ìàøèíîñòðîåíèÿOrlov A. V. — Dynamic loads brought about by wear out of working area...

ÅÆÅÌÅÑß×ÍÛÉ ÍÀÓ×ÍÎ-ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÈÉ È ÏÐÎÈÇÂÎÄÑÒÂÅÍÍÛÉ ÆÓÐÍÀË

ÈÇÄÀÅÒÑß Ñ ÍÎßÁÐß 1921 ÃÎÄÀ

ìàøèíîñòðîåíèÿ

Журнаë зареãистрирован 19 апреëя 2002 ã.

за № 77-12421 в Коìитете Российской Феäераöии

по пе÷ати

У÷реäитеëü: А.И. Савкин

Отпе÷атано в ООО "Беëый ветер",

115407, ã. Москва, Наãатинская наб., ä. 54, поì. 4

А д р е с р е д а к ц и и:

107076, Москва,

Стромынский пер., 4.

Телефон: 8-(499)-748-02-91.

E-mail: [email protected]

www.mashin.ru

Журнал входит в перечень утвержденных ВАК РФ изданий для публикации трудов соискателей ученых степеней

Æóðíàë ïåðåâîäèòñÿ íà àíãëèéñêèé ÿçûê,

ïåðåèçäàåòñÿ è ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ

âî âñåì ìèðå ôèðìîé

"Àëëåðòîí Ïðåññ" (ÑØÀ)

ÎÎÎ «Èçäàòåëüñòâî Ìàøèíîñòðîåíèå»

107076, Ìîñêâà, Ñòðîìûíñêèé ïåð., 4

Инäексы: 70120 ("Роспе÷атü"),

27841 ("Пресса России"),

60264 ("По÷та России")

Цена свобоäная

Главный редактор A.И. САВКИН

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:

Алешин Н.П., ä-р техн. наук, акаä. РАН, Братухин А.Г.,

ä-р техн. наук, Воронцов А.Л., ä-р техн. наук, Гусейнов А.Г.,

ä-р техн. наук, Дмитриев А.М., ä-р техн. наук, ÷ëен-корр.

РАН (преäсеäатеëü секöии обработки ìатериаëов без

снятия стружки), Драгунов Ю.Г., ä-р техн. наук, ÷ëен-

корр. РАН, Древаль А.Е., ä-р техн. наук (преäсеäатеëü

секöии техноëоãии ìаøиностроения), Дроздов Ю.Н.,

ä-р техн. наук, акаä. РИА и РАК (преäсеäатеëü секöии

конструирования и рас÷ета ìаøин), Кутин А.А., ä-р техн.

наук, Омельченко И.Н., ä-р техн. и экон. наук (преä-

сеäатеëü секöии орãанизаöии и эконоìики произвоä-

ства), Кузин В.В., ä-р техн. наук, Попов Д.Н., ä-р техн.

наук, Попов А.В., ä-р техн. наук, Рыбин В.В., ä-р техн.

наук, ÷ëен-корр. РАН, Салтыков М.А., ä-р техн. наук,

Трегубов Г.П., ä-р техн. наук, Скугаревская Н.В. (ответст-

венный секретарü)

СОДЕPЖАНИЕ CONTEN T SÊÎÍÑÒPÓÈPÎÂÀÍÈÅ, PÀÑ×ÅÒ, ÈÑÏÛÒÀÍÈß È ÍÀÄÅÆÍÎÑÒÜ ÌÀØÈÍ DESIGN, CALCULATION, TESTS AND RELIABILITY OF MACHINES

Áëèíîâ Ä. Ñ., Øàòèëîâ À. À. — Èññëåäîâàíèå íàïðÿæåííî-äåôîðìèðîâàííîãîñîñòîÿíèÿ ðàçðåçíûõ öàíã . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Blinov D. S., Shatilov A. A. — Investigation of stress and strain state of splitgrips

Ïîëÿêîâ Á. Í. — Íàïðÿæåííî-äåôîðìèðîâàííîå ñîñòîÿíèå òÿæåëîíàãðóæåííûõøàòóíîâ ìåõàíèçìà ðåçàíèÿ çàãîòîâî÷íûõ íîæíèö . . . . . . . . . . . . . 8

Polyakov B. N. — The stress and strain state of heavy duty piston-rods ofcutting shears slicing mechanism

Äàðøò ß. À., ×åðíÿêîâ À. À. — Èññëåäîâàíèå çîíû íå÷óâñòâèòåëüíîñòè ñêîðîñòíîéõàðàêòåðèñòèêè ãèäðîïåðåäà÷è ñ àêñèàëüíî-ïëóíæåðíûì íàñîñîì . . . . . 12

Darsh Ya. A., Chernyakov A. A. — Investigation of blanking zone of speed-characteristic of hydraulic drive equipped with axial-plunger pump

Êðàñèëüíèêîâ À. ß., Êðàñèëüíèêîâ À. À. — Ðàñ÷åò ñèëû âçàèìîäåéñòâèÿ(îòòàëêèâàíèÿ) âûñîêîêîýðöèòèâíûõ ïîñòîÿííûõ ìàãíèòîâ â òîðöåâûõ ìàãíèòíûõìóôòàõ è ïëîñêèõ ìàãíèòíûõ ñèñòåìàõ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Krasil’nikov A. Ya., Krasil’nikov A. A. — Computation of exchange force(repulsive force) of high-coercivity constant right prism form magnets settledin frontal magnetic clutches and in horizontal magnetic structures

Ìóðçàãàëèåâ À. Æ., Íåêðàñîâ Â. Ã. — Ðàçðàáîòêà âèíòîâûõ ðîòîðîâ äëÿ äâèãàòåëÿâûñîêîãî ðàñøèðåíèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Murzagaliev A. Zh., Necrasov V. G. — Helical rotor development for high-extension engine

Áóçàíîâñêèé Â. À. — Íàïðàâëåíèÿ ðàçâèòèÿ ãàçîâûõ íàíîñåíñîðîâ: ¸ìêîñòíûå,àêóñòè÷åñêèå, ðåôðàêòîìåòðè÷åñêèå è èîíèçàöèîííûå ñ óãëåðîäíûìè íàíî-òðóáêàìè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Buzanovsky V. A. — Trends of autogenous nanosensors: capacitive, sonorous,refractometric and ionization based on carbon nanotubes

Ãåðàñèí À. À., Èñìàãèëîâ Ô. Ð., Õàéðóëëèí È. Õ., Âàâèëîâ Â. Å.,Îõîòíèêîâ Ì. Â. — Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü ñèñòåìû ýëåêòðîìàãíèòíîãîóïðàâëåíèÿ ãèáðèäíûìè ìàãíèòíûìè ïîäøèïíèêàìè . . . . . . . . . . . . 30

Gerasin A. A., Ismagilov F. R., Khairullin I. Kh.,Vavilov V. E., Ohotnikov M. V. —Mathematical model of electromagnetic control system of hybrid magneticbearings

Öèêë ñòàòåé«Ïðîáëåìû òðèáîëîãèè — òðåíèÿ, èçíàøèâàíèÿ è ñìàçêè»

A series of articles«Problems of tribology — friction, wearing away and lubrication»

Êî÷åíîâ Â. À. — Åñòåñòâåííûé èçíîñ è ïðîåêòèðîâàíèå ïðèðàáîòàííûõ òðèáî-ñîïðÿæåíèé ïîðøíåâûõ ÄÂÑ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Kochenov V. A. — Natural wastage and design of run-in tribointerfaces ofpiston-like internal-combustion engines

Îðëîâ À. Â. — Äèíàìè÷åñêèå íàãðóçêè â øàðèêîïîäøèïíèêàõ, âîçíèêàþùèå âðåçóëüòàòå èõ èçíàøèâàíèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Orlov A. V. — Dynamic loads brought about by wear out of working area ofmultiball bearings

Áàõòèàðîâ Ø. À., Âîëêîâ Â. Â., Àáóáåêåðîâà Þ. Í., Òóäîñêà À. Ã. —Ïîâûøåíèå ýôôåêòèâíîñòè êîíòàêòíî-ýðîçèîííîãî ïðîôèëèðîâàíèÿ àëìàçíûõøëèôîâàëüíûõ êðóãîâ è àëìàçíîãî ïðîôèëüíîãî êðóãëîãî øëèôîâàíèÿ. . . 41

Bahtiarov Sh. A., Volkov V. V., Abubekerova Yu. N., Tudoski A. G. —Efficiency upgrading of contact-erosive profiling diamond grinding wheelsand diamond cross-sectional spheric glazing

ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÌÀØÈÍÎÑÒPÎÅÍÈß MANUFACTURING ENGINEERING

Ôîìèí À. À. — Ñíèæåíèå óðîâíÿ âèáðàöèè èíñòðóìåíòà ïðè ôàñîííîìôðåçåðîâàíèè ãîðáûëÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Fomin A. A. — Tool vibration level recession when cutting shaped blanks havingvariegated properties

Àìèðîâ Ô. Ã. — Îñîáåííîñòè ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè íà ïîçèöèÿõ . . . . . . 49 Amirov F. G. — Distinctive features of machining operation at positions

Öèêë ñòàòåé"Ïðîáëåìû òåîðèè ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè"

A series of articles"Problems of theory of machining work"

Âîðîíöîâ À. Ë. — Òåîðåòè÷åñêîå îáåñïå÷åíèå òåõíîëîãè÷åñêîé ìåõàíèêè.1. Ïðèíöèïû è ðàçäåëû ìåõàíèêè ñïëîøíîé ñðåäû. . . . . . . . . . . . . 51

Vorontsov A. L. — Theoretic securing technologic mechanic. 1. Continuummechanics fundamentals and subdisciplines

Ñåðèÿ ñòàòåé«Ïðîáëåìû òåîðèè è ïðàêòèêè ðåçàíèÿ ìàòåðèàëîâ»

A series of articles«Problems of theory and practice of materials cutting»

×åðíÿíñêèé Ï. Ì. — Ïîñëåäåéñòâèå ìåõàíè÷åñêîé ñèñòåìû ñòàíêîâ . . . . . 57 Chernyavsky P. M. — Residual effect of machine tool station mechanical system

Øâåö Ñ. Â. — Îïòèìèçàöèÿ ðåæèìîâ òî÷åíèÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè âèðòóàëüíîãîîáîðóäîâàíèÿ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Shvets S. V. — Operation lathe work optimization using virtual facility

Ìåòàëëóðãè÷åñêîå îáîðóäîâàíèå è ïðîêàòíîå ïðîèçâîäñòâî Metallurgical equipment and rolling

Ïðîòàñüåâ Â. Á., Áàòîâà Í. Í. — Ìîäåðíèçàöèÿ âèíòîâûõ âàëêîâ äëÿ õîëîäíîéïîïåðå÷íî-âèíòîâîé ïðîêàòêè . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Protasiev V. B., Batova N. N. — Screw rolls updating with aim to frigid obliqueroll

ÎPÃÀÍÈÇÀÖÈß È ÝÊÎÍÎÌÈÊÀ ÏPÎÈÇÂÎÄÑÒÂÀ ORGANIZATION AND ECONOMICS OF PRODUCTION

Êóòèí À. À., Òóðêèí Ì. Â. — Ïîâûøåíèå ýôôåêòèâíîñòè èçãîòîâëåíèÿêîìïðåññîðíûõ ëîïàòîê ãàçîòóðáèííûõ äâèãàòåëåé íà îñíîâå ïðîèçâîäñòâåííûõÿ÷ååê çàìêíóòîãî òåõíîëîãè÷åñêîãî öèêëà . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Kutin A. A., Turkin M. V. — Efficiency upgrading of gas turbine enginecompressor blades production based on work cells of closed-circuittechnological cycle

Äåíèñîâà Ò. Í. — Îöåíêà ýôôåêòèâíîñòè òðóäà íà ïðîìûøëåííûõ ïðåäïðèÿòèÿõÓðàëüñêîãî ôåäåðàëüíîãî îêðóãà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Denisova T. N. — Work performance evaluation at of enterprises of Ural federaldistrict

Ýðêåíîâ À. ×., Áåðäàøêåâè÷ À. Ï. — Íåêîòîðûå ïðèíöèïû ôîðìèðîâàíèÿñîâðåìåííîé äîêòðèíû èíæåíåðíîãî îáðàçîâàíèÿ . . . . . . . . . . . . . 76

Erkenov A. Ch., Berdashkevich A. P. — Some of the principles of the formationof the modern doctrine of engineering education

ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÈÍÔÎPÌÀÖÈß TECHNICAL INFORMATION

Ãåðàñèìîâà Î. Â., Ãåðàñèìîâ Â. ß. — Ïîâûøåíèå ïðî÷íîñòè ðåçüáîâûõèçäåëèé íà îñíîâå îïåðåæàþùåãî ïëàñòè÷åñêîãî äåôîðìèðîâàíèÿ ìåòàëëà 79

Gerasimova O. V., Gerasimov V. I. — Strength improvement of tapped makesbased on outstrip plastic behaviour of metal

Âåëèêàíîâ Í. Ë., Êîðÿãèí Ñ. È. — Íàïðÿæåííî-äåôîðìèðîâàííîå ñîñòîÿíèåäâóõñëîéíûõ òðóá è êîëîíí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

Velicanov N. L., Koryakin S. I. — Stress and strain state of double-layer pipesand columns

Âûñòàâêà "Íåôòåãàç—2012" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Exhibition "Neftegaz—2012"

Техни÷еский pеäактоp Т. А. Шацкая

Коppектоp Т. В. Пчелкина

Перепечатка материалов из журнала "Вестник машиностроения" возможна при обязательном письменном согласовании

с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна.

За содеpжание pекламных матеpиалов ответственность несет pекламодатель.

© ООО "Изäатеëüство Маøиностpоение", "Вестник ìаøиностpоения", 2013

Сäано в набоp 05.11.2012. Поäписано в пе÷атü 16.12.2012.

Фоpìат 60 Ѕ 88 1/8. Буìаãа офсетная. Усë. пе÷. ë. 10,78.

ISSN 0042-4633. ВЕСТНИК МАШИНОСТРОЕНИЯ. 2013. № 1 3

ÊÎÍÑÒPÓÈPÎÂÀÍÈÅ, PÀÑ×ÅÒ, ÈÑÏÛÒÀÍÈß

È ÍÀÄÅÆÍÎÑÒÜ ÌÀØÈÍ

УДК 621.9.06-229:621.941-229.3

Д. С. БЛИНОВ, ä-р техн. наук, А. А. ШАТИЛОВ, канä. техн. наук (МГТУ иì. Н. Э. Бауìана),e-mail: [email protected]

Èññëåäîâàíèå íàïðÿæåííî-äåôîðìèðîâàííîãî ñîñòîÿíèÿ ðàçðåçíûõ öàíã

Широкоäиапазонные öентрируþщие зажиìныеìеханизìы с разрезной öанãой приìеняþт в стано÷-ных и контроëüных приспособëениях, вспоìоãа-теëüных инструìентах, схватах роботов и äр. Экс-пëуатаöия показаëа, ÷то äиаìетраëüный разжиìразрезной öанãи äостиãает 7ј10 % от исхоäноãо äиа-ìетра. При этоì разрезные öанãи из пружинныхстаëей, преäеë теку÷ести которых 1200ј1700 МПа,не испытываþт пëасти÷еских äефорìаöий и не раз-руøаþтся.

