографическое описание: Мамасалиева М.И. УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ ИЗНОСОСТОЙКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЖИДКОГО СТЕКЛА // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 1(106). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14858

№ 1 (106) январь, 2023 г. Натриевые жидкие стекла обычно выпускают в и гидроабразивного изнашивания. А также выявлен- пределах значений силикатного модуля от 2,0 до 3,6 ный срок службы таких трубопроводов достигает при плотности растворов от 1,3 до 1,6 г/см3. Калиевые в среднем 12–15 лет. Замена таких трубопроводов жидкие стекла характеризуются значениями сили- требует больших трудовых и финансовых затрат. катного модуля 2,8–4,0 при плотности 1,25–1,40 г/см3. Поэтому увеличение срока службы отопительных, магистральных трубопроводов является очень значи- Областей применения жидкого стекла очень мой и актуальной задачей. много. Чаще всего его применяют для изготовления кислотоупорного и гидроупорного цемента и бетона, Для решения этого вопроса выдвигается ряд для пропитывания тканей, приготовления огнеупор- предложений. Одним из них считается покрытие ных красок и покрытий по дереву в качестве клея, внутренней поверхности труб дешевой, но прочной для склеивания целлюлозных материалов, в произ- пленкой, которая должна образовать защиту поверх- водстве электродов, при очистке растительного и ности. Предлагается специальный состав пленки на машинного масла и др. основе жидкого стекла. В сочетании со спиртом и самым мелким песком В растворах жидкого стекла имеются силикаты используют для создания «керамических» или обо- со спектром от мономерного ортосиликата до высоко- лочковых форм, в которые после прокаливания до мерных форм. Средний показатель полимеризации 1000 °C отливают металлические изделия. зависит от соотношения кремнекислоты и щелочи, а также от концентрации силикатного раствора. Жидкое стекло используется в буровых растворах, С повышением соотношения возрастает полиме- образуя нерастворимые соединения (так называемая ризация кремнекислотных анионов, и вискозность силикатизация поверхности). раствора, соответственно, повышается. Для повышения срока службы стальных трубопро- Хотя термины «нейтральный» и «щелочной» водов в последнее время выдвигается предложение широко употребительны в описании жидкого стекла, о покрытии рабочей поверхности труб износостой- однако все растворы жидкого стекла реагируют на кими пленками, в частности на основе раствора щелочь [1]. жидкого стекла. Изучение устойчивости и прочности покрытой поверхности требует оборудования, знаний При пропускании в раствор жидкого стекла газо- и навыков. Так, например, прочность толщины по- образных окислов – СO2, SO2 и т.д. – тотчас же проис- крова можно выявить микротвердомером, измеряя ходит выпадение коллоидных объемистых осадков размеры изделия до и после нанесения покрытия. вследствие разложения щелочных силикатов стекла Для получения точного результата замеры необхо- с выделением аморфного кремнезема. димо производить именно в тех местах, где были про- изведены замеры до нанесения покрытия. Малейшее Если примешать в растворимое жидкое стекло изменение места замера может приводить к большим СаСO3 и другие кислотные карбонаты, происходит погрешностям. Толщина получаемого покрытия за- затвердение, образуется пленка над поверхностью висит от концентрации раствора, способа нанесения или происходит следующая реакция. покрытия и подготовленности поверхности труб. Как известно, для закрепления раствора на поверхно- СaО + Н2O = Сa(ОН)2 сти трубы необходимо разместить в печи и выдержать ее в течение 4–6 часов при температуре 150 °С [3]. Сa(ОН)2 + Na2О пSiO2 = 2Naон + (п–1)SiO3 + СаSiO3. Вода, имеющаяся в составе жидкого стекла, под дей- ствием высокой температуры и времени испаряется. Наиболее клейким раствором жидкого стекла Образуется водостойкая и прочная пленка. является раствор с кремнеземистым модулем 3,0–3,3 и удельным весом 1,39–1,42 [5]. Стальные трубы, использующиеся в магистраль- ных отопительных трассах, являются на сегодняшний Плотность растворов жидкого стекла измеряется день незаменимым сырьем. Они должны отвечать обычно аэрометром, который имеет градированную ряду требований, в частности по механической и шкалу (кг/м³). При частом измерении плотности температурной прочности. Также предусмотрена имеет смысл использовать прибор измерения плот- стойкость против коррозии. Практикой эксплуата- ности по принципу колебаний. Требующееся коли- ционной службы установлено, что 78% случаев чество жидкого стекла (около 0,7 см³) и время выхода из строя отопительных магистральных труб достижения температурной константы у этих при- происходят из-за внутренних повреждений. Внут- боров крайне незначительны. реннее повреждение случается вследствие коррозии 63

№ 1 (106) январь, 2023 г. Рисунок 1. Зависимость плотности натриево-силикатных расплавов от состава при высоких температурах Плотность зависит от концентрации раствора, кремнекислоты и щелочи. Чем выше это соотношение, температуры и соотношения кремнекислоты тем быстрее происходит сушка и тем меньше остаток и щелочи. На практике измерение проводится при воды в просушенном жидком стекле [4]. температуре, отклоняющейся от 20 °С. В этих слу- чаях значение плотности корректируется следующим Натриевое жидкое стекло с соотношением 3,3 и образом. Если температура раствора выше 20 °С, содержанием твердого вещества 35%, напротив, то значение должно повышаться приблизительно мутнеет уже при –2 °C вследствие кристаллизации. на 0,28 кг/м³ на каждый градус температурной раз- Это приводит к тому, что на поверхность поднима- ницы. Если же температура ниже 20 °C, то значение ются кристаллы. соответствующим образом понижается [6]. В заключение можно сделать вывод: вышеуказан- Сушка растворов жидкого стекла происходит ные качества жидкого стекла дают предположение, как при обычных температурах, так и при повышен- что добавление в состав жидкого стекла порошка ных. Затем процесс высыхания все более и более металла создаст прочно клеящий раствор. Для закреп- замедляется и, в конце концов, протекает еле заметно, ления на поверхности металла применение такого хотя высушенная субстанция все еще содержит за- специального состава для покрытия внутренней метное количество воды. Последняя стадия осу- поверхности отопительных магистральных труб ществляется при температуре 350–400 °C. Скорость образует дополнительную тонкую и твердую пленку, сушки и остаток воды растворов жидкого стекла при вследствие чего продлится срок службы трубо- заданной температуре зависят от соотношения проводов в 1,5–2 раза. Список литературы: 1. Григорьев П.Н., Матвеев М.А. Растворимое стекло. – М. : Литература строительных материалов, 1956. – 434 с. 2. Корнеев В.И., Данилов В.В. Жидкое и растворимое стекло. – СПб. : Стройиздат, 1996. – 183 с. 3. Мамасалиева М.И. Расчет и выбор толщины износостойких покрытий стальных труб // Universum: Технические науки. – 2020. – № 3 (72). 4. Матвеев М.А. Растворимость стеклообразных силикатов натрия. – М. : Литература строительных материалов, 1957. – 96 с. 5. Махкамов К.Х., Алибоев Б.А. Ударно-гидроабразивное изнашивание : монография. – Ташкент : ТГТУ, 2012. – 96 с. 6. Эргашева З.К. Новое направление для применения жидкого стекла // Векторы развития современной науки. Материалы III Международной научно-практической конференции (г. Уфа, 29–30 января 2016 г.). 64

№ 1 (106) январь, 2023 г. НАПЛАВКА ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ (ИНДУКЦИОННАЯ) Махмудова Наргиза Абдунабиевна доц., Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected] Жураева Гулчехра Шодиевна доц., Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова, Республика Узбекистан, г. Ташкент SURFACING WITH HIGH FREQUENCY CURRENTS (INDUCTION) Nargiza Maxmudova Associate Professor Tashkent State Technical University after named Islam Karimov, Republic of Uzbekistan, Tashkent Gulchehra Juraeva Associate Professor Tashkent State Technical University after named Islam Karimov, Republic of Uzbekistan, Tashkent АННОТАЦИЯ В статье описаны технология индукционных поверхностей, технологические операции с индукционными поверхностями и сущность индукционных поверхностей. Говорят, что толщина металла связана с резким изменением продолжительности нанесения покрытия на поверхность и снижением эффективности нагрева из-за уменьшения объема металла, нагреваемого индуктором. Металлические, наружные или внутренние цилиндрические поверхности, собранные в детали с индукционной поверхностью на плоской поверхности, могут иметь небольшую кривизну из-за удержания на плоских поверхностях или сил поверхностного натяжения, и уже упоминалось, что для сохранения раствора плоским можно использовать технологические коллекторы или специальные формовочные охладители, и, во-первых, полка срок службы низкоуглеродистой стали, среднеуглеродистой стали, и указано, что температура основного металла должна быть ниже точки плавления, а степень подвода тепла к поверхности нагрева должна быть значительно выше скорости его выведения из нижней части изделия и нанесения ущерба окружающей среде. ABSTRACT The article describes the technology of induction surfaces, technological operations with induction surfaces and the essence of induction surfaces. It is said that the thickness of the metal is associated with a sharp change in the duration of coating on the surface and a decrease in heating efficiency due to a decrease in the volume of metal heated by the inductor. Metal, external or internal cylindrical surfaces assembled into parts with an induction surface on a flat surface may have a slight curvature due to retention on flat surfaces or surface tension forces, and it has already been mentioned that technological collectors or special molding coolers can be used to keep the solution flat, and, firstly, shelf life low carbon steel, medium carbon steel and it is indicated that the temperature of the base metal should be below the melting point, and the degree of heat supply to the heating surface should be significantly higher than the rate of its removal from the bottom of the product and damage to the environment. Ключевые слова: индукционная наплавка, технология, эффективность, транспортировка, элемент, износо- стойкость, биметалл, коэффициент, трение. Keywords: induction surfacing, technology, efficiency, transportation, element, wear resistance, bimetal, coefficient, friction. ________________________________________________________________________________________________ __________________________ Библиографическое описание: Махмудова Н.А., Жураева Г.Ш. НАПЛАВКА ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ (ИНДУКЦИОННАЯ) // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 1(106). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14876

№ 1 (106) январь, 2023 г. Сущность метода индукционной наплавки за- • строительной техники; ключается в нанесении на поверхность детали слоя специального материала с дальнейшим его рас- • дорожно-ремонтной техники; плавлением путем индукционного нагрева для вос- становления первоначальной формы детали или • автомобилей и тракторов; придания поверхности особых свойств (рис. 1). • сельскохозяйственной техники. К ним отно- Наплавленный слой отличается особой прочно- сятся такие изделия: долото лемеха, лапа культива- стью, что обеспечивает повышение износостойкости тора, хвостовик автосцепки, замок автосцепки, наплавляемых элементов, а следовательно, увеличи- центрирующая балка, хомут тяговый, плита опорная вает их долговечность. Полученные этим способом и т.д. биметаллические изделия позволяют экономить дорогостоящие материалы, управлять такими Технологический процесс индукционной наплав- свойствами, как коэффициент трения, существенно ки складывается из следующих операций: снижать себестоимость и повышать долговечность деталей и узлов. Наплавка может быть одновремен- 1) подготовка наплавляемой поверхности детали. ной или непрерывно-последовательной. Последняя Очистка от загрязнений и ржавчины; может выполняться на достаточно больших площадях поверхности при сравнительно небольшой мощности 2) нанесение шихты на упрочняемую поверхность в индукторе. для получения необходимой толщины износостой- кого сплава с учетом требований эксплуатации; Рисунок 1. Схема расположения наплавляемой детали в индукторе: 3) подача детали в индуктор и расплавление 1 – деталь; 2 – слой шихты; 3 – индуктор; шихты на всей наплавляемой поверхности; 4 – опорное приспособление 4) удаление детали из индуктора и передача на участок термической обработки. Индукционная наплавка может осуществляться на детали, имеющие плоскую поверхность, наружную При разработке оптимального процесса упрочне- или внутреннюю цилиндрические поверхности [1]. ния деталей машин необходимо учитывать влияние Наплавляемый металл может удерживаться на плос- технологических факторов на качество наплавленного ких поверхностях или имеющих малую кривизну за слоя. Основным условием получения качественного счет сил поверхностного натяжения, а при наплавке слоя наплавленного металла является одновремен- цилиндрических поверхностей с вращением деталей – ное расплавление шихты на всей упрочняемой по- за счет центробежных сил. Для удержания расплава верхности. С уменьшением толщины основного на плоских поверхностях могут использоваться техно- металла продолжительность наплавки резко увели- логические буртики или специальные формующие чивается. Это объясняется снижением коэффициента холодильники. Для повышения производительности полезного действия нагрева вследствие уменьшения процесса и уменьшения расхода электроэнергии ис- объема металла, разогреваемого индуктором. В усло- пользуются сплавы с более низкой температурой виях массового производства неизбежны колебания плавления, а также шихта с улучшенной тепло- толщины восстанавливаемых изделий вследствие проводностью, увеличенной объемной массой и разной величины их износа. Эта разница может до- уменьшенным количеством флюса. Детали, восста- стигать 25–40% номинальной толщины кромки. новленные и упрочненные методом индукционной Сужение этого допуска представляет значительные наплавки, служат в 3–10 раз дольше новых, неупроч- технические трудности и требует либо предвари- ненных деталей. Индукционная наплавка применяется тельной механической обработки наплавляемой по- для упрочнения и восстановления деталей: верхности, либо пластической деформации в горячем состоянии. Решающее влияние на стабиль- • железнодорожной техники; ность наплавленного слоя по толщине оказывает • горнодобывающего оборудования; равномерность слоя нанесенной шихты. При исполь- зовании ручных приспособлений для нанесения шихты на наплавляемую поверхность толщина слоя насыпки колеблется в пределах ±20% номинальной, что не гарантирует получения равномерной тол- щины наплавленного слоя. Установлено, что по мере увеличения толщины слоя шихты увеличивается продолжительность наплавки детали. В процессе индукционной наплавки рабочие органы подверга- ются местному нагреву до высоких температур, что вызывает термические деформации детали. Величина и характер деформации зависят от общей жесткости детали, формы поверхности, метода нагрева, глубины фрезерования в период подготовки поверхности. Наибольшей деформации во время наплавки подвергаются длинномерные детали, например режущие органы сельхозтехники: лемех рыхлителя, нож измельчающего аппарата силосо- уборочного комбайна и др. С целью получения детали, соответствующей чертежу, эти заготовки перед наплавкой выгибают в обратную сторону на величину, 66

