Научный вестник ДГМА 2009 № 01

Подождите немного. Документ загружается.

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

де T – «температура», що відповідає за частоту вибору не найкращого рішення;

State∈x

– поточний стан, який спостерігається агентом;

Action

∈

– дія агента; Q(s,a) – про-

гнозована корисність.

Зміна уявлень про корисність дій відбувається на основі наступної формули:

)],(),(max)[,(),(),(

1 ttttttttttt

asQasQrasasQasQ

−

+←

, (2)

де s – стан; a – дія; t – поточний момент часу; Q(s,a) – прогнозована корисність;

– нагорода окремого агента в момент t; 0 ≤

),( as

≤ 1 – інтенсивність навчання в залеж-

ності від часу; 0 ≤

< 1 – міра впливу перспективи нового стану на оцінку дії.

Фундаментальною задачею в дослідженні агентно-орієнтованого підходу є побудова

системи, у якій агент зможе пристосуватися до будь-якого середовища, в яке він потрапить.

В даному проекті був розроблений уніфікований підхід до опису середовища та поведінки

агента в ньому. Будь-яке середовище в реалізованій системі складається із детермінованих

станів, кожен з яких визначає для агента свої правила поведінки.

Функціонування агента в середовищі побудованої системи відбувається в такій послі-

довності:

1. Рух агента в середовищі: зміна поточного стану.

2. Перевірка нового стану на обмеження.

3. Виконання агентом дій над поточним станом, якщо це передбачають правила цього

середовища та цього стану.

4. Нагорода агента (підкріплення).

5. Навчання агента.

Після цього цикл повторюється.

Одним із найпростіших прикладів функціонування системи є задача проходження ла-

біринту, що найчастіше розглядається як тест на інтелектуальність поведінки тварин, оскіль-

ки передбачає накопичення та подальше використання досвіду. На рис. 2 зображено рух аге-

нтів в середовищі лабіринту, а на рис. 3 – графік, який ілюструє поступовий прогрес агентів

задля досягнення оптимальної стратегії поведінки.

Агенти розробленої системи, опиняючись в лабіринті, вже за кілька ітерацій безпоми-

лково проходять його. Для цього використовується селекційний відбір агентів, коли досвід

найуспішнішого з них передається наступному поколінню.

Рис. 2. Розв’язок задачі проходження лабіринту чотирма навченими агентами

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

Рис. 3. Ілюстрація процесу пошуку оптимальної стратегії поведінки у шістьох агентів

з різними коефіцієнтами інтенсивності навчання

Використання уніфікованого підходу до опису середовищ дозволяє сумістити різні їх

типи в одному проекті, а також комбінувати різні типи середовищ з метою створення ієрар-

хічних рівнів агентів та середовищ. Повністю відповідаючи гіпотезі про простоту, такий

під-

хід дозволяє розв’язати за допомогою простих агентів та складного середовища дуже складні

задачі.

Одним із прикладів є задача моделювання споживчої поведінки, вона ж є задачею ве-

дення передвиборчої кампанії. Комбінуючи ієрархічні середовища «Кандидатів» та «Вибор-

ців», ми отримуємо нове «Комплексне середовище», що і стає проблемою, для якої ця

муль-

тиагентна система є рішенням.

ВИСНОВКИ

Розроблена система дозволяє досліджувати та моделювати поведінку інтелектуально-

го агента для широкого переліку сфер застосування і типів середовищ, уникаючи проблеми

розробки вузькоспеціалізованих онтологій та складної інтеграції інтерактивних інструментів.

Уніфікований підхід дозволяє розв’язувати за допомогою єдиної системи найрізнома-

нітніші завдання, найскладнішим із яких є моделювання соціальних явищ та дослідження со-

ціальних аспектів інтелекту, зокрема виявлення закономірностей та механізмів функціону-

вання складних розподілених соціальних систем.