Цеëü äанной работы — созäание ìетоäов рас÷е-та и конструирования то÷ных øирокоäиапазонныхöентрируþщих зажиìных ìеханизìов с разрезны-ìи öанãаìи на основе экспериìентаëüных и теоре-ти÷еских иссëеäований äефорìированноãо состоя-ния разрезной öанãи.

Экспериментальное исследование

Объект иссëеäования — разрезная öанãа стан-äартной стано÷ной оправки (рис. 1) [1]. Она преä-ставëяет собой пружинящуþ тонкостеннуþ обоëо÷-ку, оäна поверхностü которой — öиëинäри÷еская(как правиëо, наружная), а äруãая — кони÷еская(внутренняя).

Цанãа разрезана в øахìатноì поряäке проäоëü-ныìи поëусквозныìи пазаìи, которые закан÷ива-þтся отверстияìи. Ширина пазов — tп, äиаìетротверстий — dп. В среäней ÷асти öанãи ìежäу от-верстияìи поëусквозных пазов нахоäятся ëепесткиäëиной lë, а по краяì öанãи распоëожены со÷ëене-ния, кажäое из которых относится к äвуì ëепест-каì. Дëина öанãи Lö = lë + 2bс, ãäе bс — äëина со-÷ëенения.

В исхоäноì состоянии öанãа приëеãает к кони-÷ескоìу у÷астку корпуса по всей äëине кони÷еско-ãо отверстия. Исхоäное осевое поëожение öанãиопреäеëяется расстояниеì C ìежäу торöаìи öан-ãи и корпуса (рис. 2). При переìещении на веëи-÷ину ΔC öанãа приобретает осесиììетри÷нуþ сеä-ëообразнуþ форìу с воãнутой наружной поверх-ностüþ, äиаìетр отверстия öанãи по äëине иìеетпереìенные зна÷ения, при÷еì наиìенüøее нахо-äится приìерно по сереäине. В этоì се÷ении öанãаконтактирует с корпусоì. Дëина окружности öанãиувеëи÷ивается по сравнениþ с исхоäныì зна÷ени-еì на веëи÷ину 2πΔCk, ãäе k — конусностü корпусаи отверстия öанãи (сì. рис. 1). Прорези öанãи рас-

Èçëîæåíû ìåòîäèêè è ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòàëü-íîãî è òåîðåòè÷åñêîãî èññëåäîâàíèé íàïðÿæåííî-äå-ôîðìèðîâàííîãî ñîñòîÿíèÿ ðàçðåçíûõ öàíã øèðîêî-äèàïàçîííûõ öåíòðèðóþùèõ çàæèìíûõ ìåõàíèçìîâ.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: öàíãà, äåôîðìàöèÿ, íàïðÿæåíèå.

Procedures and results of experimental and academicinvestigations of stress and strain state of split grips ofwide-range aligning clamping mechanisms were presented.

Keywords: grip, strain, stress.

1

2 отв. öентр. Т

ГОСТ 14034—74

k

d п

t п

lë

Lö

2

Со÷ëенение

ЛепестокDmin

Dö

bс

Со÷ëенение

Заãотовка

Рис. 1. Центровая оправка с разрезной цангой (1 — корпус;2 — цанга)

ΔC

1

2

z

a б в

t пi

ziC

Рис. 2. Схема деформации цанги (1 — исходное состояние;2 — деформированное)

4 ISSN 0042-4633. ВЕСТНИК МАШИНОСТРОЕНИЯ. 2013. № 1

øиряþтся по всей äëине. Наибоëüøие расøиренияпрорезей — по торöаì öанãи на выхоäе из теëа öан-ãи. Зäесü набëþäаþтся наибоëüøие приращенияäиаìетраëüных разìеров öанãи.

Утрировано на рис. 3 показан характер äефор-ìаöии öанãи. В исхоäноì состоянии наружный äиа-ìетр экспериìентаëüной öанãи Dö = 70 ìì, а рас-стояние ìежäу торöаìи öанãи и корпуса C = 5 ìì.

В проäоëüноì направëении изìерения наруж-ной поверхности öанãи выпоëняëи с поìощüþìикроскопа УИМ-21 по трассаì а и в (сì. рис. 2),которые нахоäятся ряäоì с прорезяìи, и по трассе б,которая прохоäит по сереäине øирины ëепестка.На рис. 4, а, б привеäены зависиìости äиаìетраëü-ноãо разìера Dö наружной поверхности разжатойöанãи по трассаì а, б и в (сì. рис. 2) в осевоì на-правëении (z) при ΔC = 16,5 ìì, без заãотовки и сустановëенной заãотовкой.

Наружный профиëü öанãи в попере÷ноì на-правëении изìеряëи на трехкоорäинатноì прибо-ре CORDIMET-700, увеëи÷ивая ΔC. На рис. 3 зна-коì "Ѕ" обозна÷ены то÷ки, опреäеëяþщие наруж-ный äиаìетр разжатой öанãи в соответствуþщеìсе÷ении. У торöов öанãи они нахоäятся таì, ãäенаибоëüøее расøирение прорезей, в среäней зонеöанãи они сäвинуты к сереäине øирины ëепестка.В се÷ении Б—Б, распоëоженноì на со÷ëененииöанãи у торöа, таких то÷ек äве, ÷то свиäетеëüст-вует о äефорìаöии со÷ëенения в äанноì попере÷-ноì се÷ении поä äействиеì крутящеãо ìоìентаMA кр = NAe (рис. 5, б).

Ширину tпi прорезей разжатой öанãи изìеряëиконöевыìи ìераìи. Установëен практи÷ески пря-ìоëинейный характер зависиìости tпi от zi. Такиìобразоì, в окружноì направëении ëепестки öанãиповора÷иваþтся, практи÷ески не изãибаясü.

В иссëеäовании быëи äостиãнуты наибоëüøиеприращения наружноãо äиаìетра öанãи в среäней

÷асти (ΔDö = 6,12 ìì), а по торöаì они составиëи6,6 ìì (9,4 % от исхоäноãо äиаìетра Dö öанãи), нопëасти÷еские äефорìаöии не возникаëи. При сня-тии с корпуса öанãа упруãо восстановиëасü äо ис-хоäных разìеров.

Характер äефорìаöий öанãи не зависит от на-ëи÷ия закрепëенной заãотовки, оäнако посëеäняяоãрани÷ивает разжиì öанãи (сì. рис. 4, б).

Экспериìентаëüное иссëеäование позвоëиëо со-ставитü рас÷етные схеìы öанãи äëя теорети÷ескоãоиссëеäования ее напряженно-äефорìированноãосостояния (сì. рис. 5).

≈ Lö/2

А—А

Б—Б В—В Г—Г

А

БВ Г

Б В

Г

А

Рис. 3. Деформированная цанга

0 25 50 75 100 125 z, ìì

72,9

Dö, ìì

а

б

в

а)

72,8

72,7

72,1

72,0

71,90 25 50 75 100 125 z, ìì

б)

а

б

ва б

в

Dö, ìì

Рис. 4. Зависимости изменения Dц в плоскости z по трассам а,б и в (см. рис. 3):а — без заãотовки; б — с заãотовкой

Осü ëепестка

α

а) б)

MA.кр

MA

NA

N1

M1cosαN1cosα

M1sinαα

N1sinα

M1N1

MA

NA

MA

e

NA

xy

bc

M1

Рис. 5. Цанга в плоскости симметрии сочленения (а) и всопряжении сочленения с лепестком (б)


Теоретическое исследование

Напряженно-äефорìированное состояние раз-резной öанãи иссëеäоваëи ìетоäаìи сопротивëе-ния ìатериаëов и теории упруãости [2, 3]. Траäи-öионные äопущения äопоëнены сëеäуþщиìи: ко-ни÷еский у÷асток корпуса — абсоëþтно жесткий;контактная сиëа T со стороны корпуса на ëепестокöанãи — сосреäото÷енная и направëена перпенäи-куëярно оси корпуса (öанãи) (рис. 6).

Определение силы взаимодействия лепестка с

корпусом. В се÷ении сопряжения, показанноì нарис. 5, а, ввиäу сиììетрии конструкöии и на-ãружения иìеþт ìесто тоëüко сиììетри÷ныевнутренние сиëовые факторы [2]: норìаëüная си-ëа NA, изãибаþщий ìоìент MA, крутящий ìоìентMA кр = NAe ≈ NA0,5Dö(1 – cosα) (сì. рис. 5, б). Таккак уãоë α ìаë, ìоìентоì MA кр ìожно пренебре÷ü,÷то ìожно отнести в запас поäатëивости конструк-öии. (Изãибаþщий и крутящий ìоìенты показанывектораìи, ÷то упрощает рас÷етные схеìы [4]).

Дëя опреäеëения сиë и ìоìентов, наãружаþщихëепесток, перейäеì от се÷ения сиììетрии со÷ëе-нения (сì. рис. 5, а) к се÷ениþ сопряжения ëепе-стка с со÷ëенениеì (сì. рис. 5, б), в котороì äей-ствуþт внутренние попере÷ная сиëа N1 = NA иизãибаþщий ìоìент M1, проеöируеìые на ãëав-ные öентраëüные оси x и y попере÷ноãо се÷енияëепестка.

На рис. 5 показана поëовина уãëовоãо øаãа, скоторыì выпоëнены прорези: α = π/n, ãäе n — ÷ис-ëо прорезей (ëепестков). В се÷ении сопряженияëепестка с со÷ëенениеì, распоëоженныì у äруãоãоторöа öанãи, äействуþт анаëоãи÷ные внутренниепопере÷ная сиëа N2 и изãибаþщий ìоìент M2.

На рис. 6 показано наãружение ëепестка и со-пряãаеìых с ниì со÷ëенений. Из усëовия равнове-сия поëу÷иì:

N1 = N2 = NA = T/(2sinα); (1)

M1 = T(0,5lë – λ)/(2sinα); (2)

M2 = T(0,5lë + λ)/(2sinα), (3)

ãäе λ — сìещение сиëы T от сереäины äëины ëе-пестка всëеäствие конусности отверстия öанãи (пе-реìенной тоëщины ëепестка).

Из усëовия совìестности äефорìаöий ëепесткаи со÷ëенений сëеäует (рис. 7):

Δ1 = Δϕlë; (4)

Δϕ = ϕ1 + ϕ1с = ϕ2 + ϕ2с. (5)

Зäесüϕ1 = δ11M1cosα + δ12M2cosα; (6)

ϕ2 = δ21M1cosα + δ22M2cosα; (7)

ϕ1с = δ1сM1cosα; (8)

ϕ2с = δ2сM2cosα, (9)

ãäе Δ1 — переìещения торöов ëепестка всëеäствиеокружной äефорìаöии ëепестка и со÷ëенений; Δϕ,ϕ1, ϕ1с, ϕ2, ϕ2с — уãëовые переìещения; Δij и Δiс —уãëовые поäатëивости соответственно ëепестка исо÷ëенения (äëя со÷ëенений оäинаковых разìеровδ1с = δ2с = δс).

Поäставив выражения (1)—(3) в уравнения(4)—(9), поëу÷иì:

λ = 0,5lë(δ11 + δ1с + δ22 – δ2с)/(δ11 + δ1с ++ δ22 + δ2с – 2δ12);

T = 2sin2αΔDö/{lëcosα[(0,5lë – λ)(δ11 + δ1с) ++ (0,5lë + λ)δ12]}.

Определение податливости лепестка с помощью

интеграла Мора [2]:

δij = dz,

ãäе Mi и Mj — ìоìенты по äëине ëепестка в резуëü-тате приëожения еäини÷ных ìоìентов в направëе-ниях i и j (рис. 8); E — ìоäуëü упруãости ìатериаëаöанãи; Ië y — ìоìент инерöии попере÷ноãо се÷енияëепестка относитеëüно оси y (рис. 9).

В рассìатриваеìоì сëу÷ае [5] иìееì:

Ië y = (γ – sinγcosγ)[ – (Dmin + kz)4]/64,

ãäе γ — öентраëüный уãоë äуãи по наружной по-верхности ëепестка в попере÷ноì се÷ении; Dö —

N1sinα

lë/2λM1sinα

N1sinα

M1sinα

M2sinα

N2sinα

M2sinα

N2sinα

M2cosα

N2cosαN2cosα

M2cosαN1cosα

M1cosα

M1cosα

N1cosα

lë

T

Рис. 6. Расчетная схема лепестка

lë

ϕ2c

Δ1

Δϕ

ϕ1c

ϕ1

ϕ2

lë/2 + λ

Рис. 7. Схема деформации лепестка

0

l

∫MiMj

EIëy

----------

Dö4


наружный äиаìетр öанãи в исхоäноì состоянии;Dmin — ìиниìаëüный äиаìетр кони÷ескоãо отвер-стия öанãи в исхоäноì состоянии (сì. рис. 1); k —конусностü отверстия öанãи; z — текущая осеваякоорäината.

Определение податливости сочленения ìетоäоìпëоской заäа÷и теории упруãости [6, 7]. Дëя опре-äеëения поäатëивости со÷ëенения и еãо напряжен-ноãо состояния сäеëаеì äопоëнитеëüные äопуще-ния: со÷ëенение с÷итаеì пëоскиì и иìеþщиì впëане форìу поëовины круãëоãо коëüöа с раäиуса-ìи R1 и R2 (рис. 10, б). Дëя увеëи÷ения запаса по-äатëивости поëожиì, ÷то со÷ëенение наãруженоизãибаþщиì ìоìентоì M1 и попере÷ной сиëой N1.Тоãäа

δс = +

+ ,

ãäе R1 = dп/2 — раäиус отверстия прорези (сì. рис. 1);R2 = kп(bс + aс)/2 — наружный рас÷етный раäиуссо÷ëенения äëя принятой рас÷етной схеìы; aс, bс иhс — параìетры реаëüноãо со÷ëенения; μ — коэф-фиöиент Пуассона ìатериаëа öанãи; kп — попра-во÷ный коэффиöиент, у÷итываþщий боëüøуþ же-сткостü реаëüноãо со÷ëенения относитеëüно рас-÷етноãо.

Коэффиöиент kп опреäеëен экспериìентаëüнона натурных образöах со÷ëенений с испоëüзова-ниеì трехфакторноãо реãрессионноãо анаëиза [8].Испоëüзованы безразìерные äëина ς = bс/R1 и øи-рина η = aс/R1 со÷ëенения, ÷то обеспе÷ивает общ-ностü при сравнитеëüно небоëüøих объеìах экспе-риìентаëüноãо иссëеäования.

