Науковий Журнал Метінвест Політехніки. Серія: Технічні науки
СТРУКТУРА ТА ВЛАСТИВОСТІ КОМПЛЕКСНО-ЛЕГОВАНИХ ВИСОКОХРОМИСТИХ ЧАВУНІВ ДЛЯ МАСИВНИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ ВИЛИВКІВ
У статті досліджено проблеми формування структури та механічних властивостей масивних композиційних виливків, робочий шар яких виготовляється з високохромистих чавунів. В умовах повільного охолодження та відсутності проміжного буферного шару критично важливим є забезпечення стабільності властивостей та міцності перехідної зони між зносостійким шаром та матеріалом серцевини. Для вирішення цього завдання проведено комплексний аналіз вибірки з 30 плавок із різним співвідношенням Cr/C та системою мікролегування. Застосовано методи регресійного аналізу для побудови математичних моделей впливу хімічного складу на твердість та характеристики міцності. Встановлено, що оптимальний баланс властивостей досягається при співвідношенні карбідоутворюючих елементів 5 < Cr/C < 7.5 та вмісті хрому 15.0–18.0%. Це запобігає виділенню крихких первинних карбідів кубічного типу та суттєво знижує залишкові термічні напруження. Показано, що комплексний вплив легування нікелем і молібденом гальмує перлітне перетворення переохолодженого аустеніту в умовах сповільненого тепловідводу, а мікролегування титаном та бором сприяє подрібненню зерна та рівномірному розподілу карбідної фази. Визначено, що для забезпечення задовільної оброблюваності різанням та достатньої в'язкості перехідної зони співвідношення карбідо- до аустенітоутворюючих елементів має становити 1.5–2.0. Доведено наявність стійкої кореляції між твердістю та міцністю високохромистого чавуну, що дозволяє використовувати розраховані коефіцієнти переходу для неруйнівного контролю готових виробів. На основі отриманих даних запропоновано оптимізований хімічний склад комплексно-легованого чавуну, що гарантує високу експлуатаційну надійність масивних композиційних деталей
Авторське право (c) 2026 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ОТРИМАННЯ ДВОШАРОВИХ БІМЕТАЛІЧНИХ ЛИСТІВ З МЕХАНІЧНИМ ЗВ'ЯЗКОМ
У роботі представлено результати експериментально-теоретичного дослідження процесу формування механічного з’єднання при виготовленні двошарових біметалічних листів методом прокатки. Актуальність дослідження обумовлена зростаючою потребою у сучасних конструкційних матеріалах із заданим комплексом експлуатаційних і технологічних властивостей, що досягається шляхом створення шаруватих композитів. Запропоновано технологічну схему отримання біметалів на основі спільного обтиснення заготовок із попереднім формуванням поздовжніх пазів на більш міцній підкладці, що забезпечує надійний механічний зв’язок за рахунок затікання більш пластичного металу без застосування високотемпературних процесів. Експериментальні дослідження виконано з використанням промислово-лабораторного прокатного стану та комплексу вимірювального обладнання, що дозволило варіювати основні технологічні параметри процесу, зокрема ступінь обтиснення, геометрію пазів, умови контактного тертя та фізико-механічні властивості матеріалів. Дослідження проводилися у двох напрямах: фізичне моделювання процесу пластичного течіння металу в пази та моделювання реального формування біметалічного з’єднання типу «сталь – м’який метал». Отримано експериментальні залежності енергосилових параметрів прокатки та глибини заповнення пазів від технологічних факторів. Встановлено, що максимальна ефективність формування механічного зв’язку досягається при куті нахилу стінок пазів близько 30°, що забезпечує оптимальний розподіл напружень у зоні контакту. Порівняння експериментальних і теоретичних результатів підтвердило адекватність розробленої математичної моделі та високу прогностичну здатність чисельних методів. Показано доцільність використання інтегрованих CAD/CAE-систем і паралельних обчислень (на базі багатоядерних CPU та GPU) для прискорення розрахунків методом скінченних елементів і проведення багатофакторної оптимізації. Отримані результати можуть бути використані при проєктуванні ефективних технологій виробництва біметалічних матеріалів із підвищеними експлуатаційними характеристиками
ВИБІР МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ НАПЛАВЛЕННЯ ДЕТАЛЕЙ МЕТАЛУРГІЙНОГО УСТАТКУВАННЯ, ЯКІ ПРАЦЮЮТЬ В УМОВАХ АБРАЗИВНОГО ЗНОШУВАННЯ ПРИ ВИСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
В роботі представлено результати аналізу сучасних досліджень в напрямках розробки перспективних матеріалів для наплавлення деталей металургійного устаткування, до яких висуваються вимоги високої стійкості при абразивному зношуванні (деталі завантажувальних пристроїв доменних печей, газорозподільних клапанів, бункерів та сит). Базовими системами для таких застосувань є Fe – Cr – C, Fe – Cr – C – B, Ni – Cr – C – B, які додатково легуються сильними карбідоутворюючими елементами (Mo, W, V, Nb, Ti).. При виборі матеріалів слід враховувати, що реальні характеристики матеріалів для наплавлення залежать не тільки від хімічного складу, але й від мікроструктури, яка сформувалася в процесі наплавлення. Крім хімічного складу, ефективним інструментом керування формуванням мікроструктури та комплексу властивостей сплавів є за управління енергетичними параметрами процесу формування покриття, температурний режим наплавлення, геометричні параметри шарів при багатошаровій структурі покриття. Запропоновано виділити основні групи матеріалів для наплавлення: економнолеговані високохромисті високовуглецеві матеріали на основі заліза, високохромисті матеріали з додатковим легуванням сильними карбідоутворюючими елементами для роботи при високих температурах У випадках, коли велике значення має збереження твердості, зносостійкості та стійкості до термоциклічного навантаження наплавленого шару при високих температурах, перспективними є сплави на нікелевій основі. В умовах відносно низьких температур перспективними є низьковуглецеві матеріали з пониженим вмістом хрому, зносостійкість яких забезпечується формуванням не тільки карбідної фази, але й твердої мартенситної матриці. Наведені приклади конкретних матеріалів вказаних груп для наплавлення
АНАЛІЗ КОНТАКТНОЇ ВЗАЄМОДІЇ МІКРОЧАСТИНОК ТРИОКСИДУ ВОЛЬФРАМУ WO3 З ШАМОТНИМ ВОГНЕТРИВОМ ПРИ ВИСОКОШВИДКІСНОМУ УДАРІ
У роботі представлено комплексне теоретичне дослідження трибологічної взаємодії та контактної механіки при високошвидкісному ударі сферичної мікрочастинки триоксиду вольфраму (WO3 ) діаметром 10 мкм об плоску підкладку з алюмосилікатного вогнетриву (шамоту) при швидкості зіткнення 200 м/с. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю оптимізації процесів холодного газодинамічного напилення функціональних керамічних покриттів та прогнозування механізмів ерозійного зносу футерівки промислових агрегатів. Головною метою роботи є розрахунок максимальних контактних напружень, оцінка глибини індентування та прогнозування характеру руйнування матеріалів у локальній зоні контакту. Аналіз базується на модифікованій теорії Герца для динамічних процесів з урахуванням квазістатичного наближення, справедливого для дозвукових швидкостей удару відносно швидкості звуку в досліджуваних матеріалах. Дослідження включає детальний огляд фізико-механічних властивостей взаємодіючих тіл, розрахунок зведеного модуля пружності системи та визначення полів нормальних і дотичних напружень. Окрема увага приділяється аналізу ймовірності переходу від пружної деформації до крихкого руйнування або пластичної течії з урахуванням масштабного ефекту міцності мікрочастинок. У роботі доведено, що, незважаючи на мікроскопічний масштаб події, виникаючі пікові контактні тиски (близько 7 ГПа) та радіальні розтягуючі напруження багаторазово перевищують межі міцності шамотної підкладки. Це переводить процес з області пружного зіткнення в режим інтенсивного ерозійного зносу, що супроводжується утворенням кільцевих тріщин (cone cracks) та локальним кратероутворенням. Отримані результати формують наукову базу для коригування технологічних режимів напилення та вибору стійкіших керамічних підкладок
CALPHAD-АНАЛІЗ КРИСТАЛІЗАЦІЇ СПЛАВУ FECOALNITA, ВИГОТОВЛЕНОГО МЕТОДОМ АВДЗ
За допомогою програмного забезпечення Thermo-Calc (база даних TCHEA3) виконано CALPHAD-розрахунки для системи високоентропійного сплаву FeCoAlNiTa, виготовленого методом аддитивного виробництва дуговим зварюванням (АВДЗ). Основна увага в роботі приділена термодинамічному опису систем, що дозволяє детально відстежити послідовність виділення фаз, зміну їхнього хімічного складу та температурні інтервали кристалізації. У статті проаналізовано вплив легуючих елементів на стабільність твердих розчинів та формування інтерметалідних сполук. Завдяки використанню сучасного програмного забезпечення та актуальних термодинамічних баз даних, робота ілюструє високу точність співпадіння розрахункових моделей із експериментальними даними мікроструктурного аналізу. Моделювання кристалізації за Шейлом–Гуллівером показує, що збагачення танталу у залишковій рідкій фазі на завершальній стадії кристалізації сприяє евтектичному утворенню фази C14_Laves, у міждендритних областях. Результати моделювання узгоджуються з експериментально спостереженим розподілом збагаченої Taфази вздовж меж дендритних гілок. Рівноважні термодинамічні розрахунки (що відображають стан матеріалу при досягненні повної термодинамічної рівноваги) при температурі 1000 ° C показують мольну частку фази Laves близько 2,1%. Це значно нижче за нерівноважний рівень, зафіксований у стані після наплавлення, що створює термодинамічну рушійну силу для часткового розчинення фази Лавеса при подальшій термічній обробці. Псевдобінарні перерізи показують, що збільшення вмісту Ta викликає стабілізацію C14_Laves, тоді як Al сильно сприяє утворенню впорядкованої фази BCC_B2. Отримані результати надають термодинамічну основу для розуміння фазового відбору під час кристалізації, оцінки умов термообробки та оптимізації складу цього сплаву. Результати CALPHAD-аналізу, наведені у статті, дозволяють не лише пояснити існуючі фазові перетворення, а й цілеспрямовано оптимізувати хімічний склад сплавів для досягнення заданих механічних та експлуатаційних характеристик