Застосування реалізованої програми можливо у формуванні віртуальних організацій,

колективів роботів, у транспортних задачах, а також у таких сферах, як консалтингові послу-

ги, метою яких є надання інформації про найкращі дії для позитивного розвитку ситуації, бі-

знес-застосунки для вивчення можливих варіантів поведінки в конкурентному середовищі,

дослідження стратегій політичної боротьби.

ЛІТЕРАТУРА

1. Варшавский В. И. Оркестр играет без дирижера : размышления об эволюции некоторых техниче-

ских систем и управлении ими / В. И. Варшавский, Д. А. Поспелов ; изд. 2-е, доп. – М. : Книжный дом «Либро-

ком», 2009. – 224 с.

2. Тарасов В. Б. Агенты, многоагентные системы, виртуальные сообщества : стратегическое направ-

ление в информатике и искусственном интеллекте / В

. Б. Тарасов // Новости искусственного интеллекта. –

1998. – № 2. – С. 5–63.

3. Городецкий В. И. Многоагентные системы (обзор) / В. И. Городецкий, М. С. Грушинский, А. В. Ха-

балов // Новости искусственного интеллекта. – 1998. – № 2. – C. 64–117.

4. Рассел Стюарт. Искусственный интеллект: современный подход / Рассел Стюарт, Норвиг Питер ;

2-е изд. ; пер. с англ. – М. : Вильямс, 2006. – 1408 с.

5. Тарасов

В. Б. От многоагентных систем к интеллектуальным организациям : философия, психоло-

гия, информатика / В. Б. Тарасов. – М. : Эдиториал УРСС, 2002. – 352 c.

6. Application of agents and intelligent information technologies / [Vijayan Sugumaran, editor]. – Idea Group

Publishing, 2007. – 377 с.

7. Цетлин М. Л. Исследования по теории автоматов и моделирование биологических систем /

М. Л. Цетлин. – М. : Наука, 1969. – 316 с.

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРНОГО СТРОЕНИЯ ЭЛЕКТРОДНОГО

ПОКРЫТИЯ И РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ АППРЕТИРОВАНИЯ

Бондарев С. В.

С целью определения оптимального времени аппретирования покрытий электродов

для ручной дуговой сварки и наплавки была разработана модель структурного строения

электродного покрытия и процессов, происходящих при его аппретировании. Причиной по-

ристости электродных покрытий, замешанных на жидком стекле, является испарение воды,

содержащейся в растворе жидкого стекла, в процессе сушки и прокалки готовых электродов.

Определив объем испарившейся воды, можно определить величину пористости, необходи-

мую для расчета коэффициента фильтрации.

З метою визначення оптимального часу аппретирування покриттів електродів для ру-

чного дугового зварювання й наплавлення була розроблена модель структурної будови елек-

тродного покриття й процесів, що відбуваються при його аппретируванні. Причиною порис-

тості електродних покриттів, замішаних на рідкому склі, є випар води, що втримується

в розчині рідкого скла, у процесі сушіння й прокалці готових електродів. Визначивши обсяг

води, що випарувалася, можна визначити величину пористості, необхідну для розрахунку

коефіцієнта фільтрації.

With the purpose of definition of optimum time of impregnation of coverings of electrodes

for manual arc welding and surfacing the model of a structural structure of an electrode covering

and processes occurring at it impregnation was developed. The cause of the porosity of electrode

coatings that are involved in the liquid glass, is the evaporation of water contained in a solution of

sodium silicate, in the process of drying and calcining of finished electrodes. After determining the

amount of evaporated water can determine the porosity necessary for calculating the filtration coef-

ficient.

Бондарев С. В. ассистент кафедры ОиТСП ДГМА

sp@dgma.donetsk.ua

ДГМА – Донбасская государственная машиностроительная академия

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

УДК 621.791.75

Бондарев С. В.

МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРНОГО СТРОЕНИЯ ЭЛЕКТРОДНОГО

ПОКРЫТИЯ И РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ АППРЕТИРОВАНИЯ

Борьба с увлажнением покрытия электродов для ручной дуговой сварки в процессе их

хранения является одной из наиболее актуальных задач сварочного производства. Для по-

вышения гидрофобных свойств покрытых электродов был разработан специальный состав

влагостойкой композиции, содержащей малополярные мономеры винильного или алкильно-

го ряда [1]. Электроды обрабатываются способом аппретирования при погружении их ванну

с раствором влагостойкой композиции на некоторое время, затем производится реакция по-

лимеризация мономеров. При этом следует с довольно высокой точностью дозировать коли-

чество полимеризирующейся композиции, так как, с одной стороны, ее должно быть доста-

точно для образования полимерной пленки на всей поверхности электродного покрытия,

а с другой, увеличение содержания полимера может привести к насыщению металла шва во-

дородом при термодеструкции [1–3].

Целью данной работы является построение модель электродного покрытия и процес-

сов, происходящих при его аппретировании, для более точного регламентирования времени

аппретирования электродного покрытия в процессе его гидрофобизации.

Электродное покрытие представляет собой типичное капиллярно-пористое тело [2],

поэтому процесс аппретирования, т.е. пропитывания покрытия раствором влагостойкой ком-

позиции, можно описать при помощи уравнения фильтрации Дарси [3]:

сеч

Δ⋅⋅

⋅=Δ

, (1)

где ΔW – объем жидкости, прошедшей через некоторое сечение F

ceч

за время Δt, м

;

К – коэффициент фильтрации Дарси, м/сек;

Δр – потеря давления на участке Δl фильтрации, н/м

;

– удельный вес жидкости в н/м

Коэффициент фильтрации может быть найден по следующим зависимостям:

kK = , (2)

где k – коэффициент проницаемости, м

;

– коэффициент динамической вязкости жидкости, Н⋅сек/м

;

Или:

()

εφ

mfdK

⋅⋅= , (3)

где d

– так называемый действующий или эффективный диаметр частиц капиллярно-

пористого тела;

f (m,

) – функция, зависящая от пористости капиллярно–пористого тела m, кривиз-

ны пути

, по которому движутся частицы жидкости в каналах пор и шероховатости поверх-

ности пор

, и рассчитывается по формуле:

()

−

136

εφ

, (4)

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

где n и m – соответственно поверхностная и объемная пористость электродного

покрытия.

Из формул (2) и (3) следует, что коэффициент проницаемости:

()

εφ

mfdk

⋅= . (5)

Тогда общий закон фильтрации можно выразить:

сеч

Δ⋅⋅

⋅=Δ

. (6)

Формула (6) обладает тем преимуществом, что коэффициент проницаемости k зависит

только от свойств капиллярно-пористого тела и мало изменяется при изменении условий

фильтрации (не зависит от рода жидкости и т. д.).

Таким образом, для вычисления коэффициента проницаемости k необходимо опреде-

лить эффективный диаметр d

, поверхностную и объемную пористость – n и m.

Ввиду того, что частицы, из которых состоит электродное покрытие, имеют непра-

вильную форму и самые разнообразные размеры, представляется затруднительным опреде-

ление требуемых параметров, поэтому необходимо построить упрощенную модель струк-

турного строения электродного покрытия. В качестве такой модели можно представить ка-

пиллярно-пористое тело, составленное из шарообразных частиц одинакового диаметра. Та-

кое капиллярно-пористое называется фиктивным и легче поддается теоретическому анализу.

Пусть мы имеем некоторый объем V

реального КПТ; все содержащиеся в нем части-

цы занимают некоторый объем V

. Общий объем капилляров и пор, заключенных в этом объ-

еме, будет:

213

VVV

−

и очевидно, что это и есть та часть объема КПТ, которая может быть заполнена жид-

костью. Объемная пористость – отношение общего объема пор ко всему объему КПТ – опре-

деляется по формуле:

m −=

−

== . (7)

Пористость фиктивного КПТ можно определить из следующих геометрических сооб-

ражений.