В окон÷атеëüноì виäе иìееì:

kп(ς, η) = 0,938ς–1,22η1,38. (10)

Форìуëа (10) справеäëива äëя безразìерных ве-ëи÷ин: äëины ς и øирины η, в интерваëе от 2 äо 6.

Определение перемещений точек оси лепестка

Для плоскости xz. Переìещение x(z) ëепесткаìожно преäставитü как суììу äвух переìещений(рис. 11): x1(z) — переìещение ëепестка как жест-коãо öеëоãо всëеäствие поворота еãо торöов, про-исхоäящеãо в резуëüтате уãëовых äефорìаöий со-÷ëенений; x2(z) — переìещение ëепестка в резуëü-тате изãиба еãо оси от äействия сиëовых факторов:

x(z) = x1(z) + x2(z);

x1(z) = ΔDösinα(z/lë);

x2(z) = dz dz,

ãäе Mx(z) — текущий изãибаþщий ìоìент относи-теëüно оси x.

Для плоскости yz. Переìещение ëепестка y(z)также ìожно преäставитü как суììу äвух переìе-щений (сì. рис. 11): y1(z) — переìещение ëепесткакак жесткоãо öеëоãо поä äействиеì сиëы со сторо-

x

Mi = 1

Jëу = var

Mj = 1

Mi

Mj

1

1

lë

z

x

y

D ö/2

(Dmin +

kz)/2

2γ

Рис. 8. Расчетная схема для определения податливостилепестка, эпюры Mi и Mj

Рис. 9. Произвольное поперечное сечение лепестка

4π R22

R12

–( )

Ehc R22

R12

–( )2

4R12R2

2R2/R1( )ln–

-----------------------------------------------------------------------

2 R22

5 μ+( ) R22

R12

+( ) 1 μ–( ) R12

1 μ+( )+ +

ElëR2hc R12

R22

– R12

R22

+( ) R2/R1( )ln+

--------------------------------------------------------------------------------------а)

A

aс

R2

R1 = dп/2

M1

N1

M1

N1

bс

hс

dп

A

б)

aс

Рис. 10. Схемы сочленения для определения податливости:а — реаëüная; б — рас÷етная

l∫

l∫Mx z( )

EIëy

-----------


ны кони÷ескоãо ваëа; y2(z) — переìещение ëепест-ка в резуëüтате äефорìаöии от äействия сиë:

y(z) = y1(z) + y2(z);

y1(z) = ΔDö/2;

y2(z) = dz dz,

ãäе My(z) — текущий изãибаþщий ìоìент относи-теëüно оси y; Ië x — ìоìент инерöии попере÷ноãосе÷ения ëепестка относитеëüно оси x (сì. рис. 9),который нахоäиì по форìуëе [5]

Ië x = [ – (Dmin + kz)4] –

– .

Суммарные перемещения:

w = .

Раäиус произвоëüной то÷ки оси ëепестка (сì.рис. 5, а) в резуëüтате äефорìаöии

r = .

Ввиäу тоãо, ÷то ìоìенты инерöии попере÷ноãосе÷ения ëепестка явëяþтся переìенныìи веëи÷и-наìи, переìещения x2(z) и y2(z) опреäеëяëи ÷ис-ëенно.

Дëя сравнения резуëüтатов экспериìентаëüныхи теорети÷еских иссëеäований разработана про-ãраììа опреäеëения äиаìетров äефорìирован-ной öанãи в преäеëах со÷ëенений по оси z äëя раз-ных трасс и разжиìов öанãи. Рас÷етные äанныеиìеþт хороøуþ схоäиìостü с экспериìентаëüны-ìи (сì. рис. 4): расхожäения не превыøаþт 7ј9 %,

÷то поäтвержäает правиëüностü теорети÷еских ис-сëеäований.

Определение напряженного состояния разрезной

цанги. У÷итывая äопущения, принятые ранее, со-÷ëенение ìожно рассìатриватü как брус боëüøойкривизны (рис. 12) [9]. Анаëиз показаë, ÷то наи-боëüøие напряжения возникаþт в се÷ении А—А(сì. рис. 10) со÷ëенения, в котороì äействует из-ãибаþщий ìоìент M = M1 + N1(0,5bс + 0,25dс). Из-ãибные напряжения äëя бруса боëüøой кривизны вверхнеì (инäекс "в") и нижнеì (инäекс "н") сëояхсе÷ения иìеþт виä:

σв,н = , (11)

ãäе F = Aсhс — пëощаäü се÷ения (Aс = bс – R1 —высота се÷ения); e0 — расстояние от нейтраëüнойоси äо öентра тяжести се÷ения;

e0 ≈ ρ0 ;

r0 = ρ0 – e0 — раäиус кривизны нейтраëüноãо сëоя(ρ0 — раäиус кривизны сëоя, в котороì распоëоженöентр тяжести се÷ения); yв = R1 + Aс – r0 — рас-стояние от нейтраëüной оси äо верхнеãо сëоя се÷е-ния; yн = r0 – R1 — расстояние от нейтраëüной осиäо нижнеãо сëоя се÷ения.

Дëя пряìоуãоëüноãо се÷ения e0 вы÷исëяþт поприбëиженной форìуëе [9].

Так как äëя бруса боëüøой кривизны наибоëü-øие напряжения ìоãут бытü как в верхнеì, так и внижнеì сëоях се÷ений, то рас÷етные напряжениянахоäиì по форìуëе

σб.к = max{σв; σн}. (12)

В се÷ении А—А (сì. рис. 10) кроìе изãибных на-пряжений, вы÷исëяеìых по форìуëаì (11) и (12),äействуþт еще напряжения от норìаëüной сиëы N1.Тоãäа суììарные напряжения в опасноì се÷ениисо÷ëенения

σΣ = σб.к + N1/[hс(bс – R1)]. (13)

l∫

l∫My z( )

EIë x

-----------

γ γ γcossin+( )64

--------------------------- Dö4

γ2

sin36γ

----------Dö

3Dmin kz+( )

3–[ ]

Dö2

Dmin kz+( )2

–[ ]--------------------------------------

x(z)

M1cosα

x(z)

y(z)

y1(z)

x1(z)

x2(z) y2(z)N1sinα

N2sinαlë/2 – λ lë/2 + λ

z z

а) б)

lë/2 + λlë/2 – λM2cosα

M2sinα

y2(z)x1(z)M1sinα

y1(z)x2(z)

Т

Рис. 11. Перемещения точек оси лепестка в плоскостях xz (а)и yz (б)

x z( )[ ]2

y z( )[ ]2

+

x z( )[ ]2

0,5Dö y z( )+[ ]2

+ R1

0

y

e0r0

ρ0x

Ac/2

Ас

hс

Рис. 12. Геометрические показатели бруса прямоугольногосечения большой кривизны

M

Fe0

-------yв,н

r0 yв,н+----------------

13--

Ac

2ρ0

-------⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

1 415----

Ac

2ρ0

-------⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

+


Допустимое приращение наружного диаметра

цанги опреäеëяеì по форìуëе

ΔDmax = ΔDöσт/(nтσΣ),

ãäе ΔDö — произвоëüно выбранное приращениенаружноãо äиаìетра öанãи; σΣ — наибоëüøие на-пряжения, соответствуþщие приращениþ ΔDö [сì.форìуëу (13)]; σт — преäеë теку÷ести (пропорöио-наëüности) ìатериаëа öанãи; nт — коэффиöиентзапаса.

Такиì образоì, разработана ìетоäика рас÷ета иконструирования øирокоäиапазонных öентрируþ-щих зажиìных ìеханизìов с разрезной öанãой.В äаëüнейøеì äëя ìеханизìов контроëüных при-способëений, схватов, вспоìоãатеëüноãо инстру-ìента необхоäиìо иссëеäоватü то÷ностü установкипреäìетов, а äëя ìеханизìов стано÷ных приспособ-ëений — то÷ностü установки и обработки заãотовок.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ

1. ГОСТ 31.1066.02—85. Оправки с разрезныìи öан-ãаìи äëя то÷ных работ. М.: Изä-во станäартов, 1985. 26 с.

2. Феодосьев В. И. Сопротивëение ìатериаëов. М.:Наука, 1964. 540 с.

3. Демидов С. П. Теория упруãости. М.: Высøаяøкоëа, 1979. 432 с.

4. Добронравов В. В., Никитин Н. Н., Дворников А. Л.Курс теорети÷еской ìеханики. М.: Высøая øкоëа, 1966.624 с.

5. Прочность, устой÷ивостü, коëебания / Поä реä.И. А. Бирãера и Я. Г. Пановко. М.: Маøиностроение,Т. 1. 1968. 832 с.

6. Киселев В. А. Пëоская заäа÷а теории упруãости.М.: Высøая øкоëа, 1976. 151 с.

7. Амензаде Ю. А. Теория упруãости. М.: Высøаяøкоëа, 1976. 272 с.

8. Гмурман В. Е. Теория вероятности и ìатеìати÷е-ская статистика. М.: Высøая øкоëа, 1972. 386 с.

9. Тимошенко С. П. Про÷ностü и коëебания эëеìен-тов конструкöии. М.: Наука, 1975. 704 с.

Светлой памяти талантливого конструктора УралмашзаводаЛюдмилы Ивановны Юдиной

посвящаетсяУДК 62-232.001.57

Б. Н. ПОЛЯКОВ, ä-р техн. наук (Баëтиìор, США), e-mail: [email protected]

Íàïðÿæåííî-äåôîðìèðîâàííîå ñîñòîÿíèå òÿæåëîíàãðóæåííûõ øàòóíîâ ìåõàíèçìà ðåçàíèÿ çàãîòîâî÷íûõ íîæíèö

Тяãи явëяþтся весüìа распространенныì кине-ìати÷ескиì иëи сиëовыì эëеìентоì ры÷ажныхìеханизìов и привоäов ìноãих ìаøин и разëи÷-ноãо оборуäования. Так, в прокатноì оборуäованииìеханизìы осевой реãуëировки и уравновеøиванияваëков, привоä поäъеìно-ка÷аþщихся стоëов, кан-товатеëи, ножниöы, пиëы соäержат в кинеìати÷е-ских öепях тяжеëонаãруженные ры÷аãи и øатуныразëи÷ных конструкöий, которые, по сути, явëя-

þтся тяãаìи. Обоснованиþ форì и конструктив-ных параìетров тяã посвящено ìножество теоре-ти÷еских и экспериìентаëüных иссëеäований(сì., наприìер, работу [1]).

В статüе преäставëены основные резуëüтатытеорети÷еских иссëеäований напряженно-äефор-ìированных состояний (НДС) тяã, выпоëненныхреøениеì краевых заäа÷ ëинейной теории упруãо-сти в пëоской постановке ìетоäоì коне÷ных эëе-ìентов, приìенитеëüно к разëи÷ныì конструкöи-яì тяжеëонаãруженных øатунов ìеханизìа реза-ния сортовых ножниö [1].

Иссëеäованы тяãи с пряìоуãоëüныì (тип 1,рис. 1, а) и круãовыì (тип 2, рис. 1, б) отверстияìив проуøинах. НДС опреäеëяëи с у÷етоì теорети÷е-ской конöентраöии напряжений. Сиììетри÷ностüтяã относитеëüно äействуþщих усиëий позвоëиëапровоäитü рас÷еты äëя верхней (наä ãоризонтаëü-ной осüþ) ÷етверти äетаëи. Достоверностü теорети-÷еских иссëеäований оöенена на основании сов-паäения с реаëüныì характероì поëоìок äетаëейäействуþщеãо оборуäования и сравнениеì резуëü-татов рас÷етов с экспериìентаëüныìи äанныìи:относитеëüная поãреøностü ìаксиìаëüноãо напря-жения не превысиëа 5 % [1].

На рис. 2 преäставëены основные резуëüтатыиссëеäований, выпоëненных äëя сëеäуþщих си-

Ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé ìåòîäîì êî-íå÷íûõ ýëåìåíòîâ ïëîñêîãî íàïðÿæåííî-äåôîðìèðî-âàííîãî ñîñòîÿíèÿ øàòóíîâ ìåõàíèçìà ðåçàíèÿ íîæíèöçàãîòîâî÷íûõ ïðîêàòíûõ ñòàíîâ è ñîîòíîøåíèÿ ìåæäóìàêñèìàëüíûìè íàïðÿæåíèÿìè â øàòóíàõ è èõ êîíñò-ðóêòèâíûìè ïàðàìåòðàìè, ïîçâîëÿþùèå ïîâûñèòü èõíåñóùóþ ñïîñîáíîñòü è óìåíüøèòü ìåòàëëîåìêîñòü.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: øàòóí, òÿãà, ìåòîä êîíå÷íûõ ýëå-ìåíòîâ, íàïðÿæåííî-äåôîðìèðîâàííîå ñîñòîÿíèå, íîæ-íèöû.

The results of the FEM investigation of two-dimensionalstress and strain state of piston rods of billet mill cuttingshears slicing mechanism were presented. Also analysis therelationships among piston rods maximum stresses and theirdesign factors which make possible to increase their bearingstrength and to decrease their steel intensity were listed.

Keywords: piston rod, rod, FEM, stress and strain state,cutting shears.

(Окончание статьи. Начало см. на стр. 3)�


ëовых и конструктивных параìетров (сì. рис. 1):P = 5,88 МН; q1 = P/DE = 26,15 кН/ìì; q2 == P/D'E' = 27,24 кН/ìì; R = 530 ìì; R' = 500 ìì;d = 275 ìì; C = 247,5 ìì; e1 = e2 = 150 ìì;b = 200 ìì; t = 260 ìì и ρ = 40 ìì.

Напряженное состояние тяã характеризуетсякрайней неравноìерностüþ: ìаксиìаëüно наãру-жены зоны отверстий и несравниìо ìенüøе пери-ферийные зоны проуøин. Усëовно ìоãут бытü вы-äеëены ÷етыре зоны, разëи÷аþщиеся характероìнапряженноãо состояния:

1. Зона äействия наãрузки q1 иëи q2 в про-уøинах, характеризуþщаяся изãибоì и сжатиеì(в преäеëах контактной поверхности). При этоìнапряжения σX и σY сравниìы по абсоëþтной ве-ëи÷ине: äëя тяãи с пряìоуãоëüныì отверстиеì вто÷ке 4 (сì. рис. 2) σX = –203 МПа, σY = –131 МПа;äëя тяãи с круãовыì отверстиеì в то÷ке 3'σX = –128 МПа, σY = –116 МПа.

2. Зона проуøины, в которой иìеет ìесто изãибс растяжениеì и растяãиваþщие напряжения σYявëяþтся ìаксиìаëüныìи. Эти напряжения на-бëþäаþтся на поверхности отверстий в проуøинах:äëя тяãи с пряìоуãоëüныì отверстиеì — в то÷ке 3(σY max = 396 МПа); äëя тяãи с круãовыì отверсти-еì — в то÷ке 2' (σY max = 244 МПа), при÷еì при из-ìенении высоты пряìоуãоëüноãо отверстия воз-

ìожно "переìещение" ìаксиìаëüных напряженийиз то÷ки 3 проуøины в то÷ку 2.