ОБҐРУНТУВАННЯ ПРОЄКТУ МОДЕРНІЗАЦІЇ ЛИВАРНОГО ВИРОБНИЦТВА ШЛЯХОМ ПЕРЕХОДУ НА ХОЛОДНОТВЕРДІЮЧІ СУМІШІ НА ОСНОВІ АНАЛІЗУ ЕНЕРГОЄМНОСТІ ТА РЕГРЕСІЙНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ФОРМУВАННЯ
У статті досліджено перехід ливарного цеху з традиційних піщано-глинистих сумішей (ПГС) на холоднотвердіючі системи (ХТС) на основі фуранових смол у межах проєкту модернізаціївиробництва. Метою роботи є наукове та техніко-екологічне обґрунтування доцільності такого переходу з урахуванням енергоефективності, міцності форм і екологічних обмежень. У дослідженні використано методи лабораторних випробувань і кореляційно-регресійного аналізу для оцінки впливу технологічних параметрів на властивості сумішей. Встановлено, що традиційна технологія ПГС характеризується критичною енергоємністю: для досягнення залишкової вологості 0–0,02 % необхідне термічне сушіння при температурі 350–400 °C протягом 600–670 хв, причому підвищення температури не забезпечує статистично значущого прискорення процесу. На відміну від цього, у ХТС процес твердіння відбувається за температури навколишнього середовища без використання природного газу, що змінює енергетичний баланс виробництва. Показано, що досягнення міцності форм на рівні 3,0–5,0 МПа забезпечується дозуванням смоли в межах 0,8–1,2%, тоді як збільшення частки каталізатора не впливає на міцність і є технологічно необґрунтованим. Також підтверджено можливість використання до 50 % регенерованого піску без зниження міцності. Практичне значення роботи полягає в обґрунтуванні переходу до енергонезалежного ливарного виробництва за рахунок повного усунення стадії сушіння (відмови від газових сушильних печей) та зниження енерговитрат, за умови забезпечення екологічної безпеки шляхом впровадження систем локальної аспірації
ВПЛИВ ТИПУ ФОРМИ НА ПАРАМЕТРИ ЯКОСТІ ПОВЕРХНІ ТА СТРУКТУРУ ПРИ ВИГОТОВЛЕННІ ХУДОЖНІХ ВИЛИВКІВ ІЗ ВИКОРИСТАННЯМ МОДЕЛЕЙ, ОТРИМАНИХ АДИТИВНИМИ МЕТОДАМИOD
Мета дослідження. Дослідити вплив різних формувальних матеріалів на якість поверхні та структурні характеристики бронзових, художніх виливків, а також оцінити технологічні переваги поєднання адитивного виробництва із процесом лиття за виплавлюваними моделями при виготовленні бронзових художніх виробів. Методи дослідження. У дослідженні розглядали три методи лиття: лиття за випалюваними моделями у гіпосві форми (ЛВМ), лиття в самотвердіючі форми (СС) та лиття у піщано-глиняні форми (ПГС). Майстер-модель: Для лиття в землю та СС застосовувалася неруйнівна модель, а для ЛВМ з PLA, модель видаляли при температурі 400 °C протягом години. Проводився аналіз шорсткості поверхні (Ra і Rz), розміру зерен, пористості та швидкостей охолодження форм. Результати. Якість поверхні: Найкращі результати були отримані методом ЛВМ, що дозволило забезпечити найменшу шорсткість поверхні (Ra = 2.8 мкм, Rz = 12.5 мкм), найвищу точність передачі рельєфу, відсутність газової пористості та мінімальний пригар. Виливки, отримані ХТС, показали середній рівень якості поверхні, а піщаноглиняні – найгірший. Дослідження мікроструктури проводилися шляхом визначення розміру зерна у поверхневій зоні виливків, для ЛВМ склав (25.3 мкм), для – СС (25.5 мкм) і ПГС (27.8 мкм). Швидкість охолодження: Розмір зерен прямо корелював зі швидкістю охолодження форм: 1.2 °C/с для ЛВМ, 1.1 °C/с для СС і 0.9 °C/с для ПГС. Видалення PLA-моделі: Модель успішно випалювалася без пошкодження керамічної оболонки, що забезпечило високу геометричну точність. Кінцевий результат: Комбінація технологій ЛВМ та адитивного виробництва забезпечила високоякісні бронзові виливки з пористістю 0.5%, 95% рівновісних зерен і контрольованим розміром зерен 25 ± 2 мкм. Наукова новизна. Дослідження встановлює прямий зв’язок між певними швидкостями охолодження різних типів форм (ЛВМ, СС, піщано-глиняста) і відповідними мікроструктурними та поверхневими властивостями художніх, бронзових виливків. Крім того, підтверджено ефективність технологічних параметрів – таких як температура випалювання 400 °C і точні конструктивні припуски – для успішної інтеграції 3D-друкованих моделей з PLA у процес лиття за виплавлюваними моделями, що дозволяє отримати рівномірні, бездефектні бронзові мистецькі виливки
ВИЗНАЧЕННЯ ДОВГОВІЧНОСТІ ЕЛЕМЕНТІВ ПРИВОДУ КИСНЕВОГО КОНВЕРТЕРА
У роботі розглянуто актуальну задачу підвищення надійності та довговічності елементів приводів кисневих конвертерів як важконавантажених металургійних агрегатів в умовах інтенсифікації виробництва та обмежених можливостей оновлення обладнання. Запропоновано удосконалену методику розрахунку навантажень у приводі механізму нахилу кисневого конвертера з урахуванням динамічних явищ, що виникають під час його пуску та роботи в різних експлуатаційних режимах. Розроблена математична модель базується на дискретизації об’єму рідкого металу на кінцеву множину елементарних об’ємів із визначенням їх геометричних параметрів і координат центрів тяжіння. На основі подальшого інтегрування отримано залежність перекидаючого моменту від кута нахилу конвертера з урахуванням зміни форми дзеркала металу та перерозподілу маси. Це дозволяє більш точно враховувати реальний характер навантаження у порівнянні з традиційними графоаналітичними методами. Динамічні навантаження у приводній системі визначено на основі двомасової моделі з пружними зв’язками, що описується системою диференціальних рівнянь руху. У межах цієї моделі враховано інерційні характеристики елементів приводу, жорсткість системи, параметри електропривода та змінні зовнішні навантаження. Отримано аналітичні залежності для визначення кутів закручування та моментів у пружних ланках, що дозволяє оцінити пікові та циклічні навантаження в приводних валах. На основі імітаційного моделювання, що поєднує метод схематизації складних режимів навантаження та статистичний метод Монте-Карло, визначено функцію розподілу довговічності елементів приводу. Запропонований підхід враховує стохастичний характер експлуатаційних навантажень та їх історію, що забезпечує більш достовірну оцінку ресурсу приводних валів. Проведений аналіз показав істотний вплив геометричних характеристик валів (зокрема моменту опору перерізу) на їх довговічність. Розроблена методика може бути використана для автоматизованого розрахунку та проєктування приводів кисневих конвертерів і інших металургійних агрегатів, а також для обґрунтування конструктивних рішень, спрямованих на підвищення їх експлуатаційної надійності та ресурсу
ОЦІНКА РОЗПОДІЛУ НЕМЕТАЛЕВИХ ВКЛЮЧЕНЬ В СТАЛЕВІЙ ПРОДУКЦІЇ З ВИКОРИСТАННЯМ МЕТОДА СТЕРЕОЛОГІЧНОЇ РЕКОНСТРУКЦІЇ
Показано, що шпінель у сталях утворює шкідливі включення, що погіршують якість готового продукту. При цьому на сьогоднішній день остаточно не з’ясовано механізм утворення шпінелі та її стійкість у розплавах сталі, оскільки недостатньо вивчено термодинамічні параметри цих процесів, а саме вільні енергії утворення та активність компонентів у діапазоні твердих розчинів. З’ясовано, що чисельні наукові дослідження вивчали термодинамічну рівновагу в системах де утворюється шпінель та довели стабільність шпінелі в залежності від вмісту кисню, алюмінію та магнію. Показано, що метою наших досліджень було визначення вільної енергії утворення магнію та шпінелі за температур сталеплавильних процесів, їх коефіцієнтів активності та визначення до якого типу твердих розчинів можна віднести твердий розчин шпінель з точки зору закону Рауля. Висвітлено, що на першому етапі наших досліджень було проведено термодинамічний аналіз вільної енергії утворення шпінелі та її складових частин з використанням рівняння ізотерми хімічної реакції, що пов’язує активності реагуючих речовин з константою рівноваги хімічного процесу. Це дозволило встановити основні рівняння, що описують зміну енергії Гіббса з температурою для кожної речовини. Проведено експериментальні дослідження методом встановлення хімічної рівноваги для визначення коефіцієнтів шпінелі та її складових частин. Показано, що в процесі визначення активності компонентів у фазі шпінелі, твердий розчин шпінелі з нестехіометричним складом знаходився у рівновазі з рідкою міддю у графітовому тиглі при сталому співвідношенні газів. Після встановлення хімічної рівноваги активність компонентів визначали за рівняннями, що було виведено при проведенні термодинамічного аналізу. В роботі представлено, що утворення шпінелі у наших дослідах ми підтверджували методом рентгенівської дифракції, та хімічним аналізом. Рівноважний вміст алюмінію та магнію у міді визначали за допомогою індукційно-зв'язаної плазмової спектроскопії. В процесі досліджень було визначено границі фаз твердого розчину шпінелі з використанням методу дифузійних пар. В результаті проведеної роботи було визначено вільні енергії утворення оксиду магнію та шпінелі, а також активність цих компонентів з використанням методу хімічної рівноваги. З’ясовано, що твердий розчин шпінелі демонструє від’ємне відхилення від закону Рауля.
ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ПЕРЕНЕСЕННЯ ШОРСТКОСТІ ПОВЕРХНІ ПРИ ХОЛОДНІЙ ПРОКАТЦІ З УРАХУВАННЯМ ВІДНОСНОГО НАПРАЦЮВАННЯ РОБОЧИХ ВАЛКІВ ТА ВПЛИВУ РІЗНИХ ПРОКАТНИХ ЕМУЛЬСІЙ
У статті розглядається актуальна проблема кількісного оцінювання формування мікрорельєфу поверхні сталевих штаб у процесі холодної прокатки на безперервних тандем-станах. Встановлено, що ключовими чинниками, які визначають шорсткість готового прокату, є стан поверхні робочих валків останньої кліті та трибологічні умови, що задаються типом прокатної емульсії. Оскільки експериментальний контроль проміжної шорсткості в промислових умовах є обмеженим, авторами запропоновано універсальний підхід до оцінювання коефіцієнта перенесення (відбиття) шорсткості Kprint. Методологія дослідження ґрунтується на введенні параметра відносного напрацювання валків L, що дозволяє уніфікувати дані для кампаній різної тривалості. Проведено порівняльний аналіз п’яти типів прокатних емульсолів: базового «Універсал-1ТС-М» та чотирьох імпортних аналогів (Lubro, Quakerol, Rollub, Trenoil). Для базового процесу побудовано еталонні лінійні залежності зносу валків та зміни шорсткості штаби. Наукова новизна роботи полягає у визначенні Kprint не як статичної величини, а як динамічної функції відносного ресурсу валків. Порівняно три методи розрахунку: середньоарифметичний, інтегральний миттєвий та відношення інтегралів функцій («енергетична» міра). Результати показали, що інтегральні методи забезпечують більш згладжену оцінку, нівелюючи локальні неоднорідності, хоча й дають значення на 15–30% нижчі за дискретні заміри. Ранжування емульсолів за здатністю до перенесення шорсткості виявилося ідентичним для всіх методів, що підтверджує надійність запропонованих моделей. Отримані функціональні залежності можуть бути інтегровані в математичні моделі формування мастильної плівки для оптимізації режимів прокатки та покращення якості поверхні металу
ДОСЛІДЖЕННЯ СТРУКТУРНО-МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ РІЗНИХ СУМІШЕЙ ГЛИНИСТИХ СУСПЕНЗІЙ
Проведено комплексний аналіз структурно-механічних та реологічних властивостей глинистих суспензій, що використовуються як сполучні добавки у виробництві залізорудних окатишів. Обґрунтовано недостатність традиційного оцінювання глини за параметрами набухання та колоїдності, пропонуючи натомість глибоке вивчення динамічних зсувних деформацій, в’язкості та пластичності в системі «глина – вода». Дослідження базується на методах фізико-хімічної механіки дисперсних структур із використанням приладу Вейлера-Ребіндера для побудови кривих залежності деформації від часу. В ході експериментів було систематизовано глини Черкаського та Даш-Салахлінського родовищ за шістьма структурно-механічними типами залежно від співвідношення швидкої еластичної, повільної еластичної та пластичної деформацій. Встановлено, що суспензії бентоніту Даш-Салахлінського родовища та четвертого шару Черкаського родовища характеризуються високою Швtдовською в’язкістю, значною енергією молекулярної взаємодії та належать до четвертого типу з переважанням швидких еластичних деформацій, що свідчить про стабільність їхньої коагуляційної структури. На противагу їм, монтморилоніт другого шару утворює системи п’ятого типу з високою плинністю та низьким рівноважним модулем зсуву. Особливу увагу приділено дослідженню змішаних композицій. Доведено, що додавання глини четвертого шару до монтморилоніту суттєво підвищує енергію зчеплення частинок, тоді як введення каолініту діє як пластифікатор, знижуючи в’язкість та міцність структури. Отримані результати дозволяють оптимізувати склад сполучних добавок для забезпечення необхідної міцності сирих та сухих окатишів у металургійному виробництві, враховуючи реологічну поведінку конкретних мінеральних сумішей
АДАПТИВНА МОДЕЛЬ КЛАСИФІКАЦІЇ ГІРНИЧОЇ МАСИ ПРИ ДОСЛІДЖЕННІ РЕЖИМУ ГІРНИЧИХ РОБІТ СИСТЕМИ «КАР’ЄР-ТЕХНОГЕННЕ РОДОВИЩЕ»
Робота присвячена дослідженю впливу ціни на режим гірничих робіт у системі «кар’єр – техногенне родовище». Актуальність роботи зумовлена тим, що традиційний бінарний поділ гірничої маси на руду та розкрив не забезпечує об'єктивного врахування проміжних категорій сировини в умовах мінливої техніко-економічної кон'юнктури. У роботі техногенну сировину розглянуто як окремий функціональний клас між рудою та розкривом, а бортовий вміст – як динамічний економічний параметр, чутливий до зміни ціни. Методично дослідження ґрунтується на побудові блочної економічної моделі, інтерпретації межі економічної беззбитковості блока як економічного аналога бортового вмісту, визначенні кінцевого контуру кар’єру за допомогою методів графової оптимізації та подальшій трикомпонентній класифікації блоків за критеріями мінімального промислового вмісту й поточної цінності блоку. Для оцінки впливу цінових сценаріїв на режим гірничих робіт використано кумулятивні графіки, побудовані для базового сценарію та сценаріїв покращення цінової кон’юнктури. Встановлено, що зміна ціни призводить до перегрупування блоків між класами «руда – техногенна сировина – розкрив», змінює структуру рудопотоку, знижує випереджальне розкривне навантаження та впливає на режим відпрацювання. Обґрунтовано, що техногенна сировина може розглядатися як керований резерв адаптації виробничої системи до ринкових коливань, а інтеграція її в модель відкритої розробки створює передумови для підвищення ефективності використання мінерально-сировинної бази та вдосконалення довгострокового проєктування
РЕАЛІЗАЦІЯ ПРОЄКТУ ПІДГОТОВКИ ГОРИЗОНТУ 607 М ШАХТИ ІМЕНІ КОЛАЧЕВСЬКОГО ПРАТ «ЦЕНТРАЛЬНИЙ ГЗК» В УСКЛАДНЕНИХ УМОВАХ
У статті розглядається послідовна і поетапна реалізація проєкту підготовки горизонту 607 м шахти імені Колачевського ПРАТ «Центральний ГЗК» в ускладнених гірничо-геологічних умовах та під час воєн- ного стану. Метою проєкту є збереження рівня видобутку цінної залізорудної сировини в річному обсязі 1,6 млн. тон на перспективу, як мінімум, до 2046 року. Наразі це єдина шахта в Криворізькому басейні, де видобуваються підземним способом бідні магнетитові кварцити з доправленням їх для переробки на Центральний гірничо-збагачувальний комбінат. На робочих горизонтах від ствола шахти у напрямку до родовища пройдено квершлаги, біля рудного тіла — польові штреки, з яких пройдено розкривні орти. Наразі поклад «Південна-Магнетитова» у гірничому відводі шахти імені Колачевського розробляється за допомогою поверхово-камерної системи розробки з обваленням руди та вміщуючих порід із застосуванням вібровипуску руди з очисних блоків. З огляду на складні тектонічні, гідрогеологічні та геомеханічні умови, обґрунтовано та реалізовано проєкт ефективної підготовки горизонту, який неодноразово коригувався відповідно до поточної ситуації та знаходиться на завершальній стадії. Проєкт містить обґрунтування та вибір способу ведення робіт, а саме підрядного, господарського або їх комбінації, оптимальних геобу- дівельних технологій та комплектів обладнання для спорудження комплексу підземних гірничих виробок, зокрема, камер, штреків, ортів-заїздів тощо. Виконано порівняння варіантів придбання нового або ремон- ту вартісного гірничошахтного обладнання. Дослідження спрямоване на розробку і впровадження ефек- тивних підходів підготовки нового горизонту в ускладнених умовах. Наведено технічні рішення, шляхи реалізації та практичні результати, що підтверджують працездатність запропонованих підходів. Пред- ставлені матеріали можуть бути використані при проєктуванні підготовки глибоких горизонтів рудних шахт в подібних умовах. Наукова новизна роботи полягає в комплексному підході до проєктування геобу- дівельних технологій, врахуванні тектонічних і гідрогеологічних факторів, а також в оптимізації способу та порядку ведення прохідницьких робіт з метою ефективної та безпечної експлуатації родовища.