Очевидно, величина пористости будет зависеть от относительной конфигурации ша-

ров. Так как все шары одинакового диаметра, то расстояние между центрами двух соприка-

сающихся шаров будет равно сумме их радиусов, т. е. их диаметру. Таким образом, расстоя-

ния между центрами всех шаров, из которых построено фиктивное КПТ, будут одинаковы-

ми. Центры каждых восьми соприкасающихся шаров будут расположены в вершинах ромбо-

эдра, каждая грань которого является ромбом (рис. 1).

Рис. 1. Основная модель капиллярно-пористого тела

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

Таким образом, ромбоэдр является основной моделью для фиктивного КПТ. Различ-

ные расположения шаров фиктивного КПТ колеблются между двумя крайними конфигура-

циями: первая (рис. 2, а) – соответствует теснейшему расположению шаров, а вторая (рис. 2, б)

соответствует их наиболее свободному расположению (при условии взаимного прикосновения).

Рис. 2. Крайние конфигурации расположения частиц капиллярно-пористого тела

Очевидно, угол

ромба (рис. 3, а), из которого образованы грани ромбоэдра, будет

изменяться в пределах от 90 ° (рис. 3, б) до 60 ° (рис. 3, в).

Рис. 3. Пределы изменения угла ромбоэдра

Выразив объемы V

и V

через диаметр шарообразных частиц в зависимости от вели-

чины угла

cos21

cos1

sin

+⋅

⋅

; (8)

⋅

. (9)

После преобразований получим формулу для расчета объемной пористости:

cos21)cos1(6

θθ

+−

−=m (10)

Поверхностная пористость:

n −==

(11)

где S – площадь прохода между шарами в плоскости, содержащей их центры:

SSS

−

(12)

– площадь ромба;

– площадь четырех частей круга (см. рис. 1).

В зависимости от угла

sin4

1−=n . (13)

а б

а вб

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

При добавлении в сухую шихту связующего (жидкого стекла) вокруг твердой частицы

образуется тонкая жидкостная пленка. При дальнейшем введении жидкого стекла толщина

пленки возрастает и происходит заполнение пространства между частицами, как показано на

рис. 4.

Рис. 4. Частицы покрытия, скрепленные связующим

При определенном количестве связующего произойдет заполнение всего свободного

пространства между частицами шихты. Критический объем связующего при этом должен

быть равен общему объему капилляров и пор:

cos21

cos1

sin

213

VVVV

⋅

−+⋅

⋅

=−==

. (14)

Объемная доля связующего:

cos21

cos1

sin

⋅

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⋅

−+⋅

⋅

;

)cos1(

cos21sin6

−

+⋅

+⋅⋅

θπ

θθ

k . (15)

В случае электродного покрытия можно предположить, что угол θ имеет минималь-

ное значение 60 °, тогда критическое значение k

= 0,56.

ВЫВОДЫ

В реальном электродном покрытии при минимальной массовой доле жидкого стекла

0,25 и плотности 1,51 объемная доля составляет примерно 0,63, следовательно, связующего

достаточно, чтобы заполнить все свободное пространство и исключить пористость. Это

и происходит, например, при использовании в качестве связующего бакелитовых смол или

лаков [4]. Однако при использовании в качестве связующего водного раствора жидкого стек-

ла, как показывает практика, электродное покрытие всегда обладает развитой пористостью,

независимо от количества связующего. Отсюда можно сделать вывод, что причиной порис-

тости электродных покрытий, замешанных на жидком стекле, является испарение воды, со-

держащейся в растворе жидкого стекла, в процессе сушки и прокалки готовых электродов.

Определив объем испарившейся воды можно определить величину пористости, необходи-

мую для расчета коэффициента фильтрации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кассов В. Д. Оптимизация состава влагостойких композиций электродов / В. Д. Кассов, С. В. Бон-

дарев // Вісник СНУ. – Луганськ : СНУ, 2002. – № 7. – С. 95–98.