В зоне ìаксиìаëüных напряжений пряìоуãоëü-ноãо отверстия абсоëþтные веëи÷ины ìаксиìаëü-ных касатеëüных напряжений составëяþт окоëо35 % от соответствуþщих норìаëüных растяãиваþ-щих напряжений и в 2,6 раза превыøаþт анаëоãи÷-ные показатеëи äëя тяãи с круãовыì отверстиеì,т. е. вероятностü разруøения тяãи с пряìоуãоëüны-ìи отверстияìи в проуøинах боëüøе, ÷еì тяãи скруãовыìи отверстияìи.

3. Зона перехоäа проуøины в стерженü, в кото-рой иìеþт ìесто преиìущественно растяãиваþщиеусиëия и незна÷итеëüный изãиб (растяãиваþщиенапряжения σY составëяþт не боëее 40 % от ìак-сиìаëüных напряжений в тяãе).

4. Зона стержня тяãи, испытываþщая оäноосноерастяжение: в то÷ке 1 иìееì σY = 116 МПа, в то÷-ке 1' — σY = 107 МПа.

О÷евиäно, ÷то наибоëее вероятныì ìестоì раз-руøения тяãи с пряìоуãоëüныì отверстиеì поä па-ëеö явëяется зона ãаëтеëи раäиуса ρ в то÷ке 3. По-этоìу äëя оöенки вëияния раäиуса ρ на напряжен-ное состояние иссëеäоваëи тяãу при 40 m ρ m 100 ìì.

Достоверностü резуëüтатов обоснована äости-жениеì ìиниìаëüных разìеров коне÷ных эëеìен-тов по оси X — 1 ìì и по оси Y — 3 ìì, обеспе÷и-

Y

F F'

Y

R

R

E'

D'DE

ce1

e2

e1

e2

q1 q2

ρ

r

R

R

C C'

R'

t t

R'

d

45°

b b

В В' A'А

Х Х

a) б)

Рис. 1. Расчетные схемы с конструктивными параметрамитяг с прямоугольными (а) и круговыми (б) отверстиями

1

4

3

3'

2'

2

A

Б

В

А–А

B–B

A

Б

1'

396 МПа

250 МПа

244 МПа

Б–Б

Рис. 2. Эпюры напряжений sX (сплошные линии) и sY(штриховые) в тягах

В


ваþщих насыщенностü коне÷но-эëеìентной сеткив зоне ãаëтеëи с поãреøностüþ напряжений не бо-ëее 6 %; при этоì поãреøностü выпоëнения ста-ти÷еских ãрани÷ных усëовий составиëа 3,5 %. Со-ãëасно резуëüтатаì иссëеäований (рис. 3) ãаëтеëüявëяется весüìа зна÷итеëüныì конöентратороìнапряжений и увеëи÷ение раäиуса ρ с 40 äо 100 ììуìенüøает напряжения на 21ј23 %.

Дëя äаëüнейøеãо снижения конöентраöии на-пряжений преäëожена конструкöия тяãи с кон-тактной поверхностüþ и ãаëтеëüþ пряìоуãоëüноãоотверстия, выпоëненныìи по äвуì сопряãаеìыìраäиусаì, равныì 300 и 80 ìì, ÷то прибëижаеткруãовуþ ãаëтеëü к эëëипти÷еской. Максиìаëü-ные напряжения при этоì снижаþтся в 1,4 раза. Нарис. 4 показаны изоëинии эквиваëентных напря-жений в тяãе преäëоженной конструкöии, реаëизо-ванной при проектировании ìеханизìа резанияножниö ряäа бëþìинãов.

Дëя опреäеëения оптиìаëüной ìетаëëоеìкостии увеëи÷ения несущей способности тяã провеäеныкоìпüþтерные параìетри÷еские иссëеäования наоснове приìенения ìетоäа пëанирования ÷исëен-ных экспериìентов.

Дëя тяã с конструктивныìи параìетраìи, обо-зна÷енныìи на рис. 1, быëи поëу÷ены сëеäуþщиесоотноøения äëя опреäеëения ìаксиìаëüных на-пряжений:

тяãа с пряìоуãоëüныì отверстиеì в проуøине(сì. рис. 1, а):

в то÷ке 3 (сì. рис. 2):

lnσY = 4,768 + (–2,479R + 0,838c + 1,801d –

– 2,155e1 – 0,061e2)10–3;

в то÷ке 2

lnσY = 4,074 + (–2,218R – 0,898c + 3,799d +

+ 0,381e1 – 1,156e2)10–3;

тяãа с круãовыì отверстиеì в проуøине (в то÷-ке 2' ):

lnσY = 4,333 + (4,776r – 3,839R –

– 1,012e1 – 0,670e2)10–3.

Привеäенные соотноøения äействитеëüны äëясëеäуþщих äиапазонов изìенения переìенных:R = 430ј630 ìì; r = 220ј330 ìì; c = 175ј320 ìì;d = 160ј290 ìì; e1 = 100ј300 ìì; e2 = 0ј200 ìì.

Реøение заäа÷ по оптиìизаöии ìетаëëоеìкоститяã позвоëиëо не тоëüко найти конкретные опти-ìаëüные конструктивные параìетры äëя тяã обоихтипов, но и выявитü некоторые, в тоì ÷исëе и тех-ноëоãи÷еские, тенäенöии раöионаëüноãо проекти-рования ìетаëëоэконоìных конструкöий, т. е. на-правëения эффективноãо распреäеëения ìетаëëапри ìаксиìаëüноì "коэффиöиенте" еãо поëезноãоäействия. Параìетри÷еский анаëиз позвоëиë, в ÷а-стности, просëеäитü вëияние постоянной тоëщи-ны t тяã (фактора, не у÷тенноãо в уравнениях реã-рессии) и отноøения e1/e2 на изìенение ΔY (то÷-нее, снижение) ìетаëëоеìкости.

Зависиìости ΔY1 и ΔY2 от тоëщины t соответст-венно äëя тяã типов 1 и 2 (рис. 5) иìеþт явные экс-треìаëüные обëасти: у тяã типа 1 при t = 206 ììнабëþäается ìаксиìуì снижения ìассы, а у тяãтипа 2 при t = 303 ìì — ìиниìуì, при этоì ëе-вые ветви обеих кривых соответствуþт конструк-тивныì испоëненияì тяã с внеøниì раäиусоìR = 530 ìì, а правые — с R = 430 ìì. Оäнако иìе-þтся и существенные разëи÷ия. Вëияние t на ΔY1 иΔY2 неоäнозна÷но (сì. рис. 5): äëя тяã типа 1 всëеä-ствие зна÷итеëüной неоäнороäности НДС, пере-ìенноãо поëожения то÷ек ìаксиìуìа напряжений

σ, МПа

350

300

25020 40 60 80 ρ, ìì

180

140

100

τ, МПа

σY

σэк

τXY

Рис. 3. Зависимости нормальных sY, касательных tXY иэквивалентных sэк напряжений от радиуса r галтели

Y

2100

2400

1800

1500

1200

900

600

300

0 100 300 500 700 Х

10

10

10

10

3050

70

80

90

70

70 150150

190

190130

30

50

70

Рис. 4. Изолинии эквивалентных напряжений sэк, МПа, вшатуне


и высокой их конöентраöии оптиìаëüная тоëщинанахоäится в сравнитеëüно небоëüøоì интерваëеt = 190ј230 ìì, т. е. äëя оптиìизаöии ìетаëëоеì-кости рекоìенäуется тяãи с пряìоуãоëüныì отвер-стиеì в проуøине выпоëнятü сварныìи [2]; эф-фективное снижение ìассы тяã типа 2 происхоäитпри бо ´ëüøих тоëщинах (t = 310 ìì), т. е. тяãи скруãовыì отверстиеì öеëесообразно выпоëнятüкованныìи иëи сварныìи, но бо ´ëüøей тоëщины.Кроìе тоãо, внеøний раäиус R тяã обоих типов öе-ëесообразно уìенüøитü äо 430 ìì.

Дëя тяã типа 1 оптиìаëüныì явëяется небоëü-øой интерваë зна÷ений отноøения e1/e2 (27ј30)äëя тоëщин 160 m t m 240 ìì, а ìасса тяã типа 2 эф-фективно снижается при увеëи÷ении этоãо отно-øения тоëüко в интерваëе 2,5ј5,5. Такиì образоì,оптиìаëüные ìетаëëоэконоìные тяãи обоих типовпри сохранении зна÷ений ìаксиìаëüных напряже-ний иìеþт вытянутуþ вäоëü оси сиììетрии äетаëифорìу с внеøниì раäиусоì R = 430 ìì.

В резуëüтате иссëеäований НДС обоснована öе-ëесообразностü и разработана сварная конструкöиятяãи, в которой напряжения иäенти÷ны напряже-нияì в траäиöионной öеëüнокованной тяãе [2].Приìенение сварной конструкöии (рис. 6), изãо-товëяеìой практи÷ески тоëüко из ëистовой стаëиСт5, снижает ìетаëëоеìкостü äетаëи и зна÷итеëüноуìенüøает труäозатраты и расхоä ëеãированнойстаëи [еäинственная кованная из стаëи 38ХГН äе-таëü — втуëка ∅690 ìì; на разрезе А—А (сì. рис. 6)наä осüþ втуëки показана ее конструкöия äëя тяãитипа 1, поä осüþ — типа 2].

Такиì образоì, в резуëüтате теорети÷еских ис-сëеäований ìетоäоì коне÷ных эëеìентов пëос-коãо НДС реаëüных конструкöий øатунов ìеха-низìа резания заãотово÷ных ножниö поëу÷еныäостоверные оöенки распреäеëений и зна÷енийнапряжений, ÷то позвоëиëо созäатü новуþ свар-нуþ конструкöиþ увеëи÷енной несущей способ-ности и ìенüøей ìетаëëоеìкости, сократив приэтоì труäозатраты.

В ы в о ä ы

Коìпüþтерные реøения краевых заäа÷ теорииупруãости ìетоäоì коне÷ных эëеìентов äаëи коëи-÷ественнуþ оöенку напряженноãо состояния тяже-ëонаãруженных тяã, упростиëи выбор их конструк-тивных параìетров и сократиëи объеì вы÷исëений.

Установëено, ÷то перехоäы контактируþщихповерхностей тяã с пряìоуãоëüныì отверстиеì впроуøине сëеäует выпоëнятü с ìаксиìаëüно воз-ìожныì раäиусоì. Дëя снижения ìетаëëоеìкоститяã секöиþ проуøины рекоìенäуется проектиро-ватü в виäе тавра с фëанöеì, направëенныì к по-верхности отверстия в проуøине.

Оптиìаëüная ìетаëëоеìкостü тяã с пряìоуãоëü-ныì отверстиеì в проуøинах äостиãается притоëщине t = 190ј230 ìì, а тяã с круãовыì отвер-стиеì — при t > 300 ìì. Тяãи раöионаëüно выпоë-нятü сварныìи.


1. Нагруженность, несущая способностü и äоëãове÷-ностü прокатноãо оборуäования / Б. Н. Поëяков,Ю. И. Няøин, И. Ф. Воëеãов, А. Ф. Трусов. М.: Метаë-ëурãия, 1990. 320 с.

2. Поляков Б. Н. Повыøение ка÷ества техноëоãий иäоëãове÷ности оборуäования прокатных станов. Екате-ринбурã: Ураë. ãос. проф.-пеä. ун-т, 1993. Ч. 1. 208 с.

ΔY1, %

25

15

5160 200 240 280 320 t, ìì

ΔY2, %

10

6

2

ΔY1

ΔY2

105

1

ΔY2, %

2 3 4 5 e1/e2

Рис. 5. Снижение металлоемкости тяг типов 1 (DY1) и 2(DY2) в зависимости от толщины t и отношения e1/e2 (длятяг типа 2)

450

4555

2955

700

530

370

R40

260

160

500

540

АА–A

∅690

∅860

800

495

130

350

A50 60

320

Рис. 6. Конструкция сварного шатуна


УДК 621.225.7.001.57

У÷итывая требования к ãаба-ритно-ìассовыì показатеëяì сëе-äящих систеì с ãиäропривоäаìиобъеìноãо реãуëирования в ãиä-ропривоäах все ÷аще вìесто на-сосов с накëонныì бëокоì уста-навëиваþт аксиаëüно-пëунжер-ные насосы с накëонныì äискоì.Из-за нескоëüко хуäøих то÷ност-ных характеристик äанных ìа-øин при их испоëüзовании в сëе-äящеì привоäе с преиìущест-венно инерöионной наãрузкойнеобхоäиìы äопоëнитеëüные ис-сëеäования их рабо÷еãо проöес-са, резуëüтаты которых позвоëи-ëи бы конструктивно повыситüто÷ностü сëеäящих привоäов.

Так как снижение то÷ностиìожет бытü связано с потеряìирабо÷ей жиäкости в контуре ãиä-ропереäа÷и "насос—ìотор", то öе-ëесообразно поäробно рассìот-ретü рабо÷ий проöесс äанной÷асти привоäа с у÷етоì основныхпотоков в ãиäроëиниях. Дëя каж-äой ëинии рассìотриì: поäа÷унасоса, уте÷ки, расхоä ãиäроìо-тора, расхоäы ÷ерез преäохрани-теëüные и поäпито÷ные кëапа-ны, сжиìаеìостü жиäкости в ãиä-роëинии и порøневых каìерахнасоса.

Уравнение неразрывности по-тока äëя кажäой ãиäроëинии пе-реäа÷и:

Qi = Qн + Qпоä – Qсж –

– Qп.к1 + Qп.к2 – Qãì – Qут = 0,

ãäе Qн и Qпоä — поäа÷и насоса ипоäпитки; Qсж — сжиìаеìостüжиäкости; Qãì — расхоä ãиäро-ìотора; Qут — расхоä на уте÷ки;Qп.к1 — расхоä из ãиäроëинии ÷е-рез преäохранитеëüный кëапан;Qп.к2 — поступëение жиäкости вãиäроëиниþ ÷ерез преäохрани-теëüный кëапан второй ãиäро-ëинии.

Есëи привоä наãружен пре-иìущественно инерöионной на-ãрузкой, то сжиìаеìостüþ жиä-кости и расхоäаìи ÷ерез преäо-хранитеëüные кëапаны в режиìесëежения ìожно пренебре÷ü, так

как в обëасти ìаëых рассоãëасо-ваний äавëение привоäа незна-÷итеëüно: кëапаны закрыты, асжиìаеìостü жиäкости ìаëа. Ос-новные расхоäы показаны на схе-ìе ãиäропереäа÷и (рис. 1).

Совìестное изìенение расхо-äов в ãиäропереäа÷е и äруãие ха-рактеристики рассìотриì при еефункöионировании в сëеäящеìпривоäе, структурная схеìа кото-роãо привеäена на рис. 2.