ВИКОРИСТАННЯ ТОНКОГО ГРОХОЧЕННЯ В СХЕМАХ ПЕРЕРОБКИ ТОНКОПОДРІБНЕНИХ МАГНЕТИТОВИХ ПРОДУКТІВ ЗБАГАЧЕННЯ
У цій статті розглядається актуальність використання операції тонкого грохочення в переробці корисних копалин. Огляд публікацій різних авторів дозволяє зробити висновок, що застосування тонкого грохочення відіграє вирішальну роль у класифікації тонкоподрібнених продуктів збагачення технологічних схем, безпосередньо впливаючи на якість кінцевого продукту та загальну продуктивність процесу. Метою даних досліджень є оцінка можливості застосування у схемах переробки тонкоподрібнених магнетитових продуктів збагачення тонкого грохочення для доведення кінцевих концентратів. Дослідження базується на вивченні особливостей гранулометричного складу та співвідношення типів зростання і вмісту рудного компоненту. Аналіз гранулометричного складу показав, що найбільший вміст заліза загального сконцентрований у класі -0,02 мм (68,56% та 69,8%), що підтверджено вмістом рудного компоненту (89% та 91%). Також на основі аналізу гранулометричного складу доведено доцільність використання для тонкого грохочення ситової панелі з розміром отворів -0,053 мм за рахунок високого вмісту в живленні грохоту класу -0,05 мм. Після вибору ситової панелі у дослідженні проведено експеримент з використанням грохоту Derrick Stack Sizer 2SG48-60W-1STK, який підтверджує доцільність застосування операції тонкого грохочення для тонкоподрібнених магнетитових продуктів збагачення з метою підвищення якості товарної продукції. В статті також зазначено, що процес тонкого грохочення є багатофакторним і потребує більш детально вивчення з проведенням серії експериментів. Практичне значення цього дослідження полягає в обґрунтуванні доцільності застосування операцій тонкого грохочення для тонкоподрібнених магнетитових продуктів збагачення
ОЦІНКА МІНІМАЛЬНО ВИЯВЛЮВАНИХ ДЕФОРМАЦІЙ ЗСУВНИХ СХИЛІВ ЗА ДАНИМИ БАГАТОРАЗОВОГО НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНУВАННЯ
У статті розглянуто проблему достовірного виявлення деформацій зсувних схилів за даними багато- разового наземного лазерного сканування (TLS). Незважаючи на високу точність сучасних геодезичних технологій, інтерпретація малих різниць між тривимірними геометричними моделями рельєфу усклад- нюється впливом низки похибок, а саме: безпосередньо вимірювань; суміщення різночасових хмар точок, отриманих під час лазерного сканування; геодезичної прив’язки. Перелічені похибки можуть призводити до хибних висновків щодо реальних деформацій зсувних схилів. Метою дослідження є розробка методики оцінки мінімально виявлюваних деформацій (Limit of Detection, LoD) з урахуванням впливу основних джерел похибок у TLS-моніторингу. Методика дослідження базується на інтеграції TLS-даних, отриманих за результатами неодноразових GNSS-вимірювань, та аналізі похибок на етапах збору, обробки та суміщення просторових даних. Для оцінки достовірності виявлених змін використано статистичний підхід, що враховує точність лазерного сканування, похибки реєстрації хмар точок та геодезичної прив’язки. Запропоновано формалізований критерій визначення порогу виявлення деформацій, який дозволяє відокремлювати реальні зміщення від шумів вимірювань. У роботі проаналізовано вплив геометрії поверхні сканування, щільності хмар точок та умов знімання на величину мінімально виявлюваних деформацій. Встановлено, що нерівномірність покриття поверхні, наявність зон тінювання та складна морфологія рельєфу істотно підвищують рівень невизначеності, що безпосередньо впливає на точність визначення змін деформацій зсувних схилів. Обґрунтовано необхідність оптимізації конфігурації станцій сканування та параметрів знімання для підвищення достовірності результатів. У результаті дослідження встановлено, що мінімально виявлювані величини деформацій залежать від умов знімання, геометрії сканування та якості інтеграції даних і можуть перевищувати номінальну точність окремих методів. Практичне застосування (запропонованого підходу) виконаних досліджень дозволяє підвищити достовірність інтерпретації результатів моніторингу, зменшити ризик помилкових висновків та оптимізувати процес виконання польових робіт. Отримані результати можуть бути використані для вдосконалення систем геодезичного моніторингу зсувних процесів, а також при розробці методик оцінки та раннього попередження геодинамічних ризиків
АНАЛІЗ СУЧАСНИХ НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ З ПРАКТИЧНОГО ЗАСТОСУВАННЯ ПІДХОДІВ ДО ПОДРІБНЕННЯ МАГНЕТИТОВИХ КВАРЦИТІВ
У статті проведено систематизований аналіз сучасних наукових досліджень у галузі подрібнення магнетитових кварцитів – одного з найбільш енергоємних процесів у циклі збагачення залізних руд. Роз- глянуто пʼять ключових напрямів: технологічний, мінералогічний, магнітомінералогічний, математично- модельний та екологічний. Встановлено, що застосування валків високого тиску (HPGR) у замкненому циклі з віброгрохотом забезпечує вищий ступінь розкриття рудних зерен при нижчих питомих витратах електроенергії порівняно з традиційним кульовим подрібненням. Показано, що тривале подрібнення супро- воджується деградацією магнітних властивостей магнетиту внаслідок порушення доменної структу- ри та часткового окиснення з утворенням маггеміту і гематиту. З позицій наноструктурного підходу обґрунтовано, що зазначена деградація є закономірним наслідком переходу мінеральних зерен у нанодіа- пазон (1–100 нм) при надмірному механічному диспергуванні. Введено в науковий обіг концепцію вибухової підготовки руди як наноструктурно орієнтованого методу попереднього диспергування – зокрема, метод удосконаленого канального бойовика (УКБ), захищений патентами України. Доведено, що підвищення інтенсивності вибухового імпульсу в 40 разів порівняно зі стандартним підриванням забезпечує попереднє мікротріщиноутворення по межах зростання зерен магнетиту і кварцу ще на стадії карʼєрних робіт, що дозволяє скоротити тривалість наступного млинового подрібнення, зберегти магнітні властивості руд- ного мінералу та зменшити екологічне навантаження на хвостосховища
ГЕОМЕХАНІЧНИЙ АНАЛІЗ ВПЛИВУ ПІДЗЕМНОЇ ГАЗИФІКАЦІЇ ВУГІЛЛЯ НА ОСІДАННЯ ЗЕМНОЇ ПОВЕРХНІ І СТІЙКІСТЬ ПОКРИВНИХ ПОРІД ВУГЛЕПОРОДНОЇ ТОВЩІ
Підземна газифікація вугілля (ПГВ) – це чиста безлюдна технологія видобутку вугілля з великим потенціалом. До основних екологічних небезпек, які стримують широке застосування цієї технології, віднесено високий ризик осідання поверхні, затоплення та забруднення води через тріщинуватість та зміщення порід розкриву над порожнинами реактора. Утворення порожнин внаслідок газифікації спричиняє перерозподіл напружень у навколишніх породах, провокує ріст існуючих тріщин та утворення нових, що призводить до руйнування покрівлі реакторів, непружних деформацій порід покрівлі та притоків підземних вод до реакторів. Для подолання цих проблем важливим є забезпечення стійкості порід над порожнинами реакторів ПГВ. Роботу присвячено аналізу впливу підземної газифікації вугілля на розкривні породи та земну поверхню. Для моделювання поведінки порід під час газифікації тонкого вугільного пласта застосовувався паралелний метод КПТД та метод скінченних елементів у середовищі ANSYS, що дозволило визначити напружено-деформований стан та температурний розподіл у навколишніх породах. Результати показали, що при збереженні несучої здатності запобіжних ціликів осідання поверхні та переміщення порід залишаються в межах допустимих значень, забезпечуючи мінімальний ризик негативного впливу газифікації на поверхню. Для газифікації пласта товщиною 1,05 м на глибині 392–465 м вертикальні осідання поверхні не перевищували 46 мм при ширині цілика 3,75 м та 27 мм при ширині 15,0 м, а висота зони зміни напружень над порожниною не перевищувала 70 м. Руйнування ціликів між порожнинами вигазовування призводить до істотного збільшення осідань – у 11,7 та 19,9 рази відповідно, що ставить під загрозу суцільність водоносних горизонтів та наземну інфраструктуру
МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ СПРЯМОВАНОГО РУЙНУВАННЯ КРИСТАЛІЧНОГО СЕРЕДОВИЩА В КОМБІНОВАНОМУ РЕЖИМІ
Робота присвячена математичному моделюванню процесу спрямованого руйнування гірської породи в режимі комбінованого навантаження: при сполученні статичного напруження середовища до рівня, передуючого інтенсивному некерованому за напрямом розростанню в ньому мікротріщин, за допомогою невибухових руйнуючих сумішей (НРС), і з остаточним розколюванням по заданій площині субдинамічним нарощуванням напружень піроклинами. За даного режиму забезпечується повільне (7-20 годин) нарощування напружень до критичного рівня, понад якого в кристалічних середовищах починається спонтанний розвиток тріщин за типом ланцюгової реакції з повним псуванням блоків цінної продукції, запобігти чому передбачається на основі ідеї використання субдининамічної дії піроклина як тригера короткоуповільненого утворення відділяючої блок магістральної площини по лінії, заданій попередньо пробуреними в породі свердловинами або шпурами. Актуальність роботи зумовлена тим, що на практиці означена ідея цілком переконливо підтверджує свою доцільність, але потребує розробки відповідного теоретичного обґрунтування. Методично це пропонується на основі структурних і безструктурних моделей, із застосуванням надійно апробованого статистичного розподілу Вейбулла. За цих умов передбачається системний комплексний підхід щодо побудови моделей процесу розвитку напружено-деформованого стану з мікро- та макроруйнуванням кристалічних порід. Встановлено, що формування тріщин відділення блоків мають відповідати анізотропії породних масивів. Обґрунтовано, що, оскільки процеси росту магістральних тріщин протікають за різними законами в звичайній та субдинамічній постановці задачі руйнування, їх доцільно описувати аналітично з комплексно-системним урахуванням синергетичної дії, що підвищить адекватність розроблених моделей
СИНЕРГЕТИЧНА МОДЕЛЬ ІНТЕГРАЛЬНОЇ ОЦІНКИ МІННОГО РИЗИКУ В СИСТЕМІ ЦИВІЛЬНОГО ЗАХИСТУ
У статті досліджено проблему оцінювання мінного ризику у системі цивільного захисту в умовах масштабного мінного забруднення територій України. Обґрунтовано, що існуючі підходи до оцінювання мінної небезпеки переважно мають лінійний і фрагментарний характер, що не дозволяє повною мірою враховувати взаємодію технічних, територіальних, соціальних та управлінських чинників. Проаналізовано сучасний стан протимінної діяльності, а також наукові підходи до оцінювання ризику в гуманітарному розмінуванні та управлінні складними системами. Встановлено, що мінний ризик доцільно розглядати як інтегральну характеристику, яка формується внаслідок взаємодії множини факторів. Методологічною основою дослідження є системний та ризик-орієнтований підходи, а також методи аналізу, узагальнення, експертного оцінювання та елементи математичного моделювання. На основі зазначених підходів розроблено синергетичну модель інтегральної оцінки мінного ризику, яка враховує нелінійний ефект взаємодії факторів і дозволяє формалізувати рівень небезпеки на певній території. Наукова новизна дослідження полягає у розробці інтегрального показника мінного ризику, що враховує синергетичний ефект взаємодії технічних, територіальних, соціальних та управлінських чинників. Запропоновано факторну структуру мінного ризику, що включає технічні, територіальні, соціальні та управлінські складові. Здійснено сценарне моделювання для трьох типових умов: урбанізованих територій, сільськогосподарських угідь та лісових масивів. Сценарне моделювання показало, що інтегральний рівень мінного ризику визначається не лише окремими значеннями факторів, але й характером їх поєднання та взаємодії. Показано, що запропонована модель може використовуватися для ранжування територій за рівнем ризику, пріоритезації заходів розмінування, оптимізації розподілу ресурсів та підтримки прийняття управлінських рішень у системі цивільного захисту
НАУКОВО-МЕТОДИЧНІ ЗАСАДИ ОЦІНЮВАННЯ ПРОФЕСІЙНИХ РИЗИКІВ У МОРСЬКИХ ПОРТАХ НА ОСНОВІ ДВОКОНТУРНОЇ МОДЕЛІ ПОРТ-Р
У статті розглянуто проблему обмеженої придатності класичних методів оцінювання професійних ризиків для умов портів, де рівень небезпеки суттєво залежить від просторово-часової мінливості виробничого середовища. Метою дослідження є порівняльний аналіз наявних інструментів оцінювання ризику та розроблення авторської моделі динамічного оцінювання професійних ризиків у портах. У роботі використано системний і порівняльний аналіз, сценарне моделювання, а також елементи матричних і аналітичних методів оцінювання ризику. Запропоновано двоконтурну модель ПОРТ-Р, яка поєднує статичний «Паспорт ділянки» з оперативним динамічним чеклистом на основі п’яти макрозмінних: техніка, персонал, середовище, вантаж, бар’єри. Логіка моделі базується на виявленні відхилень від штатного режиму, застосуванні компенсаторних бар’єрів та ескалації управлінських рішень відповідно до концепції ALARP. Аргументацію працездатності моделі здійснено на основі масиву з понад 300 типових ризик-ситуацій. Наукова новизна полягає у розробленні моделі, що переводить результат статичного інженерного аналізу в оперативне рішення безпосередньо на місці виконання робіт, а також у впровадженні аналітичної петлі зворотного зв’язку для проактивного перекалібрування базових заходів безпеки на основі накопиченої статистики відхилень. Повномасштабна виробнича верифікація моделі потребує окремого етапу впровадження на рівні підприємства
РОЗРАХУНОК РИЗИКУ ТРАВМАТИЗМУ ПРАЦІВНИКІВ ВІД ВТОМИ
Мета дослідження – виявлення та математичне обґрунтування причинно-наслідкового зв'язку між розвитком втоми у працівників об’єктів критичної інфраструктури та зростанням рівня виробничого травматизму. Методика: Використано адаптовану модель «швейцарського сиру» для розрахунку ймовірності відмови захисних бар’єрів. Встановлено, що ймовірність відмови бар’єрів зростає в 4–16 разів під впливом військових та психосоціальних чинників. У статті проведено кількісну оцінку ризику виробничого травматизму працівників критичної інфраструктури, спричиненого хронічною втомою. Для моделювання використано адаптовану модель «швейцарського сиру» у поєднанні з методиками Layer of Protection Analysis (LOPA) та Human Error Assessment and Reduction Technique (HEART). Визначено ймовірності відмови організаційних, фізіологічних, діагностичних та технічно-наглядових бар’єрів у стресових умовах воєнного стану. Проведено розрахунок коефіцієнтів зростання ймовірності помилок під впливом військових, метеорологічних та психосоціальних чинників. Встановлено, що загальний ризик травматизму сягає 3,6–16,8% на одну критичну операцію, що відповідає критично неприйнятному рівню. Результати: Загальний ризик травматизму становить 3.6–16.8% на одну критичну операцію, що відповідає критично неприйнятному рівню. Доведено, що чинна організація праці (60-годинний робочий тиждень, відсутність ротації) є основним детермінантом зростання травматизму в енергетичному секторі України у 2025–2026 роках. Наукова новизна: Адаптація моделі «швейцарського сиру» для оцінки конвергенції військових, метеорологічних та психосоціальних чинників. Практична цінність: Розроблено рекомендації для збереження кадрового потенціалу, зокрема обов’язкова ротація, медичний скринінг, перегляд Закону № 2136-IX.