№ 1 (106) январь, 2023 г. равную деформации детали от термического воз- Для удобства транспортировки деталей к наплавоч- действия, которую заранее рассчитывают или опре- ным установкам шихта предварительно спекается деляют эмпирическим путем. При разработке и в газовой печи при температуре около 600 °С. Источ- внедрении технологического процесса наплавки ником питания, как правило, служат высокочастотные необходимо обеспечить стабильные геометрические генераторы с частотой 70–150 кГц. При прохождении размеры поверхности, достигнуть точности дозиро- тока высокой частоты через контур индуктора в по- вания шихты по толщине не ниже ±5% номинальной верхностных слоях основного металла индуцируются толщины слоя шихты, обеспечить стабильную гори- токи, и наружный слой металла быстро разогревается. зонтальную установку упрочняемой плоскости в индукторе, стремиться к использованию сплавов, Слой шихты, расположенный между индуктором вязких в интервале наплавочных температур. Основ- и нагреваемой поверхностью, в связи с высоким ная задача термической обработки после индукци- сопротивлением металлического порошка слабо онной наплавки – устранение последствий перегрева реагирует на воздействие переменного электромаг- основного металла. С этой целью в технологическом нитного поля. Шихта нагревается главным образом процессе изготовления деталей после наплавки за счет теплопередачи от основного металла. В связи обычно предусматривается нормализация. Нормали- с этим температура плавления шихты должна быть зация не является совершенно необходимой операцией ниже температуры начала плавления основного после индукционной наплавки. Если в эксплуатации металла, а скорость подвода тепла к нагреваемой деталь не испытывает динамических нагрузок и поверхности должна быть значительно больше можно не опасаться хрупкого разрушения, то терми- скорости его отвода в глубь изделия и потерь в ческая обработка после наплавки не производится. окружающую среду. Это в первую очередь относится к малоуглеродистой стали (Ст 3, 20). Для более ответственных деталей, Рисунок 2. Наплавка опорной плиты изготовляемых из среднеуглеродистых сталей и ис- петлевым индуктором: пытывающих при эксплуатации ударные нагрузки, например лапы культиваторов, нормализация после 1 – изделие; 2 – слой шихты; 3 – петлевой наплавки обязательна. В ряде случаев нормализация индуктор; 4 – наплавленный слой; может быть совмещена с другими операциями, 5 – высокочастотный генератор например с нагревом под гибку, если таковой при- меняется при придании деталям окончательной Наплавленные детали подвергаются нормали- формы [2]. зации посредством индукционного нагрева до темпе- ратуры 800–830 °С для снятия внутренних напряже- Технология индукционной наплавки опорной ний и улучшения структуры основного металла [3]. плиты. Для наплавки используется шихта, представ- ляющая механическую смесь порошков твердого сплава ПС-5 и флюса, содержащего борный ангидрид, буру и силикокальций. Флюс, входящий в состав шихты, удаляет окисную пленку с основного метал- ла, раскисляет наплавляемый металл и выполняет защитные функции, предотвращая взаимодействие расплавленного металла с кислородом воздуха и за- держивая теплоотдачу в окружающую среду. Шихта наносится на наплавляемые участки поверхности детали полуавтоматическим дозатором слоем опре- деленной толщины, которая зависит от требуемой толщины наплавленного слоя. Затем деталь с нане- сенным слоем шихты вводят в специальный индуктор, питаемый от высокочастотной установки (рис. 2). Список литературы: 1. Балдаев Л.Х. Газотермическое напыление : учеб. пособие для вузов / Л.Х. Балдаев, В.Н. Борисов, В.А. Вахалин; под общ. ред. Л.Х. Балдаева. – М. : Маркет ДС, 2007. – 344 с. 2. Ельцов В.В. Ремонтная сварка и наплавка деталей машин и механизмов : учеб. пособие. – Тольятти : Изд-во ТГУ, 2012. – 176 с. 3. Ельцов В.В. Ремонтная сварка и наплавка изделий из легких сплавов : учеб. пособие / В.В. Ельцов, В.Ф. Матягин. – Тольятти : ТГУ, 2007. – 213 с. 67

Научный журнал UNIVERSUM: ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ № 1(106) Январь 2023 Часть 1 Свидетельство о регистрации СМИ: ЭЛ № ФС 77 – 54434 от 17.06.2013 Издательство «МЦНО» 123098, г. Москва, улица Маршала Василевского, дом 5, корпус 1, к. 74 E-mail: [email protected] www.7universum.com Отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленного оригинал-макета в типографии «Allprint» 630004, г. Новосибирск, Вокзальная магистраль, 3 16+

UNIVERSUM: ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ Научный журнал Издается ежемесячно с декабря 2013 года Является печатной версией сетевого журнала Universum: технические науки Выпуск: 1(106) Январь 2023 Часть 2 Москва 2023

УДК 62/64+66/69 ББК 3 U55 Главный редактор: Ахметов Сайранбек Махсутович, д-р техн. наук; Заместитель главного редактора: Ахмеднабиев Расул Магомедович, канд. техн. наук; Члены редакционной коллегии: Горбачевский Евгений Викторович, канд. техн. наук; Демин Анатолий Владимирович, д-р техн. наук; Звездина Марина Юрьевна, д-р. физ.-мат. наук; Ким Алексей Юрьевич, д-р техн. наук; Козьминых Владислав Олегович, д-р хим. наук; Ларионов Максим Викторович, д-р биол. наук; Манасян Сергей Керопович, д-р техн. наук; Мажидов Кахрамон Халимович, д-р наук, проф; Мартышкин Алексей Иванович, канд.техн. наук; Мерганов Аваз Мирсултанович, канд.техн. наук; Пайзуллаханов Мухаммад-Султанхан Саидвалиханович, д-р техн. наук; Радкевич Мария Викторовна, д-р техн наук; Серегин Андрей Алексеевич, канд. техн. наук; Старченко Ирина Борисовна, д-р техн. наук; Усманов Хайрулла Сайдуллаевич, д-р техн. наук; Юденков Алексей Витальевич, д-р физ.-мат. наук; Tengiz Magradze, PhD in Power Engineering and Electrical Engineering. U55 Universum: технические науки: научный журнал. – № 1(106). Часть 2., М., Изд. «МЦНО», 2023. – 68 с. – Электрон. версия печ. публ. – http://7universum.com/ru/tech/archive/category/1106 ISSN : 2311-5122 DOI: 10.32743/UniTech.2023.106.1 Учредитель и издатель: ООО «МЦНО» ББК 3 © ООО «МЦНО», 2023 г.

Содержание 5 5 Статьи на русском языке 5 Машиностроение и машиноведение 11 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАТРОННОГО МОДУЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ 15 Печалова Алёна Сергеевна 15 ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ДИФФУЗИОННОГО НИТРИД-ОКСИДНОГО ПОКРЫТИЯ НА СТАЛИ 45 Эшкабилов Холикул Каршиевич 19 Металлургия и материаловедение 21 ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС МЕТОДОМ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЙ 21 ОБРАБОТКИ Бердиев Дороб Муротович 24 Файзуллаев Саъдулла Сайфуллаевич 24 АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПЕРЕРАБОТКИ ЭЛЕКТРОННОГО ЛОМА Хужамов Умиджон Умаркулович 28 Самадов Алишер Усманович 28 Приборостроение, метрология и информационно-измерительные приборы и системы 32 ПРИМЕНЕНИЕ СВЕРХПРОВОДНИКОВ В ЭКРАНИРОВАНИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ 32 ПОЛЕЙ Краснов Денис Викторович 36 Легаев Владимир Павлович 39 Процессы и машины агроинженерных систем 39 ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ЧЕРТЫ СОВРЕМЕННЫХ ГИБРИДНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ Мамадалиев Махаммаджон Хабибуллаевич 45 Абдирахмонов Равшанбек Амануллаевич Мамарасулова Манира Турсунбоевна 48 Радиотехника и связь ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В СРЕДЕ «КОСТЬ – ВНУТРИЧЕРЕПНОЕ ПРОСТРАНСТВО – МОЗГ» Меркулов Леонид Николаевич Строительство и архитектура АНАЛИЗ СЕТИ ГОРОДСКИХ ДОРОГ И УЛИЦ (НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА УРГЕНЧ) Маликов Муҳаммад Ахмад ўғли Сайдаметова Фазилат Жамоладдиновна ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ДОРОЖНО-ТРАНСПОРТНЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ ОТ ИНТЕНСИВНОСТИ ДВИЖЕНИЯ В ГОРНЫХ УСЛОВИЯХ Махмудова Дильфуза Абдулазизовна Одилова Ёрқиной Дониёр қизи Транспорт ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛОКОМОТИВОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГИ НА РАВНИННОМ УЧАСТКЕ УЗБЕКСКОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ Аблялимов Олег Сергеевич Лесов Алтынбек Талгат угли ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ ПРИ ПРИЕМЕ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ Гаюбов Талат Нуриддинович Садиков Азамат Нематуллаевич Убайдуллаев Саидазим Кахрамон угли ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СТРЕЛОВОГО КРАНА С ГРУЗОМ Кахаров Зайтжан Васидович

РАЗВИТИЕ ТРАНСПОРТНО-ЛОГИСТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА КАШКАДАРЬИНСКОГО 51 РЕГИОНА УЗБЕКИСТАНА 59 Мустанов Одилбек Ганишерович 64 Саматов Гаффор Аллокулович Сарвирова Наталья Сергеевна СИСТЕМНАЯ И ИНФОРМАЦИОННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПЕРЕГОННЫХ УСТРОЙСТВ СЧЁТА ОСЕЙ Тошбоев Зохид Бахрон угли Хужамкулов Элдорбек Ғайратжон уғли ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПРОФИЛЯ ПУТИ НА ПРОДОЛЬНУЮ ДИНАМИКУ ПОЕЗДА НА ГОРНЫХ УЧАСТКАХ Юлдашов Абдусаид Абдураимович Абдирахманов Жамшид Абдигапбар улы Эргашева Василя Валижоновна

№ 1 (106) январь, 2023 г. СТАТЬИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАТРОННОГО МОДУЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ Печалова Алёна Сергеевна аспирант, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, РФ, г. Владимир E-mail: [email protected] DEVELOPMENT AND RESEARCH OF MECHATRONIC MODULE OF CONTROL SYSTEMS OF COMPLEX TECHNOLOGICAL OBJECTS Alena Pechalova PhD student, Vladimir State University named after Alexander Grigorievich and Nikolai Grigorievich Stoletov, Russia, Vladimir АННОТАЦИЯ На сегодняшний день экономика страны все больше заинтересована в развитии отечественного производства, а потому, все чаще государство разрабатывает программы поддержки конструкторов и инженеров, выделяя ГРАНТы на новые разработки и технологические решения. Использование мехатронного модуля систем управления сложных технологических объектов соответствует требованиям времени. Одним из элементов проектирования сложных технических систем является проблема различных аспектов их моделирования. Каждая сложная мехатронная система определяется как комбинация трех составных подсистем, а именно механической системы, системы управления и программного обеспечения. В связи с этим важно создать мехатронную функцию столь сложного технического средства с помощью средств, позволяющих ее моделировать. Сделав обзор основных исследований по рассматриваемой теме, можно отметить, что отечественные и зарубежные авторы склоняются к утверждению, что исследование мехатронного модуля систем управления позволит усовер- шенствовать существующие сложные механические системы и оптимизировать их работу. Статья посвящена изучению новых конструктивных решения в вопросах автоматизации электромеханических компонентов за счет внедрения роликового винтового механизма. Сравнивая шариково-винтовой и роликово- винтовой механизмы, можно отметить, что для РМВ доступен метод моделирования, учитывающий направления винтовой и роликовой резьбы, которые полезны для дальнейшего исследования. В то же время, высокая стоимость оборудования по-прежнему определяет выбор в сторону шариково-винтовых механизмов. ABSTRACT Today, the country's economy is more and more interested in the development of domestic production, and therefore, more and more often, the state is developing programs to support designers and engineers, allocating GRANTS for new developments and technological solutions. The use of a mechatronic module for control systems of complex technological objects meets the requirements of the time. One of the design elements of complex technical systems is the problem of various aspects of their modeling. Each complex mechatronic system is defined as a combination of three constituent subsystems, namely mechanical system, control system and software. In this regard, it is important to create a mechatronic function of such a complex technical tool with the help of tools that allow it to be modeled. Having reviewed the main studies on the topic under consideration, it can be noted that domestic and foreign authors are inclined to assert that the study of the mechatronic module of control systems will improve existing complex mechanical systems and optimize their work. The article is devoted to the study of new design solutions in the automation of electromechanical components through the introduction of a roller screw mechanism. Comparing ball screw and roller screw mechanisms, it can be noted that for the RWM, a modeling method is available that considers the directions of the screw and roller threads, which are useful for further research. At the same time, the high cost of equipment still determines the choice towards ball screws. __________________________ Библиографическое описание: Печалова А.С. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАТРОННОГО МОДУЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 1(106). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14887