Дëя изу÷ения тонких проöес-сов уäобно испоëüзоватü иìита-öионное ìоäеëирование. Дëя рас-÷ета расхоäов испоëüзоваëи ранееразработанные иìитаöионные ìо-äеëи ãиäроìаøин и переäа÷ [1, 2].Поëу÷енные с их поìощüþ ре-зуëüтаты äëя разоìкнутоãо изаìкнутоãо (сì. рис. 2) эëектро-ãиäравëи÷ескоãо сëеäящеãо при-воäа привеäены на рис. 3—6.

На рис. 3, а, б привеäены за-висиìости уãëовой скорости ωãиäроìотора разоìкнутоãо при-воäа от параìетра R реãуëиро-вания поäа÷и насоса, т. е. скоро-стные характеристики. Рабо÷иеобъеìы ãиäроìотора и насоса —33 сì3/об. При иìитаöионноììоäеëировании на вхоä систеìыпоäаваëи синусоиäаëüный сиãнаëуправëения с ÷астотой 0,628 1/с иаìпëитуäой относитеëüноãо па-раìетра К реãуëирования, рав-ной 0,1. На рис. 3, а от÷етëивовиäна зона не÷увствитеëüности вобëасти ìаëых зна÷ений сиãнаëауправëения.

При снятии скоростной ха-рактеристики привоäа на иìита-öионных ìоäеëях сухое трение ипостоянная составëяþщая наãруз-ки искëþ÷аëисü — ìноãократноснижаëисü инерöионная наãруз-ка и наãрузка вязкоãо трения.При таких усëовиях траäиöион-ные при÷ины, объясняþщие на-ëи÷ие зоны не÷увствитеëüности,отсутствуþт.

На рис. 4, а—е привеäеныхарактеристики ãиäропереäа÷и,поëу÷енные при синусоиäаëü-ноì сиãнаëе управëения низкой÷астоты и äавëении поäпитки

i 1=

n

∑

R

ω

Qн Qãì

Qпоä

Qутpпоä

Рис. 1. Схема гидропередачи

Я. А. ДАРШТ, ä-р техн. наук (КГТА иì. В. А. Деãтярева, ã. Ковров),А. А. ЧЕРНЯКОВ (ОАО "СКБ ПА", ã. Ковров), e-mail: [email protected]

Èññëåäîâàíèå çîíû íå÷óâñòâèòåëüíîñòè ñêîðîñòíîé õàðàêòåðèñòèêè ãèäðîïåðåäà÷è ñ àêñèàëüíî-ïëóíæåðíûì íàñîñîì

Ïðåäëîæåíû ìåðû ïî ïîâûøåíèþ òî÷íîñòè ñëåäÿùåãî ãèäðîïðèâîäà îáú-åìíîãî ðåãóëèðîâàíèÿ ñ àêñèàëüíî-ïëóíæåðíûì íàñîñîì ïóòåì óìåíüøåíèÿçîíû íå÷óâñòâèòåëüíîñòè â ãèäðàâëè÷åñêîé ïåðåäà÷å "ðåãóëèðóåìûé íàñîñ—ãèäðîìîòîð" íà îñíîâå ñíèæåíèÿ äàâëåíèÿ ïîäïèòêè.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: ãèäðîïðèâîä îáúåìíîãî ðåãóëèðîâàíèÿ, ãèäðîïåðåäà-÷à, àêñèàëüíî-ïëóíæåðíûé íàñîñ, ñëåäÿùàÿ ñèñòåìà, ñêîðîñòíàÿ õàðàêòåðè-ñòèêà, çîíà íå÷óâñòâèòåëüíîñòè, òî÷íîñòü.

Precision moves of delivery control fluid servodrive equipped with axial/plungerpump through decreasing the blanking zone within "controlled pump—fluid-powermotor" hydraulic gear based on fluid makeup pressure decrease were proposed.

Keywords: delivery control fluid servodrive, hydraulic drive, axial/plungerpump, servosystem, speed characteristic, blanking zone, precision.


pпоä = 2,5 (рис. 4, а—в) и 0,5 МПа(рис. 4, г—е). На рис. 4, а, г по-казаны изìенения в текущеìвреìени в напорной ëинии поäа-÷и Qн насоса, расхоäа Qут уте÷еки поäа÷и Qпоä ÷ерез поäпито÷-ный кëапан. На рис. 4, б, д при-веäены изìенения в текущеì вре-ìени перепаäа Δp äавëения наãиäроìоторе, а на рис. 4, в, е —уãëовой скорости ω еãо ваëа.

Анаëиз зависиìостей на(рис. 4, а, г) показаë, ÷то при от-кëþ÷ении орãана реãуëированиянасоса некоторое вреìя приростпоäа÷и насоса затра÷ивается нена вращение ваëа ãиäроìотора, ана заìещение поäа÷и поäпитки:поäа÷а Qн растет, а поäа÷а Qпоäпо ìере закрытия поäпито÷ноãокëапана уìенüøается. Тоëüкопосëе тоãо, как поäпито÷ныйкëапан поëностüþ закрыëся, на-÷инается вращение ãиäроìотора(сì. рис. 4, в, е). Такиì образоì,÷еì ìенüøе исхоäная поäа÷а жиä-кости ÷ерез поäпито÷ный кëа-пан, теì быстрее он закроется итеì ìенüøе зона не÷увствитеëü-ности на характеристиках при-воäа.

Поäа÷а поäпитки в напорнуþобëастü опреäеëяется уте÷койжиäкости из этоãо объеìа, кото-рая зависит не тоëüко от зазоровв ìеханизìах привоäа, но, ÷тоособенно важно в äанноì сëу÷ае,и от äавëения, при котороì про-исхоäит уте÷ка. Это позвоëяетпреäпоëожитü, ÷то снижение поä-пито÷ноãо äавëения уìенüøитна÷аëüнуþ уте÷ку и, соответст-венно, зону заìещения поäа÷ипоäпитки поäа÷ей насоса, т. е.снизится и зона не÷увствитеëü-ности привоäа. Это преäпоëоже-ние поäтвержäает сравнение ãра-фиков рис. 4, д, е и 4, б, в: сни-жение äавëения поäпитки в 5 разснизиëо зону не÷увствитеëüно-сти на ãрафиках Δp(t) и ω(t) тожев 5 раз.

В реаëüных конструкöиях вспо-ìоãатеëüный поäпито÷ный насоскоìпенсирует уте÷ку в контурепереäа÷и и оäновреìенно питаетìеханизì управëения насоса. Оä-

Рис. 2. Структурная схема следящего привода:1 — эëектронный бëок управëения; 2 — ìеханизì управëения насосоì; 3 — ãиäропе-реäа÷а; 4 — реäуктор; 5 — обратная связü; U — сиãнаë управëения; Uos — сиãнаë об-ратной связи; e — оøибка систеìы; R — относитеëüный параìетр реãуëирования по-

äа÷и насоса; ω1 = 314 с–1 — уãëовая скоростü ваëа привоäноãо äвиãатеëя насоса; ω2 —уãëовая скоростü ãиäроìотора; M1 и M2 — крутящие ìоìенты ãиäроìотора; ω — уãëо-вая скоростü наãрузки; α — уãоë поворота наãрузки; s — оператор Лапëаса

Рис. 3. Зависимости угловой скорости w гидромотора от относительного параметра Rрегулирования подачи насоса при давлении подпитки 2,5 (а) и 0,5 МПа (б)

1

UosR

e

e RU

e

2

314 c–1 ω1M1

ω2

3

45

4

K–

–K

M2, ω1—s

α

20

–0,10 –0,05 0 0,05 R

ω, 1/с

10

а)

0

–10

–20

–30

20

–0,10 –0,05 0 0,05 R

ω, 1/с

10

б)

0

–10

–20

–30

Q, 10–5 ì3/с

0 5 10 15 20 25 t, с

5

4

32

10

–1

–2

а)0 5 10 15 20 25 t, с

г)

0 5 10 15 20 25 t, сб)

0 5 10 15 20 25 t, сд)

0 5 10 15 20 25 t, св)

0 5 10 15 20 25 t, се)

2

1

0

–1

–2

3

2

1

0

–1

–2

2

4

0

–4

–2

0,6

0

–0,2

–1,5

0,4

0,2

–0,4

–0,6–1,0

–0,5

0

0,5

1,0

Q, 10–5 ì3/с

Δp, МПа Δp, МПа

ω, 1/с ω, 1/с

Qн

Qпоä

Qут

Qут

Qут

Qн

Qн

Qпоä

1,5

Рис. 4. Характеристики гидропередачи при давлении подпитки 2,5 (а—в) и0,5 МПа (г—е)


нако исхоäя из поëу÷енноãо ре-зуëüтата, ìожно рекоìенäоватüразäеëение питания ìеханизìауправëения, äëя котороãо требу-ется повыøенное äавëение, иäавëения поäпитки, ÷то ìожноосуществитü разныìи способаìи.В ÷астности, ìожно настроитüäавëение открытия поäпито÷ныхкëапанов на pк = 2 МПа. Приэтоì äавëение питания ìеханиз-ìа управëения сохраняется натребуþщеìся äëя еãо работоспо-

собности уровне (в наøеì сëу-÷ае на уровне 2,5 МПа), а äав-ëение за кëапаноì — äавëениепоäпитки, установится на уровнеpпоä = 2,5 – 2 = 0,5 МПа.

Дëя опреäеëения то÷ностииìитаöионноãо ìоäеëированиясравниì характеристику e(t)оøибки, поëу÷енной на ìоäеëи(сì. рис. 5, а) с анаëоãи÷ной ха-рактеристикой, поëу÷енной прииссëеäовании реаëüноãо заìкну-тоãо привоäа (рис. 5, б).

Масøтаб вреìени на рис. 5, аи б поäобран оäинаковый, но 1 сна ìоäеëüноì ãрафике соответ-ствует 128 вреìенныì äоëяì наэкспериìентаëüноì ãрафике. Уã-ëовые характеристики также при-веäены в оäноì ìасøтабе, но вразных еäиниöах: на ìоäеëüноìãрафике — в раäианах, на экспе-риìентаëüноì — в тыся÷ных äо-ëях (тыс. ä.) (2π раäиан равны6000 тыс. ä.). Максиìаëüная уã-ëовая скоростü объекта управëе-ния в обоих сëу÷аях — 30°/с.

Соãëасно рис. 5 совпаäение ха-рактеристик хороøее. Некоторая"разìытостü" экспериìентаëü-ной характеристики (сì. рис. 5, б)объясняется характеристикой äат-÷ика уãëа объекта управëения. Нарис. 5, б привеäены также ãрафикпоëожения объекта управëения ипракти÷ески совпаäаþщий с ниìãрафик сиãнаëа управëения.

Реøения по уìенüøениþ зо-ны не÷увствитеëüности скорост-ной характеристики разоìкнуто-ãо привоäа позвоëяþт повыситüто÷ностü привоäа при еãо заìы-кании обратной связüþ.

На рис. 6 привеäена характери-стика оøибки при иìитаöионноììоäеëировании заìкнутоãо при-воäа со сниженныì äо 0,5 МПаäавëениеì поäпитки: оøибкауìенüøиëасü с 6 äо 2 тыс. ä.

Выявëенный в äанной работеэффект ìожет бытü назван ãиä-равëи÷ескиì ëþфтоì, так как поäействиþ он анаëоãи÷ен ìехани-÷ескоìу ëþфту.

Допоëнитеëüные ìоäеëüныеиссëеäования привоäа показаëи,÷то ãиäравëи÷еский ëþфт отра-жается на то÷ности привоäа иэто вëияние приìерно оäинаковопри разных вариаöиях конструк-тивных и наãрузо÷ных параìет-ров. Рас÷еты выпоëняëисü с из-ìенениеì ìоäуëя упруãости жиä-кости, уте÷ки привоäа, ÷астотысиãнаëа управëения привоäоì,сиëы трения при разных наãруз-ках и äинаìике ìеханизìа управ-ëения и т. ä.

Во всех сëу÷аях снижение äав-ëения поäпитки äает поëожи-

e, 10–3 раä

5

0

–50 5 10 15 20 25 t, c

Рис. 5. Ошибка замкнутого привода при давлении подпитки pпод = 2,5 МПа примодельных (а) и натурных (б) экспериментах

Рис. 6. Ошибка e привода при давлении подпитки pпод = 0,5 МПа

5e, 10–3 раä

0 5 10 15 20 25 t, са)

0

–5

4

e, тыс. ä.

128 384 640 896 1162 1408 1664 1920 2178 2434 t, с/100

б)

0

–5

1500

1000

500

0

–500

–1000

–1500

–2000

3

2

1

–4

–3

–2

–1

Поëожение объекта управëения, тыс. ä.

Поëожение объекта управëения

Заäаþщий сиãнаë

Оøибка

5 2000


теëüный эффект, т. е. повыøает-ся то÷ностü систеìы.

Отìетиì, ÷то при сниженииäавëения поäпитки появëяетсяäопоëнитеëüное снижение эф-фективной поäа÷и насоса из-заотноситеëüноãо увеëи÷ения сжа-тия жиäкости при ее прока÷ке ÷е-рез ìаøину. Это проявëяется какäопоëнитеëüная уте÷ка жиäкости

в ãиäропереäа÷е, ÷то нескоëüкоснижает коэффиöиент ее усиëе-ния. Оäнако он ëеãко коìпенси-руется общиì увеëи÷ениеì ко-эффиöиента усиëения настраи-ваеìой ÷асти систеìы. Так какувеëи÷ение уте÷ки привоäит оä-новреìенно и к увеëи÷ениþ äеìп-фирования привоäа, то при вос-становëении коэффиöиента уси-

ëения систеìы ее устой÷ивостüне снижается.


1. Даршт Я. А. Систеìа иìитаöи-онных ìоäеëей ãиäроìаøин // При-воäная техника. 2003. № 4. С. 56—60.

2. Даршт Я. А. Иìитаöионныеìоäеëи ãиäропереäа÷ // Вестник ìа-øиностроения. 2004. № 5. С. 13—16.

УДК [621.825:621.318].001.24

В настоящее вреìя торöевыеìаãнитные ìуфты (ТММ) и пëо-ские ìаãнитные систеìы (ПМС)øироко приìеняþтся в ãерìети÷-ных ìаøинах и аппаратах, обес-пе÷ивая поëнуþ ãерìети÷ностüвнутреннеãо объеìа оборуäова-ния (насосы, коìпрессоры, пере-ìеøиваþщие устройства, транс-портеры и разëи÷ные поäъеìни-ки) и защищая обсëуживаþщийперсонаë и окружаþщуþ среäу отвозäействия вреäных веществ [1].Основной неäостаток ТММ иПМС — наëи÷ие сиë притяженияи оттаëкивания постоянных ìаã-

нитов, распоëоженных äруã про-тив äруãа в поëуìуфтах ТММ иëисекöиях ПМС, при÷еì эти сиëытеì боëüøе, ÷еì ìенüøе возäуø-ный зазор ìежäу поëуìуфтаìииëи секöияìи.