КОГНІТИВНІ ВИКРИВЛЕННЯ ТА МЕНТАЛЬНІ ПАСТКИ В УПРАВЛІННІ ПРОФЕСІЙНИМИ РИЗИКАМИ В СИСТЕМАХ УПРАВЛІННЯ ОХОРОНОЮ ЗДОРОВ’Я ТА БЕЗПЕКОЮ ПРАЦІ
Аналіз десяти найбільш небезпечних ментальних пасток (нормалізація невідповідностей, бажане мислення через упередження підтвердження, спотворення реальності пам’яттю, ілюзія невразливості, упередження авторитету, пастка інвестицій, ілюзія очевидності, ілюзія контролю та омана учасника інцидентів, упередження статукво, упередження виживання) показує, що вони систематично викривляють сприйняття небезпек, небезпечних чинників і професійних ризиків на всіх рівнях управління – від операційного до стратегічного. У роботі проведено аналіз найбільш небезпечних ментальних пасток, які викривляють сприйняття небезпек, небезпечних чинників і професійних ризиків у системах управління охороною здоров’я та безпекою праці. У дослідженні застосовано інтердисциплінарний системно-когнітивний підхід, що поєднує теоретико- аналітичні, моделювальні та прогностичні методи. Ментальні пастки, як передбачувані когнітивні патерни, спричиняють викривлення оцінки ризиків, ігнорування «слабких сигналів» небезпеки та підвищення ймовірності розвитку аварійних і катастрофічних подій, зокрема таких як аварії шатлів «Челленджер» і «Колумбія», Deepwater Horizon, Тенеріфе, Бхопал та інші. Найбільший вплив на викривлення сприйняття небезпек, небезпечних чинників і недооцінку професійних ризиків мають ментальні пастки, що діють довгостроково та накопичувально, зокрема: нормалізація невідповідностей та інцидентів (зсув межі прийнятного ризику в організації), пастка інвестицій (блокування припинення небезпечних дій заради «відшкодування» вкладених ресурсів), бажане мислення через упередження підтвердження (систематичне ігнорування тривожних сигналів), ілюзія контролю та омана учасника інцидентів (хибне відчуття безпеки через відсутність інцидентів) та інші. Наукова новизна полягає у обґрунтуванні, систематизації та ранжування за ступенем впливу на викривлення сприйняття професійних ризиків десяти найбільш небезпечних ментальних пасток саме з точки зору їхнього впливу на викривлення сприйняття небезпек, небезпечних чинників та професійних ризиків на всіх рівнях управління (від виконавця до топ-менеджменту), з акцентом на накопичувальний та синергетичний ефект. Практична цінність полягає у можливості їх безпосереднього використання для підвищення ефективності систем управління охороною здоров’я та безпекою праці на підприємствах різних галузей
АЛГОРИТМ ГРУПУВАННЯ ДЕТАЛЕЙ ІЗ УРАХУВАННЯМ ЗАВАНТАЖЕНОСТІ ОБЛАДНАННЯ
В статті представлені дослідження впливу чинників формування груп деталей на ефективність реалізації групового технологічного процесу, розроблення адаптованого до сучасних виробничих умов алгоритму групування за детале-операціями із урахуванням завантаженості верстатів. З урахуванням чинників розробленого алгоритму проведено конструктивно-технологічний аналіз для заданої групи деталей з урахуванням партії виробництва. Серед розглянутих можливих варіантів оброблення поверхонь заготованок, обрані більш раціональні за ознакою рівномірності завантаження технологічного обладнання. Розроблено альтернативний варіант групового технологічного процесу шляхом перерозподілу деталеоперацій із урахуванням чинника завантаженості токарних і фрезерних верстатів із ЧПК. В результаті було суттєво зменшено час простою задіяних верстатів із ЧПК, загальний час оброблення заготованок деталей зменшено на 40 %, час роботи токарного верстату із ЧПК зменшено на 30% у порівнянні із початковим варіантом оброблення. Встановлено закономірності впливу технологічних чинників на процес формування груп деталей при проектуванні групового технологічного процесу; розроблено алгоритм групування деталей, що дозволяє підвищити ефективність використання виробничих ресурсів; підтверджено ефективність запропонованого алгоритму на основі розрахунку та аналізу техніко-економічних показників. Запропоновано використання алгоритму групування деталей із урахуванням завантаженості верстатного обладнання в умовах серійного виробництва із використанням сучасних машинобудівних технологій. Раціональна організація технологічних процесів забезпечує підвищення продуктивності праці за рахунок забезпечення мінімізації часу простоїв обладнання та робочих, уможливлення визначення оптимальних розмірів партій оброблюваних деталей, зменшення кількості переналадок верстатів, отримання безперебійного подавання деталей до складання виробів
МЕТАЛОГРАФІЧНА ОЦІНКА ДЕГРАДАЦІЇ КОНСТРУКЦІЙНОЇ СТАЛІ ТРАНСПОРТНОЇ ЦИСТЕРНИ ПІСЛЯ БАГАТОРІЧНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ В УМОВАХ ІНТЕНСИВНИХ ДИНАМІЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ
У статті представлено результати металографічного дослідження впливу інтенсивних динамічних навантажень (вібрацій, ударних імпульсів, гідроударів, а також циклічних змін тиску під час маневрових робіт та гальмування) на мікроструктуру сталі котла транспортної цистерни після тривалої експлуатації (понад 30 років). Метою роботи було встановлення кількісних закономірностей деградації ферито-перлітної сталі 09Г2С в основному металі та зоні термічного впливу зварних швів, а також розробка науково обґрунтованих критеріїв для прогнозування залишкового ресурсу. Використано комплекс взаємодоповнюючих методів: оптичну та електронну мікроскопію, мікродюрометричний аналіз, кількісну металографію з визначенням об'ємної частки перліту та розміру феритного зерна, а також математичне моделювання дифузійних процесів. Експериментально встановлено, що в зоні термічного впливу частка перліту зменшується на 35–50%, мікротвердість підвищується до 175 HV, а розмір феритного зерна зростає до 28–35 мкм порівняно з основним металом (20–24 мкм). Розроблено математичні моделі, що описують зв'язок динамічних параметрів із мікроструктурними змінами: модифіковане рівняння Холла–Петча для оцінки межі текучості залежно від розміру зерна, залежність мікротвердості від кількості ударних імпульсів, рівняння дифузійного перерозподілу вуглецю (сфероїдизація перліту) та інтегральний критерій структурної деградації Sd, який враховує зміну трьох ключових параметрів: розміру зерна, об'ємної частки перліту та мікротвердості. Показано високу кореляцію (R² = 0,91) між параметром Sd та залишковим ресурсом котла, визначеним за нормативною методикою. Запропоновано аналітичний вираз для прогнозування залишкового ресурсу Rres = R₀·exp(–k·Sd), де R₀ = 32 роки, k = 2,8. Доведено, що макроскопічно незмінний метал може мати суттєві мікроструктурні пошкодження (Sd ≥ 0,3), що потребує обов'язкового металографічного контролю при подовженні терміну служби цистерн. Отримані результати є науковим підґрунтям для переходу від календарного планування ремонтів до стратегії технічного обслуговування за фактичним станом металу, що дозволяє підвищити безпеку залізничних перевезень, запобігти раптовим втомним руйнуванням та зменшити невиправдані експлуатаційні витрати на заміну котлів.
АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ВДОСКОНАЛЕННЯ СИСТЕМ СПИРАННЯ КОТЛІВ ВАГОНІВ-ЦИСТЕРН
У статті на основі критичного аналізу наявних науково-технічних рішень виявлено такі системні недо- ліки традиційних систем спирання котлів вагонів-цистерн, як: відсутність адаптації до змінних динаміч- них навантажень, концентрація напружень у зварних зонах, низька демпфувальна здатність. На відміну від більшості відомих робіт, які пропонують переважно силове підсилення конструкції, у дослідженні обґрун- товано принципово інший підхід – кероване зниження динамічного навантаження через введення фрикцій- них зв’язків із пружними елементами. Сформульовано наукову новизну: вперше запропоновано комплексний критерій оптимізації системи «котел – опори – рама», який одночасно враховує жорсткісні, дисипативні та геометричні параметри вузлів спирання. На основі аналізу наукових публікацій і технічних рішень визначено основні тенденції вдосконалення сис- тем спирання, серед яких – використання еластичних і фрикційних елементів, оптимізація геометричних параметрів опор та зниження матеріаломісткості конструкцій. Особливу увагу приділено застосуванню методів математичного моделювання та методу скінченних елементів для оцінки напружено-деформо- ваного стану вузлів взаємодії «котел – опори – рама». Виявлено, що врахування сил тертя та нелінійних контактних взаємодій дозволяє суттєво підвищити точність розрахунків і обґрунтованість інженерних рішень. Досліджено перспективні напрями модернізації, зокрема впровадження фрикційних зв’язків із пружними елементами, що забезпечують демпфування коливань і зниження рівня динамічних навантажень. Показа- но, що такі рішення дозволяють зменшити напруження у критичних зонах конструкції, підвищити ресурс експлуатації та знизити ймовірність виникнення аварійних ситуацій. Окремо розглянуто питання вдоско- налення технологій ремонту та підсилення опорних зон, включаючи використання накладок раціональної форми та підвищення якості зварних з’єднань. У результаті сформовано науково обґрунтовані рекомендації щодо оптимізації параметрів систем спирання котлів вагонів-цистерн. Отримані результати можуть бути використані у разі проєктування нових та модернізації наявних конструкцій рухомого складу, а також для вдосконалення нормативної бази у галузі вагонобудування.
МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ РУХУ РІДКОЇ ФАЗИ В ЧАШОВОМУ РОТАЦІЙНОМУ ДИСПЕРГАТОРІ
У статті досліджено процес руху рідкої фази в чашовому ротаційному диспергаторі, що застосову- ється для передпосівного оброблення насіннєвого матеріалу у псевдозрідженому шарі. Основною техноло- гічною вимогою є формування крапель малого діаметра (до 50 мкм), що забезпечує запобігання агломерації зерен і створення рівномірного захисного покриття. Проведено аналіз існуючих математичних моделей розпилення, який показав їх обмеженість щодо врахування псевдопластичних властивостей гетерогенних суспензій, конічної геометрії робочого органа та температурних обмежень, пов’язаних із термолабільніс- тю насіннєвого матеріалу. Запропоновано математичну модель руху рідини по конічній поверхні чашового диспергатора, яка базується на балансі відцентрових та в’язких сил і враховує реологічні властивості середовища за степеневим законом. У моделі враховано можливість переходу між одношаровим і двоша- ровим режимами течії плівки. Для визначення гідродинамічного режиму введено безрозмірний критерій Hg, який характеризує співвідношення інерційних та в’язких сил і дозволяє встановити умови існування ста- більного одношарового руху. Показано, що саме цей режим забезпечує формування крапель необхідного розміру. Отримано аналітичні залежності, що описують розподіл товщини плівки вздовж поверхні диспер- гатора, а також встановлено взаємозв’язок між витратою рідини, кутовою швидкістю обертання та діа- метром крапель. Додатково розроблено теплову модель, яка дозволяє оцінити температурний режим процесу та забезпечити обмеження температури поверхні насіння на рівні не вище 40°C для збереження його схожості. Результати числового моделювання підтверджують адекватність запропонованої моделі та демонструють можливість досягнення необхідних параметрів розпилення навіть для висококонцен- трованих суспензій. Отримані залежності можуть бути використані при проєктуванні та оптимізації диспергаторів і технологічних режимів обробки насіння
МАТЕМАТИЧНЕ ПРОГНОЗУВАННЯ КРИТИЧНИХ РЕЖИМІВ РУХУ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ З РІДКИМ НАПОВНЕННЯМ
Метою роботи є створення математичного апарату та алгоритмів для оперативного прогнозування виникнення критичних режимів (втрата курсової стійкості, перекидання) транспортних засобів із рідким наповненням. У дослідженні використано комплексний підхід: методи класичної механінки, гідродинаміки ідеальної нестисливої рідини, варіаційні методи, чисельне інтегрування диференціальних рівнянь руху в середовищі MATLAB/Simulink, а також другий метод Ляпунова для аналізу стійкості нелінійних систем. Додатково застосовано елементи обчислювальної гідродинаміки для верифікації результатів. Встановлено, що додавання однієї поздовжньої перегородки знижує амплітуду коливань на 35–40%, а комбінація поздовжньої та двох поперечних – на 60%, підвищуючи поріг виникнення критичного режиму на 25–30% за бічним прискоренням. Наукова новизна полягає в удосконаленні математичного апарату оцінки динамічних станів транспортних засобів із рідким вантажем шляхом введення критерію S(t) та функції Ляпунова для ідентифікації точок біфуркації в реальному часі. Практична цінність роботи полягає у створенні алгоритму, який може бути інтегрований в бортові системи активної безпеки для запобігання перекиданню автоцистерн, танк-контейнерів та залізничних вагонів-цистерн. Результати можуть бути використані при розробці міжнародних стандартів безпеки перевезень небезпечних вантажів. Запропонована модель дозволяє кількісно оцінювати ризик втрати стійкості з випередженням до 1.4 с, що достатньо для автоматичного гальмування. Доведено, що неповне заповнення (40–60%) є критичним фактором ризику, а встановлення перегородок суттєво підвищує безпеку. Подальші дослідження будуть спрямовані на врахування в'язкості нафтопродуктів при низьких температурах та використання нейронних мереж для зменшення обчислювальних витрат
ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ДРОНА ДЛЯ МОНІТОРИНГУ УМОВ ПРАЦІ ТА ТЕХНОГЕННОЇ БЕЗПЕКИ НА ПІДПРИЄМСТВАХ ГІРНИЧО-МЕТАЛУРГІЙНОГО КОМПЛЕКСУ
У статті досліджено ефективність застосування безпілотних літальних апаратів для моніторингу умов праці та параметрів техногенної безпеки на підприємствах гірничо-металургійного комплексу. Обґрунтовано актуальність переходу від традиційних дискретних методів контролю до безперервного кіберфізичного моніторингу виробничого середовища. Запропоновано концептуально-аналітичну модель системи моніторингу, у межах якої дрон розглядається як мобільний сенсорний агент, здатний забезпечувати просторово-часову безперервність збору даних. Сформовано багатокритеріальну систему оцінювання ефективності, що включає показники точності, оперативності, просторового покриття, надійності, енергоефективності та адаптивності. Встановлено, що експлуатаційні фактори, зокрема температура, запиленість, вібрації та електромагнітні завади, мають нелінійний вплив на метрологічні характеристики сенсорних систем, зумовлюючи зростання похибок вимірювань. Доведено, що застосування дронів дозволяє скоротити час збору інформації у 1,5–2 рази, забезпечити коефіцієнт просторового покриття до 0,8–0,9 та підвищити достовірність виявлення небезпечних факторів. Водночас виявлено компроміс між швидкістю переміщення платформи та точністю вимірювань, що потребує оптимізації режимів польоту та використання адаптивних алгоритмів керування. Оцінено економічну ефективність впровадження безпілотних технологій, яка формується як за рахунок зниження трудових витрат та часу виконання вимірювань, так і через зменшення виробничих ризиків. Визначено, що строк окупності системи становить у середньому 1,5–3 роки. Розроблено рекомендації щодо інтеграції дронів у систему управління охороною праці на основі принципів багаторівневої інтеграції, адаптивного моніторингу та даноорієнто- ваного управління ризиками
ЕКОЛОГІЧНІ РИЗИКИ ВИДОБУТКУ ТА ЗБАГАЧЕННЯ СИРОВИНИ ДЛЯ АКУМУЛЯТОРІВ ДЛЯ ЕЛЕКТРОМОБІЛІВ ТА ВАЖЛИВІСТЬ РОЗШИРЕНОЇ ВІДПОВІДАЛЬНОСТІ ВИРОБНИКА
У статті проаналізовано екологічні ризики видобутку, збагачення та переробки мінеральної сировини для виробництва акумуляторів електромобілів і визначено значення розширеної відповідальності виробника (РВВ) для зниження цього впливу. Охарактеризовано ключові матеріали батарейної індустрії – літій, кобальт, нікель, марганець і графіт – та показано їх роль у сучасних типах акумуляторів (NMC, NCA, LFP). Узагальнено дані щодо географії видобутку критичних мінералів і зростання глобального попиту на них у зв’язку з розвитком електромобільності. Окрему увагу приділено впливу на водні ресурси, ґрунти, екосистеми та атмосферне повітря, зокрема ризикам виснаження водоносних горизонтів, кислотного дренажу шахт, утворення хвостів збагачення, пилових і газових викидів. На основі підходу LCA показано, що виробництво електромобілів, особливо акумуляторів, формує вищий початковий екологічний слід порівняно з автомобілями з ДВЗ, однак упродовж експлуатації електромобілі забезпечують нижчі сукупні викиди парникових газів. Обґрунтовано, що РВВ, eco-design, due diligence ланцюгів постачання, recycling, second-life підходи та впровадження battery passport є системними інструментами переходу до циркулярної економіки. Методичну основу становлять аналіз наукових джерел, порівняльний опис технологічних етапів і систематизація екологічних ризиків. Сформульовано рекомендації щодо стандартизації сталого видобутку, розвитку «зелених» технологій переробки та посилення міжнародного регулювання у сфері EV-акумуляторів.