№ 1 (106) январь, 2023 г. The purpose of the work is to consider research on the development of a mechatronic module for control systems of complex technological objects. The main research methods are: comparison and analogy, as well as analysis and synthesis of the collected information. Ключевые слова: мехатронная модульная система, Ролико-винтовой механизм (РВМ), модернизации электромеханического привода. Keywords: mechatronic modular system, Roller Screw Mechanism (RVM), electromechanical drive upgrades. ________________________________________________________________________________________________ Введение И.М. Мамаев и В.Н. Филимонов провели ряд ис- следований и предложили несколько разработок по Современное общество движется путем активного применению мехатронных модулей в авиастроение. развития. В последнее время производители все Авторы отмечают, что именно роликовинтовой меха- больше внимания уделяют модульной технологии низм (РВМ) в составе электромеханического привода управления. Такой интерес объясняется тем, что мо- (ЭМП) электрохимического станка обеспечивает дульная система предлагает ряд преимуществ, такие преобразование и передачу нормированного углового как гибкость, возможность развития, модернизация, перемещения своего центрального винта в соответ- расширение, более простая сборка, повторное исполь- ствующее по точности прямолинейное возвратно- зование деталей, сокращение времени выполнения поступательное перемещение гайки-штока (ГШ) и заказа, техническое обслуживание и ремонт. закрепленного на нем электрода-инструмента (ЭИ) [13, с.19-25]. Отечественные и зарубежные специалисты все чаще рассматривают применение модульных систем Коллектив исследователей, Толков А.В., в машиностроении, авиации, судоходстве и даже в Круглов А.В., Жданов А.В., Филимонов В.Н., дизайне. Кроме того, об актуальности рассматри- Морозов В.В. провели исследование на долговечность ваемой темы, так же говорит и то, что уже сегодня ролико-винтового механизма в режиме обратного выпускаются машины нового поколения, управление хода. И выявили, что мехатронная модульная система которыми частично автоматизировано, а конструк- на базе РВМ повышает долговечность механизмов торы заинтересованы в развитии этих технологий и в 1,5 раза. Следовательно, применение таких систем переходу на полную автоматизацию электромехани- в отечественной практике не только окажутся рента- ческих систем [8]. бельными, но также, за счет долговечности работы – окупаемыми [18]. Цель работы в рассмотрении исследований по разработке мехатронного модуля систем управления Результаты сложных технологических объектов. И так, роликовый винтовой механизм (РВМ) Материалы и методы используется в различных устройствах передачи движения, где мощность передается путем преобра- Основными методами исследования являются: зования вращательного движения в поступательное. • метод диалектического материализма (предпо- Основными компонентами РВМ являются гайка, лагает изучение, исследование категорий (понятий) винт и ролики, а ключевыми компонентами транс- от простейших к более сложным); миссии являются ролики. РВМ находит свое примене- • метод сравнения и аналогии; ние в качестве приводного устройства в различных • анализ и синтез собранной информации. механизмах, таких как станки, медицинское оборудо- вание, портовое оборудование корабля и оборудова- Обсуждение ние управления полетом самолета [15]. Как отмечалось, в отечественной литературе во- Требования к конструкции формируются на прос внедрения модульных систем поднимается не основе предложенной модели жизненного цикла один год. При этом, можно говорить, что мехатро- технического средства. Он включает в себя три фазы ника, как наука сложилась относительно недавно жизни технического средства: его формирование, и для России еще 8-10 лет назад многие достижения существование и ликвидацию. В этом ракурсе рас- в области автоматизации были неизвестны [14]. сматриваются пять общих требований, связанных с технической потребностью, человеком, техниче- Салыкова О.К. и Щербин Е.В., отмечают, что ской культурой, обществом и окружающей средой. новые конструкции и узлы, которыми оснащены Конструкторские решения созданы на основе концеп- мехатроные системы предлагают совершенно иные ции универсальной структуры технических средств. конструктивные решения в вопросах автоматизации В структуру системы входят следующие компо- электромеханических компонентов. Однако, в вопро- ненты: конструктивная система, система привода сах применения этих решений для отечественного и система управления. Структурная система опре- производителя, ключевым остается их стоимость. деляется как интегратор всей структуры сложного А так как мехатнроные системы оказались дорогими технического средства. Система привода является в сборке и обслуживании, то и заняли место в таких вторичной по отношению к структурной системе. областях, как авиастроение, космонавтика, а также Третьей по порядку систем является система управ- там, где широко используется интеллектуальное ления. Он разрабатывается в последнюю очередь, управление [17]. 6

№ 1 (106) январь, 2023 г. поэтому он должен учитывать решения, разработан- рисунке 1, это структура стандартного РВМ, который ные для конструктивной системы и системы привода. в основном состоит из винта, гайки, ролика, зубча- Генерация конструктивных решений осуществля- того венца и держателя. Специфическая структура ется по трем отличительным чертам конструкции: заключается в том, что винт и гайка обрабатываются геометрической, материальной и динамической. как многозаходные; резьба на ролике изготавливается Представленная методика проиллюстрирована на в один заход. Ролики будут участвовать в зацепле- примере проектирования конкретного технического нии двух типов зацепляющих пар (резьбовая пара и средства [6]. зубчатая пара) одновременно и равномерно распреде- ляются вокруг винта водилом, а движение передается РВМ передает мощность и движение через точеч- на гайку через «планетарное движение» ролик. ный контакт между резьбовыми зубьями. Отношение Держатель не участвует в каком-либо зацепляющем движения компонентов в стандартной ПРСМ назы- движении, и его положение в движении контроли- вается прямой передачей, то есть винт вращается руется пружинным фиксатором. вокруг своей оси, а гайка, как выходной компонент, движется вперед-назад вдоль оси. Как показано на Рисунок 1 Структура стандартного РВМ [19] При моделировании приняты следующие допу- 5) Жесткость на изгиб винта, гайки и зубчатого щения: венца по осям x и y. направления равны. 1) многоточечный контакт между парами нитей Динамическая модель изгибно-крутильной резьбы в РВМ рассматривается как линейный кон- муфты РВМ, показанная на рисунке 2, θj ( j = s , r , n , такт; Ri , c ) представляет собой угловое смещение винта, зубчатого венца, гайки, ролика и водила из-за виб- 2) Зацепление между нитями упрощается как рации системы. К компонентам с такими степенями пружинный элемент в тангенциальном направлении свободы относятся винт, водило, зубчатый венец, в точке контакта, а жесткость пружины является гайка и N роликов, а число степеней свободы при контактной жесткостью нити; кручении равно n + 4; x j, y j — смещение центра масс компонентов по осям x и y направлениях, и имеется 3) Считается, что масса и момент инерции каж- шесть поступательных степеней свободы. дого ролика равны, и они равномерно распределены вокруг винта; 4) Резьбовые контактные жесткости каждого ролика с винтом и гайкой, а также жесткость зацеп- ления с зубчатым венцом соответственно равны, и имеется только разность фаз; Рисунок 2. Изгибно-крутильная модель муфты РВМ [4] 7

№ 1 (106) январь, 2023 г. В соответствии с соотношениями движений и относительное движение без вращательного скольже- при условии отсутствия проскальзывания между ния и относительное движение с чисто вращательным винтом и роликами линейная скорость точки кон- скольжением. Как показано на рисунке 2, обозначает такта между роликом и винтом определяется, угловую дугу на поверхности гайки, которая нахо- как показано на рисунке 2. Поскольку направление дится в контакте с роликом в пределах одного оборота вращения гайки запрещено, линейная скорость винта. точки контакта между роликом и гайкой равна нулю. Линейная и орбитальная скорости центральной Таким образом, динамическая модель РВМ с со- точки ролика равны. средоточенными массами в этой статье содержит в общей сложности (n + 10) степеней свободы. За- Роликовая шестерня входит в зацепление с зуб- цепление между шнеком и роликом описывается чатым венцом. Проскальзывание между роликом и пружинным элементом K sR . гайкой не допускается; однако всегда существует проскальзывание между винтом и роликом в осевом Точно так же пружинные элементы K rR направлении. Соответственно, для случая ролико- и K nR используются для представления зацепления винтового скольжения угловое движение состав- между роликом и зубчатым венцом, а также между ляющих можно разложить на две составляющие: роликом и гайкой соответственно; Ksx и Ksy — жесткость винта на изгиб в двух направлениях, как показано в таблице 1. Таблица 1. Определение параметров разработки мехатронного модуля РВМ [12] Символ Описание θ j (j знак равно s , р , п , Ри , с ) Угловое смещение винта, зубчатого венца, гайки, ролика, водила п+4 Количество торсионных степеней свободы 6 Количество поступательных степеней свободы К СР Жесткость зацепления резьбы между винтом и роликом КрР КнР _ Жесткость зацепления цилиндрической шестерни между зубчатым венцом и роликом Жесткость зацепления резьбы между гайкой и роликом Ксх Изгибная жесткость винта в направлении x Ксы Изгибная жесткость винта в направлении Y Поскольку ролик и гайка имеют разный шаг точки контакта на стороне контакта ролик-винт. и эффективные диаметры, мы предполагаем, что Проекция смещения линии x s и y s центра масс винта осевое смещение ролика относительно гайки можно на касательное направление точки контакта. разложить на составляющие. Относительное положение зубчатого венца В соответствии с допущениями (1) и (2), чтобы и i - го ролика в состоянии зацепления даст положи- упростить вывод относительного смещения, можно тельное смещение, когда пружина создает деформа- использовать для преобразования углового смещения цию сжатия, что эквивалентно зацеплению между винта, зубчатого венца, гайки, ролика и водила в зубчатым венцом и роликом. смещение тангенциальной линии вокруг соответ- ствующей оси положения точки контакта. Относительное смещение контакта между роли- ком и гайкой можно получить, спроецировав смеще- Относительное смещение между винтом и роли- ние между роликом и гайкой на тангенциальное ком можно получить, спроецировав виброперемеще- направление точки контакта. Проекция поперечной ние винта и ролика на тангенциальное направление линии смещения x n и y n центра масс гайки. 8

№ 1 (106) январь, 2023 г. Рисунок 3 Состояние пар резьбы при относительном смещении Как показано на рисунке 3, независимо от того, Кроме того, если сравнивать шарико-винтовой происходит проскальзывание между винтом и роли- механизм и РВМ, то последний представляет собой ком или нет, опережение РВМ является постоянным точную передачу, которая обеспечивает наименьшее из-за того, что ход винта не изменяется. Однако, опережение за счет введения направлений резьбы. если происходит проскальзывание, скольжение роли- Однако, по сравнению с обычным шарико-винтовой ков может вызвать нежелательные моменты и нагрев передачей, доступ к маленькому шагу чрезвычайно из-за трения. Тепло от трения напрямую связано с затруднен из-за требований к грузоподъемности и эффективностью и потерями энергии в РВМ, а высо- точности передачи, а также из-за сложности кон- кая температура от тепла вызовет ухудшение смазки струкции возвратной трубы. и в конечном итоге приведет к механическому отказу РВМ. Выводы Например, используя данные таблицы 1, можно Проведя аналитическое исследование разработок выявить, что, при заходах и шаге винта 5 и 0,5 мм мехатронного модуля РМВ можно прийти к выво- ходы одинаковых винтовых направлений винтовой дам, что для РМВ доступен метод моделирования, нарезки и корпуса роликовой нарезки и обратного кор- учитывающий направления винтовой и роликовой пуса составляют 2,5 мм и 0,625 мм соответственно. резьбы, которые полезны для дальнейшего исследо- Первое в четыре раза больше второго. Очевидно, что вания. В то же время, высокая стоимость оборудова- для получения более высокой точности передачи в ния по-прежнему определяет выбор в сторону практической структуре РВМ может применяться шариково-винтовых механизмов. Но, все больше ис- обратное спиральное направление. Если при механи- следований посвящается вопросам использования ческой обработке может быть получен меньший шаг, роликово-винтовых механизмов, что подтверждает то в дальнейшем он может быть реализован. Следова- значимость данных разработок для всех агрегатов, тельно, более высокая точность передачи может быть работа которых основывается на электромехани- получена, если к РВМ применяются обратные спи- ческом приводе. ральные направления винтовой и роликовой резьбы. Список литературы 1. Bolton W. Mechatronics: Electronic Control Systems in Mechanical Engineering.URL: https://www.re- searchgate.net/publication/31662336_Mechatronics_Electronic_Control_Systems_in_Mechanical_Engineer- ing_W_Bolton(дата обращения: 01.11.2022). 2. Лысов В.Е., Пешев Я.И., Хамитов З.Х. Мехатронный модуль как объект системы автоматического управления // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2018. № 4 (60). С. 114-123 3. Мамаев И.М., Филимонов В.Н. Электромеханический привод с планетарным роликовинтовым механизмом для электрохимического станка с вибрирующим электродом // Известия вузов. Машиностроение. 2018. № 8 (701). с. 19-25. 4. Мехатронная система. URL: https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/mechatronic-system (дата обращения: 02.11.2022). 9