В ТММ и ПМС при норìаëü-ных усëовиях работы ãерìети÷-ноãо оборуäования äействуþт си-ëы притяжения поëуìуфт в ТММ(вäоëü оси вращения) и секöий вПМС (перпенäикуëярно направ-ëениþ переìещения секöий) [2],которые наãружаþт поäøипники(ка÷ения иëи скоëüжения) веäу-щих и веäоìых ваëов ìаøины и

аппарата иëи транспортных те-ëежек ãерìети÷ных транспортеров.

При аварийных усëовиях ра-боты оборуäования, коãäа крутя-щий ìоìент на испоëнитеëüноìорãане ìаøины иëи тяãовое уси-ëие боëüøе преäеëüных крутяще-ãо ìоìента (ТММ) иëи тяãовоãоусиëия (ПМС), происхоäит раз-рыв ìаãнитной связи ìежäу по-ëуìуфтаìи иëи секöияìи. В ìо-ìент рассоãëасования поëуìуфтТММ (разрыв ìаãнитной связиìежäу поëуìуфтаìи) иëи секöийПМС набëþäается сëеäуþщее:поëуìуфты (секöии) то притяãи-ваþтся äруã к äруãу (направëениянаìаãни÷енности ìаãнитов в по-ëуìуфтах иëи секöиях совпаäа-þт), то оттаëкиваþтся (направëе-ния наìаãни÷енности ìаãнитовпротивопоëожны). Рассоãëасо-вание поëуìуфт ТММ (секöийПМС) привоäит к возникнове-ниþ знакопереìенной наãрузки.

Из выøеизëоженноãо сëеäует,÷то на стаäии конструкторскойразработки устройства необхоäи-ìо опреäеëитü сиëы притяженияи оттаëкивания постоянных ìаã-нитов. Рас÷ет сиë притяжениявысококоэрöитивных постоянныхìаãнитов в ТММ и ПМС рас-сìотрен в статüе [2].

Принято с÷итатü, ÷то сиëыпритяжения и оттаëкивания поëу-ìуфт ТММ (секöий ПМС) равны,но направëены противопоëожно.Провериì, поäтвержäаþт ëи этоэкспериìентаëüные äанные.


А. Я. КРАСИЛЬНИКОВ, ä-р техн. наук (УрФУ иì. Б. Н. Еëüöина,ã. Екатеринбурã), А. А. КРАСИЛЬНИКОВ (ОАО "СверäНИИхиììаø",ã. Екатеринбурã), e-mail: [email protected]

Ðàñ÷åò ñèëû âçàèìîäåéñòâèÿ (îòòàëêèâàíèÿ) âûñîêîêîýðöèòèâíûõ ïîñòîÿííûõ ìàãíèòîâ â òîðöåâûõ ìàãíèòíûõ ìóôòàõ è ïëîñêèõìàãíèòíûõ ñèñòåìàõ

Ïîëó÷åíà çàâèñèìîñòü äëÿ ðàñ÷åòà ñèëû îòòàëêèâàíèÿ âûñîêîêîýðöèòèâ-íûõ ïîñòîÿííûõ ìàãíèòîâ èç ñïëàâîâ ðåäêîçåìåëüíûõ õèìè÷åñêèõ ýëåìåíòîââ âèäå ïðÿìîóãîëüíûõ ïðèçì, ðàñïîëîæåííûõ â òîðöåâûõ ìàãíèòíûõ ìóôòàõèëè ïëîñêèõ ìàãíèòíûõ ñèñòåìàõ.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: âûñîêîêîýðöèòèâíûå ïîñòîÿííûå ìàãíèòû, ñïëàâû,ðåäêîçåìåëüíûé õèìè÷åñêèé ýëåìåíò, òîðöåâàÿ ìàãíèòíàÿ ìóôòà, ïëîñêàÿìàãíèòíàÿ ñèñòåìà, ñèëà îòòàëêèâàíèÿ, ðàñ÷åò.

The functional connection for designing repulsive force of high-coercivityconstant right prism form magnets (produced of rare-earth chemical elementsalloys) settled in frontal magnetic clutches or in horizontal magnetic structureswas obtained.

Keywords: high-coercivity constant magnets, rare-earth chemical element,frontal magnetic clutch, horizontal magnetic structure, repulsive force, design.


Экспериìенты провоäиëи наспеöиаëüноì стенäе. На рис. 1привеäена схеìа распоëожениясекöий ПМС с высококоэрöи-тивныìи постоянныìи ìаãнита-ìи при изìерениях сиë оттаëки-вания. На рис. 2, а, б и рис. 3 при-веäены экспериìентаëüные зави-сиìости уäеëüных сиë притяже-ния (Fуä.п) и оттаëкивания (Fуä.от)ìаãнитов, распоëоженных в сек-öиях ПМС, от возäуøных зазо-ров δ ìежäу ìаãнитаìи, а в таб-ëиöе — зна÷ения уäеëüных сиëпритяжения и оттаëкивания.

Уäеëüнуþ сиëу оттаëкиванияìаãнитов расс÷итываëи по фор-ìуëе

Fуä.от = Fот/S,

ãäе Fот — сиëа оттаëкивания ìаã-нитов секöий ПМС, Н; S — пëо-щаäü поверхности (верхней иëинижней) ìаãнитов, сì2.

Анаëиз äанных показаë, ÷тоуäеëüные сиëы оттаëкивания äëяпоëу÷енноãо боëüøинства ìаã-нитов ìенüøе уäеëüных сиë при-тяжения. Приìерное выравнива-ние уäеëüных сиë набëþäается восновноì при возäуøноì зазореδ = 12 ìì. То же набëþäается ипри ìаãнитах ãеоìетри÷ескойфорìы, отëи÷ной от пряìоуãоëü-ных призì (рис. 4).

Широко приìеняþтся ТММ иПМС с δ = 3ј8 ìì. Как виäно изтабëиöы, уäеëüные сиëы оттаëки-вания в этоì äиапазоне возäуø-ных зазоров не превыøаþт 90 %от уäеëüных сиë притяжения. По-этоìу общуþ сиëу оттаëкиванияìаãнитов ìежäу поëуìуфтаìиТММ иëи секöияìи ПМС ìожнорасс÷итыватü по уравнениþ (11)из работы [2]:

Fот = 0,9F =

= 0,9[1,33 (Br n ãр/Br1 ãр)2 –

– 0,57(δ/Δ)]mFz. (1)

При возäуøных зазорах ìежäусекöияìи ПМС (иëи поëуìуфта-ìи ТММ) δ > 8 ìì рекоìенäует-ся общуþ сиëу оттаëкивания ìе-жäу секöияìи иëи поëуìуфтаìи

А Маãнитопровоä

Б–Б

Маãнит

Б–Б

Б

H

a

h

2 Fот Fот

Sb N S N

а) б)

S N S N

Б

1

δ

Г Г

Рис. 1. Схема расположения секций ПМС при измерения силы Fот отталкиванияв плоской магнитной системе:а и б — ìаãниты в виäе пряìоуãоëüных и трапеöеиäаëüных призì; 1 и 2 — верхняя инижняя секöии; ↑ — направëение наìаãни÷енности

1,2

Fуä, 9,81 Н/сì2

2 4 6 8 10 δ, ìì

а)

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0

Fуä. п

Fуä. от

Fуä. п

Fуä. от

1,2


2 4 6 8 10 δ, ìì

б)

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0


1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0 2 4 6 8 10 δ, ìì

Fуä.п

Fуä.от

N


1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0 2 4 6 8 10 12 δ, ìì

Fуä.п

Fуä.от

а)

б)

A =

a =

10

B = b = 30

A1 =

a1 =

20

H = h = 8

Рис. 3. Экспериментальные зависимо-сти Fуд.п и Fуд.от постоянных магнитовразмерами 18 Ѕ 40 Ѕ 8 мм из сплаваКС-37 группы 2 (B

r= 0,80 Тл) от воз-

душного зазора d

Рис. 4. Экспериментальные зависимостиFуд.от и Fуд.п (а) трапецеидальных магни-тов (б) размерами 10(20) Ѕ 30 Ѕ 8 мм изсплава КС-37 группы 1 (B

r= 0,76 Тл)

от воздушного зазора d

Рис. 2. Экспериментальные зависимо-сти удельных сил притяжения (Fуд.п) иотталкивания (Fуд.от) постоянных маг-нитов размерами 15 Ѕ 40 Ѕ 8 мм (а) и20 Ѕ 30 Ѕ 10 мм (б) из сплава КС-37группы 1 (B

r= 0,76 Тл) от воздушного

зазора d


приниìатü равной общей сиëепритяжения:

Fот = F = [1,33(Br n ãр/Br1 ãр)2 –

– 0,57(δ/Δ)]mFz. (2)

В реаëüных усëовиях работыоборуäования с ПМС при рассо-ãëасовании ìаãнитной связи ìе-жäу ее секöияìи (разрыв ìаãнит-ной связи) оäна из секöий ìаã-нитной систеìы остается на ìес-те, а äруãая — сìещена относи-теëüно нее в ãоризонтаëüноìнаправëении ([3], рис. 3) на оäинìаãнит, т. е. в контакте нахоäятся(m – 1) пара ìаãнитов, ãäе m —÷исëо ìаãнитов в секöии ПМСиëи поëуìуфте ТММ (рис. 5).В этоì сëу÷ае выражения (1) и (2)приниìаþт виä:

Fот = 0,9F = [1,33(Br n ãр/Br1 ãр)2 –

– 0,57(δ/Δ)](m – 1)Fz;

Fот = F = [1,33(Br n ãр/Br1 ãр)2 –

– 0,57(δ/Δ)](m – 1)Fz.

Резуëüтаты иссëеäований по-звоëиëи расс÷итатü общуþ сиëуоттаëкивания высококоэрöитив-ных постоянных ìаãнитов, рас-поëоженных в поëуìуфтах ТММ(секöиях ПМС), которуþ ìожноу÷итыватü на этапе проектирова-

ния как äопоëнитеëüнуþ äейст-вуþщуþ сиëу (наãрузку) при вы-боре поäøипников ка÷ения.

Иссëеäования также показаëи,÷то при возäуøных зазорах ìежäуìаãнитаìи ТММ от 3 äо 8 ììсиëа оттаëкивания ìенüøе сиëыпритяжения поëуìуфт. При рас-÷етах сиëы оттаëкивания в äан-ноì äиапазоне возäуøных зазо-ров рекоìенäуется с÷итатü ее рав-ной 0,9Fn. При δ > 8 ìì сиëыпритяжения и оттаëкивания бëиз-ки (при δ = 12 ìì практи÷ескиравны) и при рас÷етах их ìожноприниìатü равныìи.


1. Красильников А. Я. Станäарт-ные конструкöии ìаãнитных систеìи ìуфт // Хиìи÷еское и нефтеãазо-вое ìаøиностроение. 2002. № 7.С. 35—37.

2. Красильников А. Я., Красиль-

ников А. А. Рас÷ет сиëы притяжениявысококоэрöитивных постоянныхìаãнитов в торöевых ìаãнитныхìуфтах и пëоских ìаãнитных систе-ìах // Вестник ìаøиностроения.2010. № 6. С. 13—16.

3. Красильников А. Я., Красиль-

ников А. А. Рас÷ет сиëы взаиìоäей-ствия высококоэрöитивных посто-янных ìаãнитов в зависиìости от ихãруппы // Вестник ìаøиностроения.2009. № 9. С. 17—19.

Экспериментальные значения удельных сил отталкивания (Fуд.от) и притяжения (Fуд.п)

Маãниты КС-37(ãруппа, разìеры, ìì)

δ, ì Fуä.п, Н/сì2 Fуä.от, Н/сì2 Fуä.от/Fуä.п

Пряìоуãоëüныепризìати÷еские(ãруппа 1; 15 Ѕ 40 Ѕ 8)

2 12,65 10,1 (2,2) 0,84 (2,2)4 7,75 6,97 0,906 5,40 4,41 0,878 3,34 2,94 0,8810 2,16 2,45 1,1312 1,375 1,86 1,35


2,3 12,36 7,55 (2,0) 0,604,0 9,52 6,08 (3,5) 0,626,0 6,38 4,61 0,728,0 4,41 3,68 0,8310,0 3,43 2,94 0,8612,0 2,45 2,26 0,92


3 11,97 10,89 (2,0) 0,764 10,30 7,41 0,726 7,23 5,16 0,718 5,30 4,02 0,7610 3,73 3,14 0,8612 2,35 2,45 1,04

Трапеöеиäаëüныепризìати÷еские(ãруппа 1; 10(20) Ѕ 30 Ѕ 8)[A = a1 = 10; A1 = a1 = 20]

2 9,22 3,92 0,434 6,47 2,65 0,416 3,921 1,86 0,478 2,45 1,28 0,5210 1,67 0,98 0,5912 0,83 0,73 0,88

П р и ì е ÷ а н и е. В скобках привеäены зна÷ения δ, отëи÷авøиеся от указанных вäанной ãрафе.

1 Маãнитопровоä

Маãнит

Б Б

A

H

a Fот

h

2

δ

Б–Б

S SN Nb

Рис. 5. Схема расположения верхней 1 и нижней 2 секций плоской магнитнойсистемы при возникновении сил отталкивания (- — направление намагниченности)


УДК 621.427

А. Ж. МУРЗАГАЛИЕВ, В. Г. НЕКРАСОВ, канäиäаты техни÷еских наук (Актþбинский ГУ иì. К. Жубанова,ã. Актобе, Казахстан), e-nail: [email protected]

Ðàçðàáîòêà âèíòîâûõ ðîòîðîâ äëÿ äâèãàòåëÿâûñîêîãî ðàñøèðåíèÿ

В настоящее вреìя äëя автотракторной техникиосновныì явëяется порøневой äвиãатеëü внутрен-неãо сãорания (ДВС). Известные порøневые äви-ãатеëи [с принуäитеëüныì (искровыì) зажиãани-еì, с саìовоспëаìенениеì от сжатия (äизеëüные),ãазовые, äвухтопëивные ãазоäизеëüные, ÷етырех-тактные, äвухтактные] работаþт по оäноìу прин-öипу: впуск и сжатие возäуха в öиëинäре, сãораниетопëивовозäуøной сìеси, выпуск.

Совреìенные порøневые äвиãатеëи äовеäеныäо высокой степени соверøенства. В ÷астности,эффективностü преобразования энерãии топëива вäизеëüных äвиãатеëях äостиãает 40 %, а в äизеëях стурбонаääувоì — 43ј45 %. Но известны и неäос-татки порøневых äвиãатеëей. Так, степенü сжатияпорøневых äвиãатеëей без турбонаääува равна сте-пени расøирения, äавëение ãазов на выпуске äо-стиãает 0,3ј0,5 МПа, ÷то неãативно сказывается наих эффективности. Дëя возвратно-поступатеëüноãоäвижения порøня необхоäиì ìеханизì преобразо-вания äвижения, в ка÷естве котороãо испоëüзуþткривоøипно-øатунный ìеханизì. Оäнако он соз-äает боковые сиëы, äействуþщие на порøенü, ÷топривоäит к износу ãиëüзы öиëинäра, снижениþкоìпрессии и эффективности, сокращениþ ìеж-реìонтноãо и общеãо ресурса äвиãатеëя. Сìазыва-ние ãиëüзы ìасëоì из картера äвиãатеëя привоäитк еãо уãару, заãрязнениþ проäуктаìи сãорания,разëожениþ и потере иì сìазываþщих свойств.Необхоäиìостü ÷астой заìены и боëüøой расхоäìасëа неãативно вëияþт на наäежностü, ресурс иэконоìи÷еские показатеëи äвиãатеëей, а иìпуëüс-ный режиì сãорания топëива на их экоëоãи÷ескиепоказатеëи.