ГІДРОХІМІЧНА ОЦІНКА ЯКОСТІ ВОД РІЧКИ ДНІПРО В РАЙОНІ СКИДУ ПІДЗЕМНИХ І ПОВЕРХНЕВИХ СТОКІВ
У роботі здійснено оцінку якості поверхневих вод р. Дніпро в районі скиду стоків з дренажного колектора житлового масиву м. Дніпро. Актуальність дослідження зумовлена регулярним надходженням специфічних забруднювачів, а саме аніонних (АПАР) та неіоногенних (НПАР) поверхнево-активних речовин, у складі дренажних стоків урбанізованих територій, а також необхідністю оцінки їх впливу на стан водних об'єктів у межах великих промислових міст. Відбір проб води проводили з дренажного колектора та у р. Дніпро, вище точки скиду. Лабораторні дослідження виконано у сертифікованій науково-дослідній лабораторії гідроекології із застосуванням стандартизованих методів: гравіметричного, титриметричного, потенціометричного, спектрофотометричного ті інших. Встановлено, що більшість досліджених показників, а саме сухий залишок, жорсткість, хлориди, катіони натрію, лужність, водневий показник, у воді з колектора перевищують фонові значення річки, проте не виходять за межі нормативних вимог, що відповідає типовому хімічному складу підземних вод. Критичними є показники вмісту ПАР: концентрація АПАР у воді колектора наближається до ГДК, тоді як вміст НПАР перевищує допустиме значення більш ніж у 50 разів у воді колектора та більш ніж у 30 разів – у річковій воді, що свідчить про активне забруднення водного об'єкта. Отримані результати підтверджують необхідність модернізації систем водовідведення поверхневого та підземного стоку з територій щільної міської забудови і відповідають пріоритетам державної екологічної політики України у сфері охорони водних ресурсів
ДОСЛІДЖЕННЯ РОЗВИТКУ ПРОВАЛЬНИХ ЗОН ШАХТ ТА ЇХ ВПЛИВУ НА РОСЛИННИЙ ПОКРИВ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ МЕТОДІВ ДИСТАНЦІЙНОГО ЗОНДУВАННЯ
Дослідження спрямоване на вивчення просторово-часових змін провальної зони залізорудної шахти та кількісну оцінку її довготривалого деструктивного впливу на рослинний покрив прилеглих територій. В основу методики покладено просторово-часовий аналіз даних дистанційного зондування Землі за період 1941–2025 рр., який включає опрацювання історичної аерофотозйомки, а також сучасних матеріалів супутників Landsat і Sentinel-2. Для оцінки стану фітоценозів у буферних зонах 0–50, 50–100 м та на контрольній ділянці розраховано нормалізований вегетаційний індекс NDVI. Встановлено, що розширення провалу з 7,8 до 38,5 га достовірно описується логарифмічною залежністю та чітко поділяється на дві фази: активну до 1990 р. та стадію затухання. Доведено наявність вираженого просторового градієнта деградації рослинного покриву: у ближній буферній зоні 0–50 м частка щільної фітомаси становить лише 8,8%, а середні показники NDVI за останнє десятиріччя мають стійкий негативний тренд. Визначено, що у фазі затухання геомеханічних процесів просторовий розвиток провалу не зупиняється, а продовжується у вигляді кумулятивного ефекту, формуючи стрес для рослинного покриву прилеглих територій. Рекомендовано розвивати напрям від переходу від низькоефективної засипки провалів пустими породами до застосування технологій монолітного закладання утворених відкритих техногенних пустот на основі відходів збагачення залізних руд для надійного блокування зсувів та консервації порушених земель
ВПЛИВ СТРАТЕГІЇ ФОРМУВАННЯ НАВЧАЛЬНОГО ВІКНА НА ЯКІСТЬ ПЕРЕНАВЧАННЯ МОДЕЛІ XGBOOST В УМОВАХ КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ДРЕЙФУ B2B-ТРАНЗАКЦІЙ
Стаття містить порівняльне дослідження одинадцяти стратегій формування навчального вікна для алгоритму XGBoost у задачі бінарної класифікації успішності B2B-замовлень в умовах концептуального дрейфу. Дослідження виконано на деперсоніфікованому масиві 86 786 транзакцій промислової ERP- системи за період липень 2017 – листопад 2024 р. Оцінювання проводилося за преквенційним протоколом із щомісячним перенавчанням на 76-місячному горизонті. Порівнювалися чотири категорії стратегій: кумулятивна, фракційні (1/2, 1/3, 1/4), часові (3, 4, 6, 12 місяців) і лічильникові (3 000, 5 000, 10 000 записів). В результаті стратегія «часове вікно 6 місяців» показала найвище значення показнику ROC-AUC = 0,9440, найнижче LogLoss = 0,2732 та мінімальний коефіцієнт варіації (CV = 0,0269). Найгірший результат серед часових конфігурацій показала стратегія «Часове вікно 12 місяців» (ROC-AUC = 0,9302). Кумулятивна стратегія, попри доступ до понад 80 тис. записів на пізніх ітераціях, систематично поступалася більш оптимальним за розміром вікнам внаслідок ефекту «катастрофічного запам'ятовування» (Catastrophic Retention) – надмірного збереження нерелевантних застарілих патернів, симетричного до «катастрофічного забування» в нейронних мережах. Статистичну значущість відмінностей підтверджено критерієм Фрідмана (χ² = 99,89; p < 10⁻¹⁶; W = 0,131) та тестами Вілкоксона з поправкою Бонферроні (17 із 55 пар значущі при α = 0,05). Застосування стратегії, що відповідає часовому вікну 6 місяців (Time 6M) замість кумулятивної скорочує обчислювальні витрати вдвічі, реалізуючи принципи Green AI в промислових MLOps- конвеєрах.
РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ВИМІРЮВАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ВИЗНАЧЕННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ГАРЯЧОГО МЕТАЛУ
Отримати сляб із мінімальними показниками ступеню забруднення окалиною та втратами енерго- ресурсів є актуальним завданням металургійного виробництва. Робота присвячена підвищенню якості прокату шляхом модернізації та дослідження автоматизованої системи стеження за якістю очищення поверхні сляба від первинної окалини. Це дозволить системі керування стану реалізувати адаптивний алгоритм керування параметрами гідрозбиву за результатами оцінки стану якості поверхні слябу. Для цього досліджено оптичну систему дистанційного контролю температури прокату з тепловізором в якості первинного перетворювача. Отримано розрахункові залежності, що описують зміну потужності випромінювання від довжини оптичного каналу і величини зовнішніх збурюючих факторів. Також отримано аналітичні вирази і розроблена методика розрахунку статичної характеристики тепловізора в залежності від характеристик середовища поширення оптичного сигналу і випромінювальної здатності певних марок сталей. Теоретично доведено, що діаграма випромінюваних сигналів має широку спрямованість, тому результати вимірювань практично не залежать від кута та відстані установки пристрою до об’єкту контроля. З’ясовано, що для забезпечення високої точності вимірювання температури виникає необхідність експериментальної перевірки коефіцієнтів випромінювання ряду матеріалів з метою визначення фактичної величини ослаблення енергії інформаційного сигналу, а також коригування оптимальної довжини каналу. Проведені дослідження доводять адекватність розроблених моделей і свідчать, що запропонований первинний перетворювач для контролю температури на основі тепловізора може ефективно використовуватися в системах дистанційного контролю температури прокату
СЕГМЕНТАЦІЯ ПНЕВМОТОРАКСУ НА РЕНТГЕНОГРАМАХ ГРУДНОЇ КЛІТКИ: ПРОГРЕСИВНЕ ДОНАВЧАННЯ ТА УДОСКОНАЛЕННЯ ПРОГНОЗУ НА ОСНОВІ ПОРОГОВОЇ ОБРОБКИ
У статті розглянуто практичний підхід до сегментації пневмотораксу на рентгенограмах органів грудної клітки з використанням згорткової архітектури нейронної мережі типу U-Net із попередньо натренованим енкодером. Оскільки рентгенографія залишається найдоступнішим методом візуалізації, а виявлення невеликих колапсів легені є складним навіть для фахівців, розробка таких систем є вкрай актуальною. Запропонована методика поєднує поетапне донавчання моделі з прогресивною зміною просторової роздільної здатності від 512×512 до 1024×1024. Процес оптимізації включає поступове розморожування енкодера нейронної мережі, циклічний графік швидкості навчання та послідовне застосування функцій втрат: weighted binary cross-entropy, soft Dice і symmetric Lovasz. Експериментальне дослідження організовано у три послідовні етапи. Спочатку за однакової схеми навчання порівнюються три варіанти архітектури нейронних мереж (енкодери): ResNet34, EfficientNet та SE-ResNeXt-50. На другому етапі для найкращої архітектури аналізується залежність якості сегментації від порога бінаризації карти ймовірностей. На третьому етапі модель оцінюється за спільного контролю порога впевненості та мінімальної кількості позитивних пікселів, де занадто малі маски примусово скидаються до порожніх. Це відображає специфіку протоколу оцінювання SIIM-ACR, у якому правильне передбачення порожньої маски для негативних випадків має вирішальний вплив на підсумковий показник Dice. Результати доводять, що серед розглянутих варіантів SE-ResNeXt-50 забезпечує найкращий баланс. В аналізі лише за порогом упевненості оптимальним є значення 0.70. Проте найкращий підсумковий результат досягається за комбінованої схеми: поріг упевненості 0.55 разом із мінімальним порогом позитивних пікселів 2000. Це ефективніше пригнічує хибнопозитивні дрібні області, не погіршуючи сегментацію значущих випадків. Отримані дані свідчать, що вибір робочої точки є невід’ємною складовою алгоритму сегментації, яку необхідно звітувати нарівні з архітектурою та деталями навчання.