№ 1 (106) январь, 2023 г. 5. Мехатронные системы в управлении механическим движением и функциями технологических машин. URL: https://studref.com/501307/tehnika/mehatronnye_sistemy_upravlenii_mehanicheskim_dvizheniem_funktsiyami_te hnologicheskih_mashin(дата обращения: 03.11.2022). 6. Модельное прогнозирующее управление нелинейными мехатронными системами: приложение к магнитному пружинному демпферу. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780080446134500434(дата обращения: 01.11.2022). 7. Салыкова О.К., Щербинин Е.В. Развитие мехатроники как науки. URL: http://www.rusnauka.com/13_NPE_2017/Tecnic/11_224969.doc.htm(дата обращения: 03.11.2022). 8. Толков А.В., Круглов А.В., Жданов А.В., Филимонов В.Н., Морозов В.В. Исследования долговечности силового роликовинтового механизма электромеханического привода поступательного движения. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=18516(дата обращения: 02.11.2022). 9. Хабиб Ходер, Галина В. Верхова, Сергей В. Акимов Модульная технология в проектировании гибких сложных систем. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/modular-technology-in-design-of-flexible-complex-systems (дата обращения: 02.11.2022). 10. Alciatore D.G., Histand M.B. Introduction to Mechatronics and Measurement Systems. URL: https://www.researchgate.net/publication/31732500_Introduction_to_Mechatronics_and_Measurement_Systems_D G_Alciatorre_MB_Histand(дата обращения: 01.11.2022). 11. Cairano Di S., Bemporad A., Kolmanovsky I., Hrovat D. Model Predictive Control of Nonlinear Mechatronic Systems: An Application to A Magnetically Actuated Mass Spring Damper.https://doi.org/10.1016/B978-008044613- 4.50043-4 (дата обращения: 01.11.2022). 12. Radi B., Hami A. ElProbabilistic Study and Optimization of a Solder Interconnect. Analysis of Failures, Modeling, Simulation and Optimization.https://doi.org/10.1016/B978-1-78548-190-1.50007-4 (дата обращения: 01.11.2022). 13. Ceccarelli M., Ottaviano E., Carbone G. A Role of Mechanical Engineering in Mechatronics. Improving International Stability/https://doi.org/10.1016/B978-008045406-1/50003-3 (дата обращения: 01.11.2022). 14. Devdas S., Manzione L., Ali A. Survey of Mechatronic Techniques in Modern Machine Design.Article ID 932305 | https://doi.org/10.1155/2012/932305 (дата обращения: 01.11.2022). 15. Gao Y., Wang Fei-Yue, XiaoZhi-Quan Mechatronic Design of Flexible Manipulators. Flexible Manipulators. 2021. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-397036-7.00006-4 (дата обращения: 01.11.2022). 16. Gwiazda А. System of Designing Complex Technical Means Using Fuzzy Analysis. DOI:10.4028/www.scientific.net/AMM.474.147 (дата обращения: 01.11.2022). 17. Gwiazda A., Banaś W., Sękala A., Ćwikła G., Sokół M., Foit K.Complex technical systems modelling and their mechatronics function simulation.IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 400 (2018) 042028 doi:10.1088/1757-899X/400/4/042028 (дата обращения: 01.11.2022). 18. Linner Т., Georgoulas С., Bock Т. Advanced Building Engineering: Deploying Mechatronics and Robotics in Archi- tecture.June 2021Gerontechnology.11(2).DOI:10.4017/gt.2012.11.02.158.711(дата обращения: 01.11.2022). 19. MaS., Zhang T., Liu G.,Tong R., Fu X. Kinematics of Planetary Roller Screw Mechanism considering Helical Di- rections of Screw and Roller Threads. Article ID 459462 https://doi.org/10.1155/2015/459462 (дата обращения: 02.11.2022). 20. Wrobel А., Płaczek М., Buchcz A., Majzner M .Study of mechanical properties and computer simulation of compo- site materials reinforced by meta. URL: https://www.researchgate.net/publication/276898906_Study_of_mechani- cal_properties_and_computer_simulation_of_composite_materials_reinforced_by_metal. DOI:10.1504/IJMPT.2015.068533 (дата обращения: 01.11.2022). 21. Wu L.; Ma S.; Deng P.; Huang Q. Research on the Modeling of Bending-Torsional Coupling and Vibration Characteristics of Planetary Roller Screw Mechanism. Electronics 2022, 11, 1395. https://doi.org/10.3390/electronics11091395 (дата обращения: 01.11.2022). 10

№ 1 (106) январь, 2023 г. DOI - 10.32743/UniTech.2023.106.1.14862 ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ДИФФУЗИОННОГО НИТРИД-ОКСИДНОГО ПОКРЫТИЯ НА СТАЛИ 45 Эшкабилов Холикул Каршиевич канд. техн. наук, доц., Каршинский инженерно-экономический институт, Республика Узбекистан, г. Карши E-mail: [email protected] WEAR RESISTANCE OF DIFFUSION NITRID-OXIDE COATING ON STEEL 45 Kholikul Eshkabilov Candidate of technical sciences, Associate professor, Karshi Engineering-Economical Institute, Republic of Uzbekistan, Karshi АННОТАЦИЯ В работе приводятся результаты исследования износостойкости диффузионного нитрид-оксидного покрытия, полученные газовым азотированием с последующим оксидированием в парах воды. Установлено, что нитрид- оксидное покрытие в условиях трения скольжения с тонкой магнетитной оксидной плёнкой с нитридным подслоем, состоящей из низкоазотистые нитридных фаз модифицированным кислородом на стали 45 обладает наилучшей износостойкостью. ABSTRACT The paper presents the results of a study of the wear resistance of a diffusion nitride-oxide coating, obtained by gas nitriding followed by oxidation in water vapor. It has been established that the nitride-oxide coating under conditions of sliding friction with a thin magnetite oxide film with a nitride sublayer, consisting of low-nitrogen nitride phases modified with oxygen on steel 45, has the best wear resistance. Ключевые слова: нитрид-оксидное покрытие, износостойкость, трение скольжение, интенсивность изнаши- вания, коэффициент трения. Keywords: nitride-oxide coating, wear resistance, sliding friction, wear rate, friction coefficient. ________________________________________________________________________________________________ Эффективность использования деталей машин свойств, адгезионной прочности и положительного и механизмов с поверхностными покрытиями, полу- ченными методами химико-термической обработки градиента свойства поверхностных слоев [5, 6]. возрастает с получением модифицированных диф- Для обеспечения условий внешнего трения и фузионных покрытий, и поверхностные характери- стики сочетающих высокие антикоррозионные и повышения износостойкости азотированных слоев адгезионные свойства [1, 2]. полученных на поверхности деталей, изготовляемых из улучшаемых конструкционных сталей, необходимо Анализ свойств комбинированных диффузионных обеспечение на их поверхности тонкого оксидного покрытий полученных химико-термической обра- слоя способного к многократной пластической де- боткой показывает, что их основные достоинства формации без наклёпа и разрушения, пониженную заключаются в следующем: облегчается образование прочность на сдвиг и положительный градиент физико-химических связей в поверхностном слое; свойств по сечению диффузионного слоя. Особенно повышается смачиваемость и заполняется микро- в достижении повышения износостойкости очень поры внешнего слоя смазывающими материалами; важно изучение приработки трущихся поверхностей, увеличивается площадь фактического контакта [3-5]. поскольку в этот период происходит увеличение фактической площади контакта, которое приводит В настоящее время недостаточно данных, чтобы к уменьшению удельных давлений в зоне контакта определить точные критерии выбора диффузионных при трении скольжения [3, 6]. азотированных покрытий и влияния поверхностного оксидного слоя для деталей, работающих в условиях Учитывая вышеизложенных, были изучены из- трения. При этом износостойкость покрытий зависит носостойкость диффузионного нитрид-оксидного от многих факторов, таких как толщина покрытия, покрытия, полученные газовым азотированием в химического состава и структуры диффузионных диссоцированном аммиаке и дальнейшем оксидиро- слоев, напряженного состояния, антикоррозионных ванием в парах воды, с получением поверхностного оксидного слоя, высокой адгезионной прочностью с нитридным. __________________________ Библиографическое описание: Эшкабилов Х.К. ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ДИФФУЗИОННОГО НИТРИД- ОКСИДНОГО ПОКРЫТИЯ НА СТАЛИ 45 // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 1(106). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14862

№ 1 (106) январь, 2023 г. Износостойкость диффузионных покрытий опре- изготовления деталей пары трения в мало- и средне- деляли по методу испытаний материалов на трение нагруженных узлах машин, которые были подверг- и изнашивание в соответствии с ГОСТ 23216-84 на нуты азотированию в аммиаке и оксидированию серийной испытательной установке СМЦ-2. Обрабо- в парах воды, скорость вращения ролика 0,86 м/сек и танные образцы с покрытием исследовались по схеме площадь трения образцов-колодок составляла 150 мм2. «ролик-колодка» в режиме трения скольжения в усло- База испытания на износостойкость при трении со виях со смазкой и без смазки. В качестве смазочного смазкой составляла 10 часов, при сухом трении масла применялось масло индустриальное И-20А 6 часов. По окончании испытания визуально оцени- по ГОСТ 20799-88. вали состояние поверхностей трения. Износ образцов оценивали по линейной интен- Для сравнительной оценки износостойкости сивности изнашивания (Io), методом искусственных поверхностного диффузионного нитридного и нитрид- баз коэффициент трения в определенных интервалах оксидного покрытий, испытуемые колодки подвер- времени испытаний по среднему значению пяти из- гали газовому азотированию в аммиаке при ниже мерениям [7], позволяющему с большой точностью эвтектоидной температуре (580 0C) для системы определять величины момента трения, особенно «Fe-N» в течение 3 часа (первый вариант). Последую- при малых его значениях. щие оксидирование азотированного слоя в парах воды продолжительностью 1 час проводили при темпера- Исследование фазового состава упрочнённых туре 580 0C (второй вариант) и при температуре 550 0C слоев проводились методом рентгеноструктурного (третий и четвёртый варианты), которые соответ- анализа на установке ДРОН-3 в кобальтовом от- ствуют в выше и ниже эвтектоидной температуры фильтрованном излучениях Со-Кα [8]. для системы «Fe-О». В качестве испытуемых образцов были взяты Характеристики испытуемых образцов приведены колодки из стали 45, наиболее применяемых для в Таблице 1. Таблица 1. Режимы получения и характеристики нитрид-оксидного покрытия на стали 45 Режим обработки Толщина слоя, мкм Фазовый со- № Способ обработки Азотирование Оксидирование нитрид- оксид- став покрытия ного ного Т, oС τ, час Т, oС τ, час 1 Азотирование 580 3,0 - - 2022 - Fe2O3, ε, εʹ, γʹ Азотирование и 580 3,0 580 0,5 2528 46 Fe2O3, Fe3O4, 2 оксидирование FeO, ε, εʹ, εʹʹ, γʹ 3 Азотирование 580 3,0 580 1,0 2830 13 Fe3O4, εʹ, εʹʹ, γʹ и оксидирование 4 Азотирование 580 5,0 580 1,0 3538 13 Fe3O4, εʹʹ, γʹ и оксидирование Рентгеноструктурним анализом установлено, При оксидировании нитридного слоя в ниже что при азотировании стали 45 в диссоцированном эвтектоидной температуре оксидный слой состоит аммиаке на поверхности формируется нитридный практически из одного Fe304 толщиной 1-3 мкм, слой состоящей из композиции нитрида ε-фазы, кар- с нитридным подслоем состоящей из композиции фаз бонитрида εʹ-фазы и нитрида γʹ-фазы, а оксидный карбонитрида (εʹ-фаза), оксикарбонитрида (εʹʹ-фаза) слой Fe2O3 на поверхности нитридов образуется при и оксинитрида (γʹ-фаза). После оксидирования тол- охлаждении образца и легко стирается из поверхно- щина нитридного слоя увеличивается за счёт диссо- сти. циации высокоазотистой ε-фазы с формирование мо- дифицированных низкоазотистых фаз нитридов из-за После оксидирования нитридного слоя в парах взаимной диффузии на границе «нитрид-матрица» воды при температуре 5800C на поверхности нитрид- (Таблица 1). ного слоя формируется оксидный слой, состоящей из смеси оксидов Fe2O3, Fe3O4 и FeO толщиной Результаты сравнительных испытаний износо- 4-6 мкм, а в нитридном подслое формируется кар- стойких характеристик образцов, обработанных по бонитрид Fe(CN) (εʹ-фаза) и модифицированные различным режимам, в зависимости от прилагаемой кислородом оксикарбонитрид Fe(CNO) (εʹʹ-фаза) нагрузки представлены на Рис. 1. и оксинитрид Fe4(NO) (γʹ-фаза). 12