В äвиãатеëестроении постоянно ищут возìож-ности устранения указанных неäостатков. В ÷аст-ности, в 50ј60-е ãоäы XX века быë разработан иäовеäен äо уровня проìыøëенноãо произвоäства

роторно-порøневой äвиãатеëü, известный как ван-кеëü. Рабо÷ие орãаны в неì вращаþтся, хотя про-öесс все же иäет иìпуëüсно, повторяя такты порø-невоãо ÷етырехтактноãо äвиãатеëя. Ванкеëü иìеетоãрани÷ения по степени сжатия и расøирения, ÷тоне позвоëяет еìу конкурироватü с совреìенныìибыстрохоäныìи äизеëüныìи äвиãатеëяìи по эко-ноìи÷ности. По этой же при÷ине ванкеëü не поëу-÷иë øирокоãо распространения (еãо произвоäитеäинственная в ìире фирìа — японская коìпания"Мазäа", при÷еì в оãрани÷енноì объеìе и в основ-ноì äëя аìериканскоãо рынка).

Известно, ÷то ìаøины с вращатеëüныì äвиже-ниеì иìеþт преиìущество переä ìаøинаìи свозвратно-поступатеëüныì, коëебатеëüныì и по-äобныìи äвиженияìи рабо÷их орãанов. В äвиãа-теëестроении ротаöионные äвиãатеëи, в которыхрабо÷ие эëеìенты тоëüко вращаþтся, известны совреìен паровых ìаøин [1]. Но пробëеìы упëотне-ния рабо÷их эëеìентов не позвоëяþт иì конкури-роватü с порøневыìи äвиãатеëяìи — паровыìи иДВС. Созäатü работоспособный ротаöионный äви-ãатеëü пытаþтся äо сих пор.

В настоящее вреìя естü äва типа ìаøин, поë-ностüþ отве÷аþщих ротаöионноìу принöипу äей-ствия. Первый — ëопато÷ные турбины, известны всовреìенной практике как паровые иëи ãазовые.Лопато÷ные паровые турбины — практи÷ески еäин-ственный тип привоäа ìощных энерãети÷еских аã-реãатов. Газовые турбины испоëüзуþт в энерãетикеäëя привоäа ãенераторов, в авиаöии они стаëи ос-новныìи äвиãатеëяìи боëüøих ëетатеëüных аппа-ратов. В паровых турбинах энерãия преобразуетсяза с÷ет кинети÷еской энерãии ãазов. Эффектив-ностü ëопато÷ной турбины резко снижается приìощностях ìенее 3000ј5000 кВт. Поэтоìу как ав-тотракторные äвиãатеëи ìаëой ìощности они ока-заëисü не конкурентоспособныìи по сравнениþ спорøневыìи.

Второй тип ротаöионных ìаøин — винтовые,развиëисü из объеìных ìаøин зуб÷атоãо типа, вкоторых ìежäу корпусоì и выступаìи и впаäина-ìи контактируþщих роторов при опреäеëенной ихäëине созäаþтся заìкнутые каìеры, переносящиепорöии ãаза из зоны впуска в зону выпуска. Винто-вые ìаøины быëи разработаны в 30-е ãоäы XX векаøвеäскиì инженероì Лисхоëüìоì как ãазовые ìа-øины объеìноãо äействия. В настоящее вреìя ряäкоìпаний и завоäов произвоäят сериþ винтовыхкоìпрессоров с разëи÷ной произвоäитеëüностüþ и

Ðàçðàáîòàíà òåõíîëîãèÿ, ïîçâîëÿþùàÿ èçãîòîâèòüêîíè÷åñêèé âèíòîâîé ðîòîð äëÿ äâèãàòåëÿ âûñîêîãîðàñøèðåíèÿ.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: äâèãàòåëè âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ,òóðáèíà, âèíòîâîé äâèãàòåëü, äàâëåíèå, ñòåïåíü ðàñ-øèðåíèÿ.

The technique which makes possible to produce a conehelical rotor designed for high-extension engine was devel-oped.

Keywords: internal-combustion engines, turbine, pro-peller engine, pressure, expansion ratio.


äавëениеì сжатоãо возäуха äо 0,7 МПа (в России —Чеëябинский коìпрессорный завоä).

Винтовая ìаøина, как ëþбая ãазовая объеìнаяìаøина, явëяется обратиìой и при поäа÷е в нее ãа-за поä äавëениеì вырабатывает ìехани÷ескуþ ìощ-ностü (вращаþщий ìоìент), т. е. ìожет рассìат-риватüся как äвиãатеëü. Сей÷ас винтовые ìаøинына÷инаþт приìенятü äëя привоäа эëектри÷ескихãенераторов небоëüøой ìощности äëя созäанияэëектроãенерируþщей наäстройки в паровых ко-теëüных при äавëении пара от 1,3 äо 2,5 МПа, обес-пе÷ивая ìощностü аãреãатов от 250 äо 2000 кВт.

Особенностüþ упоìянутых винтовых ìаøин яв-ëяется то, ÷то при öиëинäри÷еской форìе винто-вых роторов они иìеþт степенü расøирения 4ј4,5,÷то позвоëяет созäатü небоëüøой перепаä äавëе-ния — от 1,3 äо 0,5 МПа. Это соответствует усëо-вияì приìенения винтовых äвиãатеëей как эëек-троãенерируþщих наäстроек в котеëüных, но не по-звоëяет рассìатриватü их в ка÷естве совреìенныхсиëовых аãреãатов ввиäу неäостато÷ной эффектив-ности. В то же вреìя возìожностü приìенениявинтовых ìаøин при относитеëüно небоëüøихобъеìах ãазов, ÷то ìожно виäетü на серии винто-вых коìпрессоров разной произвоäитеëüности, äа-ет основание с÷итатü, ÷то поäобный тип ìаøинìожет статü основой äëя созäания ротаöионноãоäвиãатеëя относитеëüно небоëüøой ìощности.

Оäниì из возìожных путей повыøения эффек-тивности винтовых äвиãатеëей äо уровня совре-ìенных порøневых äвиãатеëей некоторые авторыс÷итаþт посëеäоватеëüное вкëþ÷ение винтовыхэëеìентов. Наприìер, посëеäоватеëüное вкëþ÷е-ние по пару при параëëеëüной работе на оäин ãе-нератор приìениëа австрийская фирìа äëя энер-ãоаãреãатов с äавëениеì пара 2,5 МПа. В работе [2]рассìатривается схеìа äвиãатеëя с посëеäоватеëü-ныì вкëþ÷ениеì винтовых эëеìентов как коìпрес-сора, так и äетанäера. При степени расøирения воäноì винтовоì эëеìенте 4ј4,5 их посëеäоватеëü-ное вкëþ÷ение обеспе÷ивает степенü расøирения16ј20, т. е. на уровне совреìенноãо äизеëüноãоäвиãатеëя. Оäнако такая схеìа усëожняет конст-рукöиþ äвиãатеëя.

Поëу÷итü высокуþ степенü сжатия в коìпрес-соре иëи высокуþ степенü расøирения в äетанäереìожно в винтовой ãазовой ìаøине с кони÷ескиìиротораìи [3]. Разработку винтовых ìаøин с кони-÷ескиìи ротораìи веäут в Тоëüяттинскоì универ-ситете [4, 5]. Винтовые äвиãатеëи с кони÷ескиìиротораìи конструирует коìпания "Перна Моторс"(Чехия) [6]. Естü ряä патентов на винтовые ìаøи-ны с кони÷ескиìи ротораìи за рубежоì.

Известно, ÷то эффективностü тепëовоãо äвиãа-теëя зависит от степени расøирения. Кони÷ескийвинтовой эëеìент позвоëяет поëу÷итü практи÷ескиëþбуþ заäаннуþ степенü изìенения объеìа. Сëе-äоватеëüно, заäавая высокуþ степенü расøирения,

ìожно поëу÷итü высокий терìи÷еский КПД äви-ãатеëя. Дëя винтовоãо äвиãатеëя со степенüþ рас-øирения 40 рас÷еты показываþт, ÷то при извест-ных характеристиках ãазов терìи÷еский КПД бу-äет не ìенее 0,8 (äëя искровых äвиãатеëей — 0,6,äëя äизеëüных — 0,7). Так, при äавëении сãорания10 МПа и такой же степени расøирения äавëениеãазов на выпуске буäет незна÷итеëüно превыøатüатìосферное äавëение (0,185 МПа), а теìператураотхоäящих ãазов буäет также зна÷итеëüно ниже,÷еì у порøневых äвиãатеëей. С у÷етоì отсутствияìеханизìа преобразования äвижения, искëþ÷енияинерöионных сиë и равноìерноãо вращения рото-ров ìехани÷еский КПД также буäет выøе, ÷еì упорøневых äвиãатеëей (не ìенее 0,8ј0,85).

Винтовой äвиãатеëü работает по схеìе разäеëен-ноãо öикëа при постоянноì äавëении в каìере сãо-рания (öикë Брайтона, испоëüзуеìый в ãазовыхтурбинах), поэтоìу у неãо нет потерü, оöениваеìыхкоэффиöиентоì напоëнения. В преäпоëожениипотерü тепëоты на охëажäение на уровне порøне-вых äвиãатеëей (относитеëüный КПД 0,8) эффек-тивный КПД винтовоãо äвиãатеëя ìожно ожиäатüна уровне 0,8 Ѕ 0,8 Ѕ 0,8 = 0,512, ÷то на 7ј8 % вы-øе ëу÷øих показатеëей äизеëüных äвиãатеëей. Ор-ãанизаöия сãорания топëива в каìере с постоян-ныì äавëениеì по öикëу Брайтона созäает усëовияäëя поëноãо сãорания и поëу÷ения высоких экоëо-ãи÷еских показатеëей.

В винтовоì äвиãатеëе существенно ìенüøе äе-таëей: он состоит из корпуса и äвух роторов на ва-ëах с поäøипникаìи и синхронизируþщиìи зуб-÷атыìи коëесаìи.

Такиì образоì, винтовой äвиãатеëü практи÷е-ски по всеì показатеëяì иìеет преиìущество пе-реä øироко испоëüзуеìыìи сеãоäня порøневыìиäвиãатеëяìи. Еäинственныì фактороì, сäержи-ваþщиì распространение винтовых äвиãатеëей,явëяется сëожностü выпоëнения винтовой поверх-ности на роторах, обеспе÷иваþщих ãазовуþ пëот-ностü взаиìноãо контакта роторов при вращении.

У÷итывая эту пробëеìу, авторы разработаëиконструкöиþ и техноëоãиþ изãотовëения кони÷е-ских винтовых роторов, позвоëяþщие созäатü ра-ботоспособный винтовой äвиãатеëü с высокиìитехнико-эконоìи÷ескиìи показатеëяìи. Заäа÷у ре-øаëи сëеäуþщиì образоì.

Установиëи, ÷то конусностü ротора äоëжнабытü равна 20°. Профиëü винтовой поверхностиопреäеëяëи исхоäя из сëеäуþщеãо. Боëüøинствоавторов конструироваëи винтовуþ поверхностüроторов по принöипу зуб÷атых коëес с накëонны-ìи зубüяìи: на оäноì роторе винтовая поверхностüобразована äуãовыìи выступаìи, на сопряãаеìоì —äуãовыìи впаäинаìи. Накëон зубüев по отноøе-ниþ к оси роторов небоëüøой, ÷то опреäеëяет ìа-ëуþ степенü изìенения объеìа в ìежвитковых ка-ìерах. Дëя поëу÷ения боëüøой степени изìенения


объеìа накëон винтовой поверхности необхоäиìоувеëи÷итü, в резуëüтате ÷еãо на конусной поверх-ности роторов образуется ряä заìкнутых и изоëи-рованных спираëüных каìер, объеì которых уве-ëи÷ивается от ìенüøеãо основания конусных ро-торов к боëüøеìу. Поэтоìу винтовуþ поверхностüìожно профиëироватü по типу резüбовоãо заöеп-ëения с трапеöиевиäныì профиëеì зубüев на обо-их роторах оäинаковой форìы. В отëи÷ие от упо-ìянутой выøе конструкöии новая конструкöиявинтовой ìаøины требует наëи÷ия синхронизируþ-щих зуб÷атых коëес äëя соãëасования вращенияроторов (рис. 1).

Теорети÷ески такой профиëü винтовой поверх-ности ìожет бытü выпоëнен при пëавно изìеняþ-

щеìся øаãе винтовой поверхности. Но äëя этоãонеобхоäиìы спеöиаëüные станки с проãраììныìуправëениеì.

Дëя изãотовëения роторов на серийноì ìетаë-ëообрабатываþщеì оборуäовании быëа разрабо-тана схеìа ступен÷атоãо изìенения øаãа нарезки.Так, на серийноì станке ТК-20 завоäа "Красныйпроëетарий" при проäоëüной поäа÷е 112, 96, 80, 56ìожно нарезатü äвухзахоäнуþ винтовуþ поверх-ностü трапеöиевиäной форìы на роторе äëинойокоëо 400 ìì при конусности 20° (äиаìетр ìенü-øеãо основания конуса и öиëинäри÷ескоãо основа-ния ротора — 40 ìì, äиаìетр боëüøеãо основания —160 ìì) с äостато÷но равноìерныì øаãоì витков.Этиì ìетоäоì быëа выпоëнена ìоäеëü базовоãо ро-тора в натураëüнуþ веëи÷ину из капроëана (рис. 2,сì. обëожку).

Винтовые поверхности на базовоì роторе про-ìыøëенноãо образöа из ìетаëëа (сиëуìина, ÷уãу-на) öеëесообразно нарезатü не резöаìи, а öиëинä-ри÷еской фрезой. Дëя этоãо необхоäиìа съеìнаяфрезерная ãоëовка с привоäоì фрезы, которуþ ус-танавëиваþт в резöеäержатеëе токарноãо станка науровне оси ротора. Циëинäри÷еской фрезой в триприеìа нарезаþт пряìоуãоëüные пазы, затеì обра-батываþт их боковые поверхности трапеöиевиäно-ãо профиëя путеì поворота верхней каретки токар-ноãо станка на соответствуþщий уãоë в оäну и äру-ãуþ сторону (рис. 3).