2. Скорина Н. В. Требования к условиям хранения и подготовки к сварке покрытых металлическим

электродов / Н. В. Скорина, Б. В. Юрлов // Сварщик. – 1999. – № 3. – С. 14–17.

3. Гудилин Н. С. Гидравлика и гидропривод / Н. С. Гудилин. – М. : ММГУ, 2001. – 520 с.

4. Рогова Е. М. Влагостойкость электродов с пластмассовым покрытием / Е. М. Рогова // Сварочное

производство. – 1960. – № 5. – С. 23–25.

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

МОДЕЛИРОВАНИЕ В СРЕДЕ АUTOСAD НАРЕЗАНИЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

НА ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКАХ

Владимиров Э. А.

Разработана методика моделирования в среде АutoСAD нарезания зубчатых колес зу-

борезной гребенкой, которая характеризуется хорошей наглядностью и высокой точностью.

Нарезание можно проводить при любых значениях основных параметров: модуля, числа

зубьев, коэффициента смещения, угла профиля зуба рейки. Важным достоинством методики

является возможность последующего использования полученных объектов для моделирова-

ния зубчатого зацепления и изучения его геометрических и кинематических свойств. Вне-

дрение методики в учебный процесс позволило повысить наглядность и снизить трудоем-

кость курсового проекта по ТММ.

Розроблено методику моделювання в середовищі АutoСAD нарізання зубчастих коліс

зуборізною гребінкою, яка характеризується гарною наочністю й високою точністю. Нарізу-

вання можна проводити при будь-яких значеннях основних параметрів: модуля, числа зубів,

коефіцієнта зміщення, кута профілю зуба рейки. Особливою перевагою методики є можли-

вість подальшого використання отриманих об'єктів для моделювання зубчастого зачеплення

і вивчення його геометричних і кінематичних властивостей. Впровадження методики в на-

вчальний процес дозволило підвищити наочність і знизити трудомісткість курсового проекту

з ТММ

А method of modeling in the environment АutoСAD cut gears gear cutting combed, which

is characterized by good visibility and high accuracy. Cutting can be done for any values of the

main parameters: the module, the number of teeth, the rate of displacement, angle of the tooth pro-

file slats. An important advantage of the methodology is the possibility of subsequent use of the fa-

cilities for modeling toothing and study its geometric and kinematic properties. Implementation of

the methodology in the teaching process has enhanced the visibility and reduce labor intensity and

course project on the TMM.

Владимиров Э. А. канд. техн. наук, доц. кафедры ОКММ ДГМА

okmm@dgma. donetsk.ua

ДГМА – Донбасская государственная машиностроительная академия

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

УДК 621.01

Владимиров Э. А.

МОДЕЛИРОВАНИЕ В СРЕДЕ AUTOCAD НАРЕЗАНИЯ ЗУБЧАТЫХ

КОЛЁС НА ЗУБООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКАХ

Наиболее эффективным способом изготовления эвольвентных зубчатых колёс являет-

ся способ обкатки [1]. При реализации этого способа на зубодолбёжном станке в качестве

режущего инструмента используется зубчатое колесо, снабжённое режущими кромками

и называемое зубчатым долбяком. На этих станках могут быть изготовлены колёса, как

с внешними, так и внутренними зубьями. В процессе изготовления колеса заготовке сообща-

ется вращательное движение вокруг её оси, а долбяку вращательное движение вокруг его оси

и поступательное движение резания параллельно оси заготовки. Долбяк может иметь любое

число зубьев. При стремлении числа зубьев долбяка к бесконечности он превращается в рей-

ку, зубья которой имеют прямолинейные очертания, что позволяет повысить точность наре-

зания. Рейка, зубья которой снабжены режущими кромками, называется зубчатой гребёнкой.