№ 1 (106) январь, 2023 г. а) б) Рисунок 1. Изменение интенсивности изнашивания при трении со смазкой (а) и коэффициента трения при сухом трении (б) покрытий в зависимости от нагрузки. Скорость скольжения Vск = 0,864 м/с. 1 – азотирование при Таз = 580 oC, τаз = 3 часа; 2 – азотирование при Таз = 580 oC, τаз = 3 часа и оксидирование при Т = 580 oC; τок =0,5 часа; 3 – азотирование при Таз =580 oC, τаз = 3 часа и оксидирование при Ток = 550 oC, τок = 1 час; 4 - азотирование при Таз =580 oC, τаз = 5 часов и оксидирование при Ток = 550 oC, τок = 1 час Результаты проведённых испытаний показали, увеличением значения прилагаемой нагрузки (при что в условиях трения со смазкой, интенсивность из- выше 250 Н) интенсивность изнашивания нитрид- оксидного покрытия с нитридным подслоем состоя- нашивания нитрид-оксидного покрытия с оксидным щей из смеси εʹʹ- и γʹ-фаз (Рис. 1, а, линия 4) остаётся слоем, полученных оксидированием при температуре низкими. 550 0С с поверхностной оксидной плёнкой Fe3O4 имеет меньше интенсивности изнашивания в сравне- В зависимости от нагрузки своеобразный вид из- нии с азотированными (Рис. 1, а, линия 1) и с нитрид- менения интенсивности изнашивания имеет нитрид- оксидное покрытие с оксидной плёнкой, состоящей оксидными покрытиями, полученное по второму из смеси оксидов Fe2O3, Fe3O4, FeO (Рис. 1, а, линия 2). варианту с поверхностной оксидной плёнкой состоя- Наличие на поверхности прослойки последова- щей из смеси Fe2O3, Fe3O4, FeO (Рис. 1, а, линия 2). тельно расположенных оксидов Fe2O3, Fe3O4, FeO каждый из них при контактировании с контртелой Интенсивность изнашивания при нагрузках до 250 Н нитрид-оксидного покрытия с поверхностной имеет различные сдвиговые сопротивления и поэтому оксидной плёнкой Fe3O4 практически имеет одинако- вые значения (Рис. 1, а, линия 3 и 4), а с дальнейшем характер изменения интенсивности изнашивания будет различные. 13

№ 1 (106) январь, 2023 г. Анализ полученных данных показывает, что в Износ нитрид – оксидного покрытия увеличива- нитрид-оксидном покрытие высокую износостой- ется с повышением прилагаемой нагрузки в зоне костью при определённых интервалах значений контакта, который приводит к уменьшению шерохо- контактной нагрузки обладает нитридный подслой ватости соприкасающихся поверхностей, в связи чем состоящей из композиции εʹ, εʹʹ и γʹ-фаз, и во всех слу- могут возникать условие неравномерности смазки чаях интервалов нагрузки высокая износостойкость контактирующихся поверхностей. нитрид-оксидного покрытия подслоем состоящей из композиций нитридов εʹʹ- и γʹ-фазы сохраняется. В процессе трения после износа оксидного слоя начинает изнашиваться нитридный слой, формировав- Оценка изменения значений коэффициента трения шиеся после оксидирования нитридного слоя состоя- пар различных вариантов в зависимости от нагрузки щей из низких нитридов εʹʹ и γʹ-фаз. Активация были проведены испытании в условиях сухого тре- металла при деформации в условиях трения и разви- ния, в результате которого уточнено, что изменение тия диффузионных процессов приводит к интенсив- коэффициента трения при постоянных скоростях из- ному окислению поверхностных слоев, сопровождаю- меняется и соответственно к меньшим значениям щемуся образованием твёрдых растворов кислорода интенсивности изнашивания (Рис.1, а) соответ- металлов и оксидов [4, 6]. Следует отметить, что ствуют меньшие значения коэффициентов трения нитриды имеют высокое сродство к кислороду. (Рис. 1, б). Это доказывает, что с увеличением тол- щины оксидного слоя происходит понижение проч- Оксиды, непрерывно возникающие на поверх- ности на сдвиг, а с уменьшением его толщины ности низкоазотистого нитридного слоя в процессе сдвигаемое сопротивление оксидного слоя в зависи- трения, блокируют поверхность от непосредственного мости от его состава растёт. контакта и уменьшают возможность адгезионного взаимодействия трущихся пар, обеспечивая мини- С повышением нагрузки коэффициент трения мальный коэффициент трения и лучшую износостой- изменяется незначительно. Такой механизм повы- кость в период установившегося режима работы. шения износостойкости связан с положительным градиентом свойств поверхностного диффузионного В результате проведенных исследований на из- покрытия, так как под оксидным слоем находится носостойкость установлено следующее: плотная нитридная –фаза с высокой твердостью до • наибольшей износостойкостью обладает 9500 МПа, которая в 1,6–2,0 раза больше чем твер- нитрид-оксидное покрытие на поверхности тонким дости внешнего оксидного слоя, величина твёрдости оксидным слоем толщиной 1-3 мкм состоящей из которого колеблется в интервале 4500–5200 МПа. Fe304 и нитридным подслоем состоящей из компози- ции низконитридных εʹʹ- и γʹ-фаз; Нитрид – оксидное покрытие, полученное при азотировании в ниже эвтектоидной температуре си- • оксидная плёнка на поверхности нитридного стемы «Fe-N» и оксидированные при ниже эвтекто- слоя создаёт положительный градиент свойства по- идной температуре системы «Fe-О» при трении со верхности, обеспечивая условия внешнего трения смазкой имеет минимальный коэффициент трения. В при трении скольжения; этих условиях тонкая микропористая оксидная плёнка на поверхности нитридного слоя, обладая достаточ- • износостойкость нитрид-оксидного покрытия ной маслоемкостью, обеспечивает смачиваемость зависит от удельного давления, увеличением которого поверхности в зоне контакта. в зоне контакта интенсивность изнашивания увели- чивается. Список литературы: 1. ВорошнинЛ.Г. Перспективы развития химико-термической обработки (материалы лекций). // Упрочняющие технологии и покрытия. 2008, № 1. –С. 5-8. 2. Федонин О.Н., Киричек А.В, Петрешин Д.И. Технологическое повышение эксплуатационных свойств деталей машин. // Наукоёмкие технологии в машиностроении. 2018, №4. – С. 43-48. 3. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. –М., Машиностроение, 1977. –526 с. 4. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Структура и прочность азотированных сплавов. - М., Металлургия, 1982. –175 с. 5. Герасимов С.А. , Куксенова Л.И. Лаптева В.Г. Структура и износостойкость азотированных конструкционных сталей и сплавов. - М., Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. –518 с. 6. Костецкий Б.И. Поверхностная прочность материалов при трении. – Киев, Техника, 1976. -296 с. 7. Хрущов М.М., Беркович Е.С. Определение износа деталей машин методом искусственных баз. – М.: Издательство АН СССР, 1959. – 218 с. 8. Горелик С.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. - М.: Металлургия, 1971. - 368 с. 14

№ 1 (106) январь, 2023 г. МЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС МЕТОДОМ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ Бердиев Дороб Муротович д-р техн. наук, проф. Ташкентского государственного технического университета, Республика Узбекистан, г. Ташкент Е-mail: [email protected] Файзуллаев Саъдулла Сайфуллаевич ассистент Ташкентского государственного технического университета, Республика Узбекистан, г. Ташкент INCREASING THE WEAR RESISTANCE OF GEARS BY THERMAL CYCLING Dorob Berdiyev Doctor of technical sciences, professor Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent Sadulla Fayzullaev Assistant of Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent АННОТАЦИЯ Усовершенствована технология термоциклической обработки мелкомодульных зубчатых колес, позволяющая по- высить их износостойкость на 30÷40 %. Зубчатые колеса подвергали предварительному циклическому нагрева- нию и последующей импульсной закалке. ABSTRACT The technology of thermocyclic treatment of fine-module gears has been improved, which makes it possible to increase their wear resistance by 30÷40 %. Gears were subjected to preliminary cyclic heating and subsequent impulse hardening. Ключевые слова: термоциклическая обработка, плотность дислокаций, низколегированная сталь, износо- стойкость, импульсная закалка, дефектность, кристаллическая структура. Keywords: thermal cycling, dislocation density, low-alloy steel, wear resistance, impulse hardening, defects, crystal structure. ________________________________________________________________________________________________ Анализ публикаций по термической обработке материала в результате физических и химических [1–3] показал, что в настоящее время для улучшения процессов. структуры и свойств сталей широко используют циклическую термичекую обработку (ЦТО), которая При ЦТО интенсифицируются диффузионные эффективнее улучшает механические свойства сталей превращения в результате повторного ускоренного по сравнению с традиционными термическими обра- нагревания и охлаждения в стадии незаконченной ботками [2]. перекристаллизации аустенита и еще несформирован- ного роста зерен. Данный способ обработки основан В настоящей работе исследования направлены на получении устойчивого аустенита путем размель- на повышение износостойкости зубьев мелкомодуль- чения структурных зерен и перераспределения дис- ных зубчатых колес из низколегированной стали 65Г локаций при высоких температурах, достигаемых применением ЦТО без изменения химического со- индукционным нагреваванием (ИН). В результате става материала зубчатых колес. Положительные накопления структурных преобразований и фазовых результаты достигнуты изменениями структуры превращений получали структуру стали, которую __________________________ Библиографическое описание: Бердиев Д.М., Файзуллаев С.С. ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС МЕТОДОМ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОГО ОБРАБОТКИ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 1(106). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14918

№ 1 (106) январь, 2023 г. нельзя получить традиционными способами термо- Для опредедения износостойкости измеряли износ обработки. при трении образцов стали по неприкрепленным абразивным материалам и по металлу [6]. Эффективность ЦТО зависит от последователь- ности операций, числа циклов, скорости нагревания Важным при ЦТО является обеспечение закалки и охлаждения, химического состава стали. Приме- стали на требуемую глубину и исключение появления нения ЦТО с полиморфными превращениями и окалины на поверхности изделия. Преимуществами в условиях их отсутствия показали, что при нагре- данной обработки являются высокая производитель- вании и охлаждении сталей имеют место фазовые ность, получение изделия с высокими механическими превращения. Для повышения износостойкости свойствами, возможность обработки изделий любой низколегированных сталей необходимо оптимизи- формы. ровать режимы ЦТО. Для этох целей исследовали структуры сталей и определяли износостойкость Анализ состояния структуры предварительно в условиях трения после предварительной ЦТО и термически обработанной стали 65Г с помощью ИН последующей ИН образцов. при разных температурах (в пределах докритической) после ЦТО показал, что дефектность кристаллической При ЦТО образцы диаметром 20 мм и высотой структуры стали мало зависит от температуры и числа 7 мм нагревали высокочастотным током продолжи- циклов [7]. Установлено, что при нагревании выше тельность от нескольких до 20 с. Для нагревания критической температуры Ас1 и при охлаждении по- использовали устройство Л3107, для определения дачей воздуха формировались примерно одинако- температуры –термопары. Образцы нагревали до тем- вые структуры, при этом дефектности были разные. ператур T = 450, 550 и 700 °С, после чего их охлаждали. Для этого подавали охлажденный воздух. Повтор- В табл. 1 приведены значения показателя дефект- ная фазовая перекристаллизация сталей достигалась ности β, среднее значение βср и твердость HRC образ- нагреванием до температуры Ас3 + (30÷50) °С. цов из стали 65Г после ЦТО, индукционной закалки Окончательное нагревание осуществляли при тем- и отпуска при T = 180 °С. Лучшие результаты полу- пературе T = 900 °С. Далее сталь охлаждали в масле чены при температуре 450 °С и числе циклов нагре- и нагревали до температуры T = 180 °С, затем охла- вания N = 3÷5. При других температурах (550 и 700 °С) ждали подачей воздуха. Окончательное охлаждение дефектность кристаллического строения была не- стали обеспечивает формирование пластинчатой устойчивой или низкой. Хорошие результаты при структуры [7]. Лучший результат был получен ЦТО T = 450 °С можно объяснить микропластической при T = 450 °С. деформацией в результате быстрого теплообмена при циклическом нагревании. Образование второй Металлографический анализ выполняли на ион- фазы обусловлено микропластической деформацией ном хроматографе Metrochm 850 Professional IC зерен. В результате имело место интенсификация (SEM-EDX) и растровом электронном микроскопе возникновения дислокаций, при этом высокая тем- Zeiss EVO MA 10 [5]. Структуру стали изучали с по- пература приводит к полигонизации структуры, мощью спектрального рентгеновского анализатора что обеспечивает ее стабильность, в результате кри- Shimadzu [6]. Для получения рентгенограмм исполь- сталлическая структура материала имеет невысокую зовали излучение железного анода. Ширину рентге- дефектность. новских линий определяли по графикам, скор- ректированным аппроксимацией. Таблица 1. Показатель дефектности β и твердость стали 65Г после ЦТО, индукционной закалки и отпуска при T = 180 °С T, °С Число циклов β, βср, HRC 1 10-3 рад 10-3 рад 59,5 63,40; 64,45; 64,43 66,42 450 3 64,50; 71,68; 70,36 68,91 60,0 5 73,90; 69,00; 69,50 70,80 59,5 1 73,40; 63,90; 62,17 66,49 58,5 550 3 67,57; 65,73; 64,98 66,09 59,5 5 69,48; 64,45; 64,47 69,46 5,9,0 1 71,69; 69,00; 70,45 70,00 59,5 700 3 63,66; 64,00; 63,80 63,82 60,0 5 63,00; 63,00; 63,20; 63,70 59,0 1 60,50; 60,66; 60,42; 60,52 59,0 800 3 63,90; 63,94; 63,90; 63,91 59,0 5 60,76; 62,99; 62,90; 61,90 59,5 Индукционная закалка 900 С + отпуск при 180 С 64,98; 65,12; 64,92; 65,01 59,5 16

№ 1 (106) январь, 2023 г. Повторное нагревание выше температуры обра- и отпуске при T = 180 °С в течение 60 мин износо- зования одноразовой полигонной структуры при вы- стойкость стали 65Г на 25÷30 % выше по сравнению сокой плотности дислокаций обеспечивает с износостойкостью образцов, подвергнутых другими образование требуемой структуры. При ЦТО сталей видами термической обработки. при температуре до 450 °С происходит интенсивная перекристаллизация структуры, при этом полигонная Структурный анализ сталей показал, что во всех структура не образуется. случаях ЦТО и ИН образуется мартенситная струк- тура, обеспечивающая высокую жесткость материала. Сравнение результатов после ЦТО при темпе- Размеры мартенситных пластинок зависят от темпе- ратуре 450 °С и окончательной закалке ИН с ре- ратуры нагревания при закалке. При ЦТО до тем- зультатами традиционной закалки ИН показало, пературы 450 °С размеры аустенитных зерен и мар- что плотности дислокаций в первом случае повыша- тенситных пластинок не зависели от температуры. ются незначительно. При одинаковой твердости (59÷60 HRC) разница ширины рентгеновских линий Установлено, что изменение размеров аустенит- составила Δβср = 5∙10-3 рад [8]. ных зерен оказывает большое влияние на результаты закалки. Испытания на износостойкость образцов, прошед- ших разные режимы обработки, показали аналогичные Рентгеноструктурный анализ образцов сталей, результаты, что и выводы исследований микрострук- обработанных ИН при разных температурах, показал, тур и тонких структур образцов. При ЦТО и ИН в что степень дефектности кристаллической структуры образцах образовалась одинаковая микроструктура, после закалки стали зависит от продолжительности зерна одинаковых размеров, образцы имели одина- нагревания (рисунок). Самая высокий показатель ковые твердости, отличие заключалось в дефектности дефектности β структуры наблюдался при продол- кристаллической решетки [9]. жительности нагревания t = 4÷5 с. Однако эта зако- номерность может измениться при других размера Установлено, что после трех циклов ЦТО при изделия. T = 450 °С, охлаждении воздухом, ИН при T = 900 °С Рисунок 1. Зависимости показателя дефектности β стали от времени t термической обработки при T = 870 (1); 900 (2); 950 (3) С Полученные результаты сравнивали с показате- 2. Закалка при напряжении на аноде Vа = 9 кВ и лями образцов из стали 18ХГТ, прощедших нитро- силе тока Iа = 8,5 А сила тока составила I = 0,8÷1,8 А, цементацию и термообработку. зубья нагрелись до T = 900 С, время нагревания 7 с, Экспериментально был определен оптимальный охлаждаюшая среда – масло. режим термической обработки зубцов мелкомодуль- ных зубчатых колес из стали 65Г: 3. Нагревание в селитровой ванне до 180÷200 С в течение 60 мин, отпуск на воздухе. 1. Циклическое нагревание (число циклов N = 3) Таким образом, зубья зубчатых колес из стали при T = 400÷500 С, охлаждение подачей воздуха до 65Г, прошедшие ЦТО и ИН, имели износостойкость температуры 80÷100 °С; при напряжении на аноде в 1,3–1,4 раза выше изностойкости зубчатых колес с Vа = 6,5 кВ и силе тока Iа = 5,5 А сила тока составила термообработкой традиционным ИН и в 1,2–1,3 раз выше износостойкости зубцов из нитроцементиро- I = 0,55 А, зубья нагреались до T = 450 С, время ванной стали 18ХГТ. нагревания составило t = 3÷4 с; время охлаждения воздухом до температуры T = 80÷100 °С составляло 140 с. 17

№ 1 (106) январь, 2023 г. Список литературы: 1. Structural heredity in the U-6Nb Alloy and Conditions for its Elimination / V.V. Sagaradze, Yu.N. Zuev, S.V. Bondarchuk, et. al. // The Phusics of Materials and Metallography. 2013. Vol. 114. N. 4. P. 299–307. 2. Structural heredity in low-carbon martensitic steels / S.S. Yugai, L.M. Kleiner, A.A. Shatsov, N.N. Mitrokhovich // MetallSciens and teat treatment. 2004. Vol. 46. N. 11, 12. P. 539–542. 3. Бердиев Д.М., Юсупов А.А. Повышение износостойкости зубьев зубчатых колес циклической закалкой с индукционным нагреванием // Вестник машиностроения. 2020. № 3. С. 50–53. 4. Батаев В.А., Батаев А.А., Алхимов А.П. Методы структурного анализа материалов и контроля качества де- талей. М.: Наука, 2007. 224 с. 5. Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. М.: МИСИС, 1994. 328 с. 6. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: МСХА, 2005. 356 с. 7. Бердиев Д.М., Юсупов А.А. Повышение износостойкости стальных изделий методом нестандартных режимов термической обработки // Литьё и металлургия. 2021. № 2. С. 100–104. 8. Бердиев Д.М., Юсупов А.А. Совершенствование технологии термоциклической обработки для повышения износостойкость зубчатых колес // Вестник машиностроения. 2022. № 11. С. 69–72. 9. Бердиев Д.М., Юсупов А.А., Тошматов Р.К. Увеличение стойкости штампов холодной штамповки методом закалки с промежуточным отпуском // Вестник машиностроения. 2022. № 7. С. 61–64. 18

№ 1 (106) январь, 2023 г. АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПЕРЕРАБОТКИ ЭЛЕКТРОННОГО ЛОМА Хужамов Умиджон Умаркулович докторант, Навоийский государственный горно-технологический университет Республика Узбекистан, г. Навои E-mail: [email protected] Самадов Алишер Усманович DSc, профессор, директор Алмалыкского филиала Ташкентского государственного технического университета Республика Узбекистан, г. Алмалык ANALYSIS OF METHODS FOR PROCESSING ELECTRONIC SCRAP Umidjon Xujamov Doctoral student, Navoi State Mining Institute, Republic of Uzbekistan, Navoi Alisher Samadov Doctor of Technical Sciences, professor, Director of the Almalyk branch of the Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Navoi АННОТАЦИЯ Электронные отходы состоят из трех основных компонентов: стекла, пластмассы и металлов. Стекло может быть переплавлено для производства стекла или для извлечения свинца. Термореактивные пластмассы трудно перерабатывать, но другие виды пластика могут быть переработаны для использования в качестве топлива или производства химикатов. Металлы можно отделить от пластмасс и обработать для извлечения отдельных металлов. Можно сказать, что методы физического разделения с последующей металлургической обработкой являются наилуч- шим способом извлечения металлов, который и изложено в ходе изучение литературных данных и зарубежного опыта. ABSTRACT E-waste is made up of three main components: glass, plastic and metals. Glass can be smelted to make glass or to extract lead. Thermoset plastics are difficult to recycle, but other types of plastic can be recycled for use as fuels or chemicals. Metals can be separated from plastics and processed to extract individual metals. It can be said that the methods of physical separation followed by metallurgical processing are the best way to extract metals, which is described in the course of studying the literature data and foreign experience. Ключевые слова: плавление, пирометаллургия, вакуумный пиролиз, гидрометаллургия, электровыделение, электроосаждение, электроэкстракция. Keywords: melting, pyrometallurgy, vacuum pyrolysis, hydrometallurgy, electrowinning, electrodeposition, electro- extraction. ________________________________________________________________________________________________ Быстрое развитие технологий и потребность из самых быстрорастущих потоков отходов за послед- в высокопроизводительном электронном и электри- ние несколько десятилетий. ческом оборудовании сократили ожидаемый срок службы электронного оборудования, поскольку Хотя отходы электронного и электрического все хотят иметь доступ к новейшим технологиям. оборудования составляют лишь 8% твердых бытовых Благодаря прогрессивным инновациям и изобрете- отходов, количество присутствующих в них металлов ниям срок службы электронного оборудования стал превышает количество любых других видов отходов. коротким и в конечном итоге превратился в устарев- Однако только 10-15% этих отходов перерабаты- шие отходы. Эти отходы теперь называются элек- ваются, и большая их часть попадает на свалки [1]. тронными отходами или отходами электронного В электронном и электрическом оборудовании исполь- и электрического оборудования и являются одним зуется значительное количество ценных металлов, драгоценных металлов и редкоземельных металлов, __________________________ Библиографическое описание: Хужамов У.У., Самадов А.У. АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПЕРЕРАБОТКИ ЭЛЕКТРОННОГО ЛОМА // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 1(106). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14906

№ 1 (106) январь, 2023 г. которые придают этому оборудованию уникальные извлечения металлов обычно используются минераль- свойства и при утилизации становятся пустой тратой этих ресурсов. Становится все труднее добывать эти ные кислоты, такие как HCl, H2SO4 или HNO3. Кроме металлы, особенно редкоземельные металлы, для того, он использует несколько реагентов, таких использования в электронной промышленности [2]. как цианиды, галогениды, тиосульфат или тиомоче- вина для извлечения драгоценных металлов [6]. Исследование литературных данных показало несколько подходов к извлечению металлов из элек- Изучая зарубежный опыт можно в примере рас- тронных отходов. Методы включают плавление, сказать о пилотном заводе, управляемый Mint пирометаллургию, вакуумный пиролиз, гидроме- Innovation в Новой Зеландии, который использует таллургию и обработку бактериями, электровыделе- гидрометаллургический подход к переработке собран- ние, электроосаждение и электроэкстракцию [3]. ных электронных отходов [4]. Первая установка Каждый подход имеет свои преимущества и недо- выщелачивает металлы, кроме золото, из электрон- статки в отношении рабочих параметров и энергопо- ных отходов и затем их восстанавливают с помощью требления. Сложный состав электронных отходов электролиза. Биосорбция с использованием видов бак- требует применения высокотехнологичных техно- терий используется для извлечения золота из раствора логий для селективного извлечения этих металлов выщелачивания. Затем золото высвобождается из био- и их повторного использования. Известно, что ме- массы с озолением и другими известными методами таллы можно перерабатывать любое количество раз, аффинажа золота [7]. Тем не менее, хотя процесс пока- а извлечение из отходов оборудования дает стимул к сохранению природных ресурсов. Пирометаллургия зал многообещающие результаты, он по-прежнему и гидрометаллургия являются наиболее распростра- ограничен низким уровнем сбора электронных отхо- ненными методами извлечения металлов из отходов дов и высокой стоимостью рабочей силы, связанной электронного и электрического оборудования. Однако с сбором и демонтажом [8]. Однако, если надлежащие пирометаллургия требует высоких температур для процессы управления электронными отходами со- извлечения металлов из отходов электронного и блюдаются правительством, например совместное электрического оборудования, которые выделяют регулирование продукции, применяемое в некоторых токсичные газы, которые необходимо очищать перед государствах, может помочь компенсировать стои- выбросом в окружающую среду [5]. мость обработки. Кроме того, целесообразно создать экономическое моделирование для предоставления С другой стороны, гидрометаллургия не требует дополнительной информации о текущих препят- высоких температур, высоких эксплуатационных рас- ствиях и факторах, а также для более точного инфор- ходов, снижения воздействия на окружающую среду мация о производстве и сборе сырья [9]. Это устранило и приемлемой степени извлечения металла. бы существующие проблемы и лучше информировать заинтересованные стороны для инвестирования. При При гидрометаллургической обработке отходов правильном управлении переработка электронных электронного и электрического оборудования для отходов может быть очень прибыльным процессом и способствовать развитию экономики страны. Список литературы: 1. Глобальный монитор электронных отходов 2017: анал. обзор., Университет Организации Объединенных Наций (УООН), Международный союз электросвязи (МСЭ) и Международная ассоциация по твердым отходам (МАТО). – Вена. 2017. 2. Лолейт С.И. Разработка экологически чистых технологий комплексного извлечения благородных и цветных металлов из электронного лома: дис. … д-ра техн. наук. – М., 2010. – С. 20-22. 3. Саидахмедов А.А., Хасанов А.С., Хужамов У.У. Исследование интенсификации процесса фильтрации растворов выщелачивания при переработке техногенных отходов // Научный журнал Universum: Технические науки. – 2020. - № 9(78). – С. 62-67. 4. Сайлаубекова П.Н., Рыскулова А.К. Текущая ситуация в отрасли переработки ОЭЭО в Казахстане. // Твердые бытовые отходы. – 2019. - № 6. – С. 58-60. 5. Самадов А.У., Хужамов У.У., Буронов А.Б. Исследование технологии переработки электронного лома // Научный журнал Universum: Технические науки. - 2021. - №10(91). – С. 72-74. 6. Самадов А.У., Хужамов У.У., Усманов Ш.А. Электронный лом как дополнительный источник получения цвет- ных металлов // Проблемы перспективы и инновационный подход эффективной переработки минерального сырья и техногенных отходов: Международная научно-практическая онлайн конференция. - Алмалык, 2021. – С. 164. 7. Самадов А.У., Хужакулов Н.Б., Хужамов У.У. Методология геотехнологического исследования хвостохранилищ гидрометаллургических заводов // Горный вестник Узбекистана. – 2019. ‒ № 2. – С. 11-13. 8. Хамидов Р.А., Нарзуллаев Ж.Н. Перспектива отдельной переработки пенного продукта процесса бактериального окисления золотосодержащих руд // Современные тенденции и инновации в науке и производстве: Х международная научно-практическая конференция. - Кузбас, 2021. - С. 177. 9. Хужамов У.У., Каримов У.Х. Анализ способов переработки урановых руд и практика переработки урановых руд за рубежом // Academy. - 2020. - № 1(52). – С. 70. 20