При таком способе нарезания, который реализуется на зубострогальном станке, заготовке

сообщается вращение вокруг её оси, а гребёнке два поступательных движения: одно вдоль её

продольной оси и другое (движение резания) вдоль оси заготовки. Поскольку процесс дви-

жения рейки вдоль продольной оси является дискретным, боковая поверхность зуба не явля-

ется точной эвольвентой, а представляет собой ломаную линию, отклонение которой от тео-

ретической эвольвенты зависит от величины шага продольного движения гребёнки. Этого

можно избежать, нарезая зубья червячной фрезой на зубофрезерном станке. В этом случае

сечение витков фрезы нормальной плоскостью может в точности воспроизводить профиль

зубчатой гребёнки, в связи с чем относительное положение и характер движения режущего

инструмента и заготовки на этих станках аналогичны.

При подготовке инженеров-механиков в вузе большое внимание уделяется изучению

теоретических аспектов изготовления зубчатых колёс и их геометрии в рамках курса теории

механизмов и машин. В связи с этим этот материал включается не только в лекционный

курс, но и является объектом лабораторного практикума, а также непременной составной ча-

стью курсового проекта.

Так, в лабораторном практикуме по ТММ используется специальная лабораторная ус-

тановка ТММ-42 [2], которая позволяет моделировать на бумажной заготовке

нарезание зуб-

чатого колеса.

При курсовом проектировании практически во всех руководствах, например в учеб-

ном пособии [3], рекомендуется построение зацепления зубчатых колёс вручную.

Перечисленные способы имеют существенные недостатки: низкую точность, боль-

шую трудоёмкость, отсутствие связи между процессом нарезания зубчатых колёс и синтезом

зубчатого зацепления.

Ранее с целью интенсификации лабораторного практикума и

существенного расшире-

ния диапазона параметров нарезаемых зубчатых колёс нами была разработана программа для

среды Turbo Pasсal по моделированию нарезания зубчатых колёс без ограничения величины

основных параметров: модуля, числа зубьев, коэффициента смещения [4]. При всей нагляд-

ности результатов работы этой программы, в частности возможности сравнивать профили

зубьев, нарезанных при разных исходных параметрах, была невозможной оценка точности

полученных результатов, а полученные модели колёс невозможно было использовать в даль-

нейшем.

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

Целью настоящей работы является разработка методики моделирования нарезания

зубчатых колёс и синтеза зубчатого зацепления, лишённая перечисленных недостатков

на базе использования среды AutoCAD.

На рис. 1 представлен контур зубчатой гребёнки со стандартными параметрами, вы-

раженными через модуль нарезаемого колеса.

0,25

0,38m

Рис. 1. Контур зубчатой гребёнки

Построение этого контура в среде AutoCAD не представляет затруднений. Целесооб-

разно построить профиль гребёнки с модулем m = 10 мм и все дальнейшие построения вы-

полнять для этой гребёнки независимо от действительного модуля зубчатого колеса. Тогда

окончательный результат построений может быть получен с помощью масштабирования по

команде МАСШТАБ (SCALE) с

коэффициентом масштабирования равного m/10. Смысл ок-

ружности радиусом 7,854 мм с центром на пересечении средней линии гребёнки и боковой

поверхности зуба гребёнки будет рассмотрен ниже.

Исходными данными для моделирования зубчатого колеса является число зубьев Z

и коэффициент смещения X, величина которого может быть положительной, отрицательной

или равна нулю. Рассмотрим процесс моделирования нарезания зубчатого колеса.

Прежде всего, необходимо построить начальное положение заготовки и гребёнки. Для

этого необходимо построить делительную окружность зубчатого колеса, диаметр которой

d = mZ и профиль гребёнки таким образом, чтобы средняя линия рейки отстояла от дели-

тельной окружности на величину смещения, равного mX. При положительном смещении

рейку следует отодвинуть от центра заготовки на эту величину, а при отрицательном смеще-

нии приблизить к центру.

На рис. 2 показано положение рейки без смещения.

Рис. 2. Положение гребёнки относительно заготовки