№ 1 (106) январь, 2023 г. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ПРИМЕНЕНИЕ СВЕРХПРОВОДНИКОВ В ЭКРАНИРОВАНИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ Краснов Денис Викторович магистрант, Института информационных технологий и радиоэлектроники, Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых, РФ, г. Владимир E-mail: [email protected] Легаев Владимир Павлович профессор, д-р техн. наук, Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых, РФ, г. Владимир APPLICATION OF SUPERCONDUCTORS IN SHIELDING ELECTROMAGNETIC FIELDS Denis Krasnov Master’s student Institute of Information Technologies and Radioelectronics, Vladimir State University named afterA.G. and N.G. Stoletov, Russia, Vladimir Vladimir Legaev Professor, Doctor of Technical Sciences, Vladimir State University named afterA.G. and N.G. Stoletov, Russia, Vladimir АННОТАЦИЯ В статье рассмотрены возможности применения сверхпроводников в качестве отражающих защитных экранов электромагнитных волн, проблемы, возникающие при использовании сверхпроводящих материалов в экранировании электромагнитных полей. ABSTRACT The article discusses the possibilities of using superconductors as reflecting screens of electromagnetic waves, problems arising when using superconducting materials to shield electromagnetic fields. Ключевые слова: экранирование электромагнитных полей, низкочастотные электромагнитные волны, диа- магнетики, сверхпроводники. Keywords: shielding of electromagnetic fields, low-frequency electromagnetic waves, diamagnets, superconductors. ________________________________________________________________________________________________ Электромагнитные поля могут воздействовать электромагнитного излучения может нести и нега- на человека и аппаратуру по-разному, в зависимости тивный эффект на живых существ и аппаратуру. от частоты и интенсивности. Электромагнитные волны определенных частот используются в меди- Воздействие электромагнитных волн различного цине в качестве терапии и исследования биологиче- диапазона частот на организм и аппаратуру ского объекта [2], в качестве средства передачи информации, в качестве исследования параметров Низкочастотный диапазон излучения электро- исследуемого объекта (например исследования магнитных волн может негативно воздействовать на химического состава объекта) [10]. Но воздействие живой организм. Результатом воздействия на чело- века электромагнитного излучения низкочастотного __________________________ Библиографическое описание: Краснов Д.В., Легаев В.П. ПРИМЕНЕНИЕ СВЕРХПРОВОДНИКОВ В ЭКРАНИ- РОВАНИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 1(106). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14892

№ 1 (106) январь, 2023 г. диапазона является раздражение органов и тканей. от внешнего магнитного поля сторону. Диамагнетики В низкочастотном диапазоне электромагнитного из- делятся на несколько видов: классические диамагне- лучения основную опасность представляет магнит- тики полностью невосприимчивые к температурным ная составляющая электромагнитной волны, так как перепадам; диамагнетики аномального типа- прони- для магнитных полей рассматриваемого диапазона цаемость и восприимчивость которых в сотни раз частот организм практически прозрачен, а для элек- больше, чем у элементов классического типа и воспри- трических полей характерно слабое проникновение имчивые к температурным колебаниям; сверхпро- в тело человека. Среди низких частот выделяют ча- водники, чьи свойства улучшаются при снижении стоты промышленной частоты. Электромагнитными температуры проводника. Сверхпроводники вытал- полями промышленной частоты называют поля диа- кивают из себя силовые линии магнитного поля, в то пазона сверхнизких частот радиочастотного спектра время как обычные диамагнетики не компенсируют и в нашей стране представлен частотой 50 Гц. Дли- полностью магнитное поле. К достоинствам такого тельное воздействие электромагнитного излучения способа экранирования можно отнести независи- промышленной частоты может привести к ряду мость их защитных свойств от частоты внешнего проблем со здоровьем [1]. Также определенную магнитного поля и от времени воздействия на экран опасность несут электромагнитные волны, соответ- внешнего магнитного поля. Но из-за неоднородности ствующие звуковому диапазону. В качестве источ- структуры сверхпроводящих материалов на практике ников таких излучений выступают цепи и устройства эффект Мейснера реализовывается не полностью. звукоусилительной аппаратуры. При протекание Эффективность поглощения магнитного поля сверх- больших токов по проводам кабелей звукоусили- проводника зависит от химической чистоты материала тельной аппаратуры, провода излучают мощные маг- экрана. Однако, диамагнетики могут применяться в нитные поля, которые могут наводить ЭДС в любых качестве экранов в силовых установках, ускорителях, токопроводящих конструкциях. Электромагнитные термоядерных реакторах и для экранирования кос- волны низких частот отличает падение скорости мических аппаратов от космической радиации [8]. электромагнитной волны пропорционально квадрат- ному корню их частоты. Поэтому большую опасность Измерение эффективности экранирования за- низкочастотные электромагнитные волны представ- щитных экранов ляют вблизи источника излучения. Эффективность экранирования электромагнитной Методы защиты от электромагнитного излучения. волны складывается из двух видов потерь, потерь Экранирование отражения и потерь поглощения: Для того, чтобы минимизировать влияние Кэ = Котр + Кпогл; электромагнитных полей используются различные методы [4], а государство четко регулирует обеспе- где Кэ – коэффициент эффективности экранирования чение безопасности в условиях воздействия электро- электромагнитной волны; магнитных полей [6, 7]. Один из методов защиты от электромагнитного излучения – это экранирование. Котр – коэффициент отражения экрана; Этот метод позволяет локализовать побочные поля в Кпогл – коэффициент полглощения экрана. пределах защищаемой контролируемой зоны без кон- Кпогл определяется одинаково для всех видов по- структивного изменения радиоэлектронного средства. лей, как ближних, так и для дальних зон [9]. Котр вы- Существуют следующие способы экранирования: числяется по-разному так как, зависит от вида поля. электромагнитное экранирование, экранирования Коэффициент отражения электромагнитного излуче- магнитного поля; экранирование электрического ния защитного экрана можно определить с помощью поля. При этом, в отличие от электрического, маг- радиометрического измерителя коэффициента отра- нитное поле ослабить полностью нельзя. Самим рас- жения [3]. Но существует необходимость измерить пространенными методами экранирования являются: не только коэффициент отражения экрана, но и зави- экраны, изготовленные из ферромагнитных или симость интенсивности электромагнитного излучения сверхпроводящих материалов. Такой способ эффек- самого экрана от интенсивности внешнего электро- тивен для экранирования постоянного или низко- магнитного излучения. Для этих целей может приме- частотного магнитного поля. Второй способ няться радиометр с двухчастотный коммутацией [2]. экранирования- гашение вихревыми токами. Такой В результате рассмотрения свойств сверхпро- способ эффективен для экранирования электро- водников можно заключить что сверхпроводники магнитных полей высоких частот. Использование могут быть эффективны для отражения низкоча- сверхпроводников в качестве магнитных экранов стотных магнитных полей, в которых основную основано на эффекте Мейснера который заключается опасность представляет магнитная составляющая в вытеснении магнитного поля из сверхпроводника электромагнитной волны. Но использование отра- при его достижении им температуры ниже крити- жающих экранов из сверхпроводника на практике ческой, во время которой он переходит в сверхпро- связана с рядом трудностей, что ограничивает диа- водящее состояние. Сверхпроводящие материалы пазон использования таких защитных экранов, и обладают свойствами диамагнетика, то есть вещества, усложняет из производство. способного намагничиваться в противоположную 22

№ 1 (106) январь, 2023 г. Список литературы: 1. Филь Е.С. Исследование низкочастотных магнитных полей и их воздействие на человека / Е.С. Филь, И.Ю. Игнатьева. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 18.1 (122.1). — С. 31-32. — URL: https://moluch.ru/archive/122/33786/ (дата обращения: 19.12.2022). 2. Новиков А.С., Программно-аппаратный комплекс для регистрации электромагнитных нолей биологических объектов: дис. Кандидат технических наук: 05.11.17/Новиков Александр Сергеевич; науч. рук. А.А. Яшин; ТулГУ.-Тула, 2007-258 с. 3. [Пат. 2675670 РФ, МПК G01R 29/08 (2006.01). Радиометрический измеритель коэффициента отражения в широкой полосе частот №2017140736: Заявл.2017.11.22: опубл. 12.21.2018 / Филатов А.В., Филатов Н.А., Тарасов С.Е.; заявитель ТУСУР. - 4с.: ил. - Текст: непосредственный. 4. Учебный центр охраны труда БГТУ: официальный сайт. – Белгород. – URL: http://wiki.beltrud.ru/elektromagnitnye-polya-promyshlennoj-chastoty/#:~:text=Электромагнитные%20поля%20про- мышленной%20частоты%20(ЭМП,стран%20Американского%20континента%2060%20Гц) (дата обращения: 18.12.2022). 5. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие для машиностроительных и других специальностей. / Б.П. Платонов, А.Б. Елькин, Г.В. Пачурин и др. / Под редакцией К.Н. Тишкова, М.В. Осина, Г.В. Пачурина - Н. Новгород: НГТУ, 1998. - с, ил. 6. СанПиН 2.1.2.1002-00. Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям. 7. СанПиН 2.2.4.1191-03. Электромагнитные поля в производственных условиях. 8. Атомная и космическая отрасли России: Использование сверхпроводников для экранирования от сильного магнитного поля: Публицистический веб-ресурс: – URL: http://element114.narod.ru/Projects/sverhprovodn- ekran.html(дата обращения: 18.12.2022). 9. Харлов Н.Н. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике: Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2007. – 207 с. 10. Мельник Н.А. Радиоаналитические методы анализа технологических продуктов и объектов природной среды. / Н.А. Мельник – Апатиты: КНЦ РАН, 2018 – 273 с.: ил. 23

№ 1 (106) январь, 2023 г. ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ЧЕРТЫ СОВРЕМЕННЫХ ГИБРИДНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ Мамадалиев Махаммаджон Хабибуллаевич доц., кaфедра сельскохозяйственной техники и организации технического сервисa, Aндижaнский институт сельского хозяйствa и aгротехнологий, Республика Узбекистан, г. Андижан E-mail: [email protected] Абдирахмонов Равшанбек Амануллаевич доц., кaфедра сельскохозяйственной техники и организации технического сервисa, Aндижaнский институт сельского хозяйствa и aгротехнологий, Республика Узбекистан, г. Андижан Мамарасулова Манира Турсунбоевна доц., кaфедра сельскохозяйственной техники и организации технического сервисa, Aндижaнский институт сельского хозяйствa и aгротехнологий, Республика Узбекистан, г. Андижан DISTINCTIVE FEATURES OF MODERN HYBRID CARS Mahammadzhon Mamadaliyev Associate professors, department of \"Agricultural machinery and organization of technical service\", Andijan Institute of Agriculture and Agrotechnologies, Republic of Uzbekistan, Andijan Ravshanbek Abdirakhmonov Associate professors, department of \"Agricultural machinery and organization of technical service\", Andijan Institute of Agriculture and Agrotechnologies, Republic of Uzbekistan, Andijan Manira Mamarasulova Associate professors, department of \"Agricultural machinery and organization of technical service\", Andijan Institute of Agriculture and Agrotechnologies, Republic of Uzbekistan, Andijan АННОТАЦИЯ В статье проанализированы исследования, проведенные по созданию гибридных автомобилей, использова- ние этого типа транспортных средств и их применение в производственном процессе. По результатам анализа дана информация о характеристиках и преимуществах современных гибридных автомобилей, а одним из главных достижений этого типа автомобилей является их экономичность. АBSTRACT The article analyzes the research carried out on the creation of hybrid vehicles, the use of this type of vehicles and their application in the production process. Based on the results of the analysis, information is given on the characteristics and advantages of modern hybrid cars, and one of the main achievements of this type of car is their efficiency. Ключевые слова: гибридный автомобиль, электродвигатель, аккумуляторная батарея, силовая установка, напряжение, генератор, привод, коробка передач, заряд, литраж, коллектор, установка, мощность. __________________________ Библиографическое описание: Мамадалиев М.Х., Абдираҳмонов Р.А., Мамарасулова М.Т. ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ЧЕРТЫ СОВРЕМЕННЫХ ГИБРИДНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 1(106). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14819

№ 1 (106) январь, 2023 г. Keywords: hybrid car, electric motor, storage battery, power plant, voltage, generator, drive, gearbox, charge, dis- placement, manifold, installation, power. ________________________________________________________________________________________________ Надо отметить, что современные гибриды суще- их мощности суммируются. Эта схема обеспечивает ственно отличаются от первых гибридных моделей, меньший вес, невысокую стоимость, больший КПД в которых электропривод выступал больше в качестве по сравнению с аккумуляторными электромобилями. дополнительной опции. Современный гибридный Параллельную схему гибридной силовой установки автомобиль имеет достаточно емкую батарею, а дви- имеет седан BMW Active Hybrid 7 – смешанная схема гатель внутреннего сгорания (ДВС) в нем больше (рис. 1, в); модель Toyota Prius является первым используется в ситуациях, когда своевременно не серийным гибридным электромобилем [6]. Электро- получилось зарядить батарею [4]. Гибридные электро- мобиль имеет 1,5-литровый бензиновый двигатель мобили имеют двигатель внутреннего сгорания (ДВС), мощностью 53 кВт (70 л.с.) при 4500 об/мин, бес- тяговый электродвигатель и аккумуляторную бата- коллекторный электродвигатель постоянного тока рею. Гибридные электромобили с ДВС иногда мощностью 33 кВт при 1040–5600 об/мин, тяговую называют бензо-электромобилями. батарею из никель-металлгидридных аккумуляторов с номинальным напряжением 274 В [3]. Во время поездки по загородному шоссе, когда загрязнение атмосферы не столь критично, работает Система управления гибридной силовой уста- ДВС, движущий электромобиль и подзаряжающий новкой (рис. 1, в) обеспечивает движение электро- аккумуляторную батарею. В городе движение про- мобиля с заданной скоростью в оптимальном режиме. изводится от тяговой аккумуляторной батареи [6]. При этом работают бензиновый двигатель или элек- В ночные часы тяговые аккумуляторы могут под- тродвигатель по отдельности или их комбинация заряжаться от электрической сети. Известны парал- с различными долями по мощности. Для водителя и лельные, последовательные и смешанные схемы пассажиров переключение режимов происходит прак- гибридных силовых установок (рис. 1): последова- тически незаметно. Смешанная схема, реализованная тельная схема (рис. 1, а) – ДВС приводит в действие на Toyota Prius, сочетает достоинства параллельной генератор G, который заряжает аккумуляторную ба- и последовательной схем. Бензиновый двигатель через тарею и дает энергию тяговому электродвигателю М, коробку переключения передач может приводить вращающему колеса. в движение колеса и генератор [6]. Напряжение с генератора после преобразования в инверторе посту- Привод от электродвигателя упрощает коробку пает для заряда аккумуляторной батареи или работы переключения передач. Недостаток такой схемы: электродвигателя. Специальная коробка переклю- и ДВС, и тяговый электродвигатель рассчитывают чения передач суммирует и распределяет энергию исходя из максимальной мощности, коэффициент между бензиновым двигателем, электродвигателем, полезного действия (КПД) системы низкий. После- генератором. довательную схему гибридной силовой установки имеет автомобиль Chevrolet Volt – параллельная схема При торможении энергия рекуперируется, при (рис. 1, б): в параллельной структуре ДВС и тяговый необходимости резкого торможения используются электродвигатель подключены к механической и обычные гидравлические тормоза. Имеется анти- коробке переключения передач. Электрический блокировочная тормозная система. Интерес к электро- привод состоит из обратимого электродвигателя GM, мобилям с гибридными силовыми установками электронного управления и аккумуляторной батареи. непрерывно растет. Ведущие автомобильные фирмы На шоссе ДВС движет электромобиль и через мотор- уже начали серийное производство современных генератор заряжает аккумуляторную батарею. гибридных моделей: Ford Fusion Hybrid (Ford Motor), В городе работает электродвигатель. При подъеме Chevrolet Volt (General Motors), Honda Civic Hybrid и других условиях, когда требуется максимум (Honda) и другие автокомпании [2]. мощности, оба двигателя работают параллельно, 25

№ 1 (106) январь, 2023 г. а) Последовательная б) Параллельная 1 – ДВС, 2 – коробка передач, 3 – GM, 1 – ДВС, 2 – генератор, 3 – аккумулятор, 4 – электроника, 5 – электродвигатель, 4 – электроника, 5 – аккумулятор 6 – коробка передач, 7 – колеса в) Смешанная 1 – генератор, 2 – инвертор, 3 – аккумулятор, 4 – ДВС, 5 – коробка передач, 6 – электродвигатель, 7 – понижающая передача, 8 – трансмиссия Рисунок 1. Схемы силовой установки гибридного электромобиля Вывод способность к быстрому разгону и множество других весьма важных характеристик, заложенных в совре- Преимущества гибридных автомобилей в том, менных автомобилях. Мало того, способность накап- что экономная эксплуатация – главное преимущество ливать энергию, в том числе и не терять понапрасну гибридов. Чтобы достичь ее, необходимо было искать кинетическую энергию движения во время тормо- баланс, уравновесить все технические показатели жения, но зарядка аккумуляторных батарей, помимо машины, но при этом сохранить все полезные пара- основных явных преимуществ, принесла автолюби- метры обычного автомобиля: его мощность, скорость, телям меньший износ тормозных колодок. Список литературы: 1. Абдирахмонов Р.А., Мамадалиев М.Х., Халилов М.М. Автомобил-созликнинг келажак истиқболлари // Интернаука: научный журнал. – М., 2020. – Ч. 2, № 43 (172). 2. Мамадалиев М.Х., Абдирахмонов Р.А., Тешабоев У.М. Особенности антиблокировочной системы тормозов АBS автомобиля // Ученые XXI века: международный научный журнал. – 2020. – № 12-3 (71). 26

№ 1 (106) январь, 2023 г. 3. Мамадалиев М.Х., Солиев Б.А. Features of modern electric cars // Eurasion journal of academic research. – 2021. 4. Соснин Д.А., Яковлев В.Ф. Новейшие автомобильные электронные системы : учеб. пособие. – М. : СОЛОН-Пресс, 2005. 5. Электрическое и электронное оборудование автомобилей. – М. : Рэн-дал; СПб. : Алфамер Паблишинг, 2008. 6. Электронные системы автомобиля / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://awtoel.-narod.ru/index.html. 27

№ 1 (106) январь, 2023 г. РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В СРЕДЕ «КОСТЬ – ВНУТРИЧЕРЕПНОЕ ПРОСТРАНСТВО – МОЗГ» Меркулов Леонид Николаевич аспирант, Дальневосточный федеральный университет, РФ, г. Владивосток E-mail: [email protected] RESEARCH OF THE PROPAGATION OF ACOUSTIC WAVES IN THE \"BONE - INTRACRANIAL SPACE - BRAIN\" ENVIRONMENT Leonid Merkulov Postgraduate student, Far Eastern Federal University, Russia, Vladivostok АННОТАЦИЯ Разработана математическая модель распространения акустических волн внутри кости и мозгового вещества. Предложенная математическая модель основана на направленных функциях Грина с граничными условиями не- однородными по углу. Такая модель позволяет разбить неоднородную поверхность на совокупность однородных, что позволяет использовать простые и широко распространенные методы анализа акустических полей. С помощью предложенной модели проведен анализ поля точечного направленного источника, излучающего электромагнитные волны на поверхность кости. Для определения точности алгоритма приведено поле точечного излучателя акусти- ческой волны в свободном пространстве. ABSTRACT A mathematical model has been developed for the propagation of acoustic waves inside the bone and medulla. The proposed mathematical model is based on directional Green's functions with boundary conditions that are inhomogeneous in angle. Such a model makes it possible to divide an inhomogeneous surface into a set of homogeneous ones, which makes it possible to use simple and widely used methods for analyzing acoustic fields. Using the proposed model, the analysis of the field of a point directional source emitting electromagnetic waves on the bone surface was carried out. To determine the accuracy of the algorithm, the field of a point emitter of an acoustic wave in free space is given. Ключевые слова: анализ звукового поля, неоднородная среда, ультразвук, диаграмма направленности, направленная функция Грина. Keywords: sound field analysis, inhomogeneous medium, ultrasound, radiation pattern, directional Green's function. ________________________________________________________________________________________________ Введение раздела однородных сред. Такое приближение огра- ничивает применимость и снижает точность расчетов, Активные гидролокаторы, средства гидроакусти- так как однородные среды и плоские поверхности ческие средства связи и другие приборы, использу- в природе встречаются крайне редко. Воздействуя ющие акустические волны воздействуют на морских на центральную нервную систему мормлека акусти- млекопитающих. Сами по себе морские млекопитаю- ческими и электромагнитными волнами и фиксируя щие используют акустическую эхолокацию как реакцию можно понять, какие именно процессы в средство общения. Их биологические «эхолоты» организме изменяются под их воздействием. В работах позволяют компенсировать то, что зрение в условиях [ссылки] рассмотрены задачи распространения аку- подводного мира неэффективно. Для того чтобы стических волн в замкнутых объемах ограниченных лучше понимать, как именно воздействуют волны слоем льда и дном мелкого моря, между которыми на морских обитателей предлагается рассмотреть находится морская вода. В настоящей работе рас- математическую модель поведения волн в биоло- сматривается поведение акустической волны в за- гических тканях. В качестве физической модели мкнутых объемах, ограниченных черепом рассматриваются костная и мозговая ткань, распро- биологических объектов (мормлеков, людей). странение плоских волн через плоские границы __________________________ Библиографическое описание: Меркулов Л.Н. ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В СРЕДЕ «КОСТЬ – ВНУТРИЧЕРЕПНОЕ ПРОСТРАНСТВО – МОЗГ» // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 1(106). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14919

№ 1 (106) январь, 2023 г. Математическая постановка задачи решить задачу анализа акустического поля коррект- ными методами. Равноправными решениями урав- В качестве математической модели выбрано нения Гельмгольца являются две сопряженные друг волновое уравнение для гармонических волн (Урав- с другом функции Грина. Одна из функций Грина нение Гельмгольца): описывает расходящиеся от поверхности антенной решетки волны (теория запаздывающих потенциалов) 1 ∂2u Gm+(MM0), а вторая - сопряженная с ней сходящиеся ∆u = c2 ∙ ∂t2 волны (теория опережающих потенциалов) Gm-(MM0). Общим решением уравнения Гельмгольца будет где u = u(x, y, z, t) − неизвестная функция координат сумма этих функций: и времени, ∆= ������2 + ������2 + ������2 – оператор Лапласа. Gm(MM0) = Gm+(MM0) + VGm+(MM0), (1) ������������2 ������������2 ������������2 где M – точка приема сигнала с координатами x и y; Геометрия задачи представлена на рисунке 1. Рассмат- M0 – точка излучения сигнала с координатами риваем плоское приближение. Скорость звука в ко- x0 и y0; м, в мозговом V – коэффициент отражения от границы раздела. сти примем равно ������к = 4000 веществе с 10−3 м = Решение задачи анализа сводится к нахождению см = 1500 м. Толщина кости поля давления создаваемое антенной решеткой. около ������ = 2 ∙ Предлагается алгоритм, основанный на теории с «направленных» функций Грина, окончательное вы- 2 мм, частота волны ������ = 106 Гц. ражение можно представить в данном виде. При фиксированном расстоянии в полярной системе координат в зависимости от угла просчиты- вается давление. Использование функций Грина (является основой для проведения численных экспериментов) позволяет ������(������, ������0) = ������������������������ = ������ ∑������������=1 ∫−∞∞ ∫ ������н(������1������2)������������(������1������+������2������+������√������2−������21−������22) ������������1������������2 , (2) ������ 2������ √������2−������12−������22 где 1 при ������1������������������ ≤ ������1 ≤ ������1������������������, ������2������������������ ≤ ������2 ≤ ������2������������������ ������н = {0, при остальных значениях U в зоне видимости ������(������1������2), в зоне мнимых углов U1 = k cosθ , U 2 = k cosθ sin φ - интервалы углов; ������ = 2������ - волновое число. ������ Рисунок 1. Геометрия рассматриваемого пространства в плоском приближении Результаты расчетов В ходе выполнения настоящей работы проведено численное исследование акустической волны в среде биологического объекта. В результате получены диаграммы направленности акустического излучателя в мозговое вещество на разных границах раздела. 29

№ 1 (106) январь, 2023 г. Рисунок 2. Диаграмма направленности акустического излучателя на границе «воздух-кость» Рисунок 3. Диаграмма направленности акустического излучателя на границе раздела «кость – черепное пространство» 30

№ 1 (106) январь, 2023 г. Рисунок 4. Диаграмма направленности акустического излучателя на границе раздела «черепное пространство – мозговое вещество» Графики показывают зависимость акустического Выводы и заключение давления от угла направления излучателя. Мы видим, что волна хорошо проходит в среду, флуктуации Данные математического моделирования распро- вблизи самих границ обусловлены неоднородно- странения акустических волн можно использовать стями и некоторыми нелинейными процессами. для проектирования гидроакустических излучателей. Представленный алгоритм расчета позволяет прово- дить анализ звукового поля с заданной погрешно- стью. Полученные в результате работы диаграммы направленности можно использовать для разработки акустических систем контроля поведения морских млекопитающих. Список литературы: 1. Корчака А.В. Эм А.А. Лобова Т.Ж. Короченцев В.И. Математическая модель распространения сферических электромагнитных волн в слое льда // Universum: технические науки: электронный научный журнал. 2019. № 12 (69). 2. Корчака А.В., Эм А.А., Короченцев В.И. Математическая модель излучателя сферических волн в слоистой среде. Владивосток: Вестник инженерной школы ДВФУ, 2019. 5с. 3. Короченцев В.И., Малашенко А.Е., Мироненко М.В., Потапенко А.А. Анализ и синтез акустических антенн в морском клине // Морские интеллектуальные технологии. 2016. Т. 1, № 3(33). С. 274–279. 4. Лобова Т.Ж. Модель антенной решетки в замкнутом объеме. Владивосток: Вестник инженерной школы ДВФУ, 2018. 5c. 5. Шендеров Е.Л. Волновые задачи гидроакустики. Ленинград: Судостроение, 1972. 348 с. 31