Обязатеëüное требование к винтовыì ìаøинаì —пëотный ãазонепрониöаеìый контакт сìежных ро-торов. В связи с теì, ÷то поверхностü базовоãо ро-тора иìеет переìенный øаã винтовой нарезки, по-ëу÷итü то÷ный профиëü на роторе-сатеëëите ìе-хани÷еской обработкой невозìожно. Поэтоìу äëявыпоëнения ротора-сатеëëита быëа принята техно-ëоãия то÷ноãо ëитüя по выпëавëяеìыì ìоäеëяììетоäоì обкатки базовоãо ротора. Дëя этоãо ис-

12

4 3

Рис. 1. Принципиальная схема винтовой машины с высокимрасширением:1 — основной ротор; 2 — ротор-сатеëëит; 3 — синхронизируþ-щие зуб÷атые коëеса; 4 — сиëовой ваë

1 2

Рис. 3. Схема нарезания винтовой поверхности на базовомроторе цилиндрической фрезой:1 — кони÷еская заãотовка ротора; 2 — три поëожения öиëинä-ри÷еской фрезы при нарезании трапеöиевиäных пазов на роторе


поëüзоваëи приспособëение с поäøипникаìи äëяваëов роторов, соответствуþщих ÷ертежу äвиãа-теëя, но без корпуса. В приспособëении устанав-ëиваëи базовый ротор и рабо÷ий (стаëüной) ваëротора-сатеëëита, на ваëах закрепëяëи синхрони-зируþщие зуб÷атые коëеса, с поìощüþ которыхсоãëасуþтся вращения базовоãо ротора и ротора-сатеëëита. На ваëу ротора-сатеëëита в ìестах, ãäеäоëжны бытü винтовые ãребни, привариваëи арìа-туру, на которуþ наносиëи разоãретый äо пëасти÷-ноãо состояния ëитейный воск. Повора÷ивая ваëы,форìироваëи восковуþ ìоäеëü с винтовой поверх-ностüþ, то÷но соответствуþщей впаäинаì базово-ãо ротора.

Поëу÷еннуþ ìоäеëü ротора-сатеëëита обраба-тываëи закрепëяþщиì составоì и по техноëоãииëитüя по выпëавëяеìыì ìоäеëяì изãотовëяëи ро-тор-сатеëëит с винтовой поверхностüþ, не требуþ-щей äопоëнитеëüной ìехани÷еской обработки, за-оäно с рабо÷иì ваëоì, не требуþщиì öентровки.

Техноëоãиþ поëу÷ения ротора-сатеëëита отра-батываëи на ìоäеëи с приìенениеì в ка÷естве пëа-сти÷ноãо ìатериаëа скуëüптурноãо пëастиëина, ÷топозвоëиëо форìоватü ротор-сатеëëит без приìе-нения наãреваеìой пëасти÷ной ìассы. На рис. 4(сì. обëожку) показано приспособëение с отфор-ìованныì ìетоäоì обкатки ротороì-сатеëëитоìиз пëасти÷ноãо ìатериаëа. Поäобныì образоì фор-

ìуется ротор из ëитейноãо воска äëя посëеäуþщейеãо отëивки из ìетаëëа.

Такиì образоì, разработана техноëоãия изãо-товëения кони÷еских винтовых роторов с переìен-ныì øаãоì. Это первый этап в освоении винто-вых äвиãатеëей высокоãо расøирения. Сëеäуþщийэтап — созäание опытноãо образöа винтовоãо äви-ãатеëя и посëеäуþщее освоение проìыøëенноãообразöа.


1. Rotary Steam Engines. www.dself.dsl.pipex.com/MUSEUM/POWER/roraryengines

2. Сотников В. О äвижущей сиëе заветов и о посëе-äоватеëях, способных развиватü эту сиëу. Донеöк: Норä-Пресс, 2006, 160 с.

3. Горлов В., Коньшин А., Спичкин В. Винтовой äви-ãатеëü внутреннеãо сãорания // Двиãатеëü. 2003. № 1.С. 34—36.

4. Пат. 2372524 Рос. Федерации: Коìпрессор-экс-панäер с кони÷ескиìи ротораìи.

5. Конические винтовые роторы äëя коìпрессорныхустановок // VIII ìосковский ìежäунароäный саëон ин-новаöий и инвестиöий. www.salon.exteach.ru/salon8/db/proj/php?kodproekta = 2924

6. Perna V., Busov B., Jirma P. // New Motor and TRIZEvaluation. www.asaka-gu.as.jp/php/nakagawa/THIZ/eTRIZ/epapers/e2... www.translate.google.com/tranlate?js=y&prev=t&hl=ru&hl=ru&ie=UT...

УДК 543.08

В. А. БУЗАНОВСКИЙ, ä-р техн. наук (ОАО НПО "Хиìавтоìатика", ã. Москва), e-mail: [email protected]

Íàïðàâëåíèÿ ðàçâèòèÿ ãàçîâûõ íàíîñåíñîðîâ:¸ìêîñòíûå, àêóñòè÷åñêèå, ðåôðàêòîìåòðè÷åñêèåè èîíèçàöèîííûå ñ óãëåðîäíûìè íàíîòðóáêàìè

В зависиìости от ìатериаëа ÷увствитеëüноãоэëеìента (ЧЭ) ãазовые наносенсоры поäразäеëяþтна ìетаëëоксиäные, креìниевые, ìетаëëи÷еские иуãëероäные. Так как ЧЭ наносенсоров посëеäнейãруппы явëяþтся преиìущественно уãëероäные на-нотрубки, то их ÷асто называþт ãазовыìи наносен-сораìи с уãëероäныìи нанотрубкаìи. По принöипу

äействия наносенсоры äанной ãруппы бываþт кон-äуктоìетри÷ескиìи, ёìкостныìи, акусти÷ескиìи,рефрактоìетри÷ескиìи и ионизаöионныìи [1, 2].

Рассìотриì направëения развития посëеäних÷етырех поäãрупп ãазовых наносенсоров.

Ёмкостные газовые наносенсоры. Принöип ихäействия основан на зависиìости относитеëüнойäиэëектри÷еской прониöаеìости ε покрытия с уã-ëероäныìи нанотрубкаìи от состава ãазообраз-ной среäы, абсорбируþщейся на еãо поверхности:ε = fε(C1, C2, ..., CN), ãäе C1, C2, ..., CN — конöен-траöия коìпонентов ãазообразной среäы; N — ÷ис-ëо коìпонентов.

Обы÷но ЧЭ наносенсора (рис. 1) преäставëяетсобой пëоский конäенсатор, внутренняя сторонаоäной из обкëаäок 1 котороãо соäержит сëой нано-трубок. Межäу этиì сëоеì и обкëаäкой 2 нахоäит-ся анаëизируеìая ãазообразная среäа 3. Ёìкостüконäенсатора E = ε0ε1S/d, ãäе ε0 — эëектри÷еская

Ðàññìîòðåíû íàïðàâëåíèÿ ðàçâèòèÿ ¸ìêîñòíûõ, àêó-ñòè÷åñêèõ, ðåôðàêòîìåòðè÷åñêèõ è èîíèçàöèîííûõ ãà-çîâûõ íàíîñåíñîðîâ íà îñíîâå îäíî- è ìíîãîñëîéíûõóãëåðîäíûõ íàíîòðóáîê.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: ãàçîâûé íàíîñåíñîð, îäíîñëîé-íûå è ìíîãîñëîéíûå óãëåðîäíûå íàíîòðóáêè.

Tendencies of capacitive, sonorous, refractometric andionization autogenous nanosensors based on single- andmultilayer carbon nanotubes were examined.

Keywords: autogenous nanosensor, single- and multi-layer carbon nanotubes.


постоянная; ε1 — относитеëüная äиэëектри÷ескаяпрониöаеìостü сëоя уãëероäных нанотрубок и сре-äы ìежäу обкëаäкаìи; d — расстояние ìежäу об-кëаäкаìи; S — пëощаäü обкëаäки.

Аäсорбöия коìпонентов ãазообразной среäы напокрытии с нанотрубкаìи изìеняет относитеëü-нуþ äиэëектри÷ескуþ прониöаеìостü ε, а сëеäова-теëüно, и ε1, т. е. ìожно сказатü, ÷то ёìкостü кон-äенсатора зависит от состава ãазообразной среäы:E = fE(C1, C2, ..., CN).

На основании указанной законоìерности раз-работаëи наносенсор äëя опреäеëения относитеëü-ной вëажности возäуха при норìаëüной теìпера-туре с обкëаäкаìи из коррозионно-стойкой стаëи.На внутреннþþ сторону оäной из них быëи нане-сены ìноãосëойные уãëероäные нанотрубки. Ёì-костü разработанноãо наносенсора боëüøе ёìкостинаносенсора без нанотрубок в 1,6ј2 раза при вëаж-ности возäуха ìенее 70 % и в 3ј30 раз — при вëаж-ности боëее 70 %. Вреìя установëения показаний ивозврата их к на÷аëüноìу зна÷ениþ не превыøаëо5 ìин [2, 3].

Дëя опреäеëения аììиака и паров ìуравüинойкисëоты испоëüзоваëи наносенсор с обкëаäкаìи изаëþìиния. Внутренняя поверхностü оäной из нихбыëа покрыта оксиäоì аëþìиния и выращенныìпри пироëизе аöетона ìассивоì ìноãосëойных уã-ëероäных нанотрубок. Наносенсор иìеë сравни-теëüно ìаëое вреìя установëения показаний и воз-врата их к на÷аëüной веëи÷ине (поëное возвраще-ние к базовой ëинии ìенее 6 ìин без приìенениякакоãо-ëибо внеøнеãо возäействия) [4].

Также созäаëи наносенсор с обкëаäкаìи изкреìния. На внутренней поверхности оäной из нихпутеì высокотеìпературноãо окисëения быë нане-сен сëой äиоксиäа креìния тоëщиной 250 нì, накотороì ìетоäоì хиìи÷ескоãо осажäения пароввыращен ìассив оäносëойных уãëероäных нано-трубок. К обкëаäкаì наносенсора прикëаäываëинапряжение 100 ìВ с ÷астотой 30 кГö, привоäив-øее к возникновениþ на конöах нанотрубок пе-реìенноãо эëектри÷ескоãо поëя напряженностüþ105ј106 В/сì, которое интенсифиöироваëо про-öессы аäсорбöии и äесорбöии ìоëекуë ãазообраз-ной среäы. Резуëüтаты изìенения ёìкости нано-сенсора с обкëаäкаìи из креìния в разных среäахпривеäены в табë. 1 [2, 5].

Высокая (S0 l 10) ÷увствитеëüностü наносенсо-ра набëþäаëасü при опреäеëении äинитротоëуоëа,äиìетиëìетиëфосфоната, N,N-äиìетиëфорìаìи-äа и äихëорбензоëа. Этиëовый и изопропиëовыйспирты, тетраãиäрофуран, хëорбензоë, этиëаöетат,трихëорэтан, аöетон, ìетиëовый спирт, воäа и то-ëуоë характеризоваëисü среäней (1 < S0 < 10), атрихëорэтиëен, ãептан, хëорофорì, бензоë и ãек-сан низкой (S0 m 1) ÷увствитеëüностüþ. Четкая кор-реëяöия ìежäу ÷увствитеëüностüþ наносенсора ипоëярностüþ (äипоëüныì ìоìентоì) ìоëекуë ис-сëеäованных хиìи÷еских соеäинений отсутствова-ëа. Так, äинитротоëуоë, äиìетиëìетиëфосфонат,N,N-äиìетиëфорìаìиä и äихëорбензоë (соеäине-ния, соответствовавøие высокой ÷увствитеëüностинаносенсора) иìеëи высокие äипоëüные ìоìентыД = 4,39, 3,62, 3,82 и 2,5, а ãептан, бензоë и ãексан(соеäинения, соответствовавøие низкой ÷увстви-

1

Эëектри÷ескиеконтакты

2 3

Рис. 1

Таблица 1

Хиìи÷е-ское соеäи-

нение

Дипоëüный ìоìент Д

(1 Д ≈≈ 3,34 Ѕ

Ѕ 10–30 Кë•ì)

Кон-öентра-öия со-еäине-ния в

возäухе С, %

ΔE, %S0 =

= ΔE/C

Динитро-тоëуоë 4,39 0,0000028 0,05 17857,1

Диìетиë-ìетиëфос-фоонат

3,62 0,00162 1,02 629,6

N,N-äиìе-тиëфорì-аìиä

3,82 0,00507 0,93 183,4

Дихëорбен-зоë 2,5 0,00203 0,04 19,7

Этиëовый спирт 1,69 0,0792 0,3 3,79

Изопропи-ëовый спирт

1,58 0,1093 0,38 3,48

Тетраãиäро-фуран 1,75 0,218 0,59 2,71

Хëорбензоë 1,69 0,0162 0,04 2,47

Этиëаöетат 1,78 0,129 0,31 2,4

Трихëор-этан 1,4 0,0385 0,08 2,08

Аöетон 2,88 0,308 0,61 1,98

Метиëовый спирт 1,7 0,1702 0,27 1,59

Воäа 1,85 0,0324 0,05 1,54

Тоëуоë 0,38 0,0385 0,05 1,3

Трихëор-этиëен 0,8 0,0922 0,06 0,65

Гептан 0 0,0618 0,02 0,32

Хëорофорì 1,04 0,26 0,08 0,31

Бензоë 0 0,129 0,02÷0,04 0,16÷0,31

Гексан 0 0,203 0,04 0,2


теëüности наносенсоров) — Д = 0. В то же вреìя,÷увствитеëüностü наносенсора при опреäеëенииN,N-äиìетиëфорìаìиäа (Д = 3,82) быëа в 3,4 разаниже ÷увствитеëüности к äиìетиëìетиëфосфонату(Д = 3,62), а при опреäеëении аöетона, äипоëüныйìоìент котороãо Д = 2,88, превыøаëа äипоëüныйìоìент äихëорбензоëа (2,5), ÷увствитеëüностü бы-ëа среäней.

Наряäу с этиì набëþäаëисü ëинейная зависи-ìостü относитеëüноãо изìенения ёìкости нано-сенсора от конöентраöии хиìи÷ескоãо соеäиненияв возäухе и быстрые установëение показаний и воз-врат их к на÷аëüноìу зна÷ениþ (<20 с) [5].

Акустические газовые наносенсоры. Принöип ихäействия основан на зависиìости ÷астоты F рас-пространения акусти÷еских воëн в пüезоэëектри-÷ескоì ìатериаëе от состава ãазообразной среäы,абсорбируþщейся на поверхности покрытия с уã-ëероäныìи нанотрубкаìи, нанесенноãо на пüезо-эëектри÷еский ìатериаë: F = fF (C1, C2, ..., CN).

В ка÷естве пüезоэëектри÷ескоãо ìатериаëа ÷ас-то испоëüзуþт кварö, тантаëит иëи ниобат ëития,реже — оксиä öинка, арсениä ãаëëия, карбиä креì-ния, нитриä аëþìиния, сиëикат ëантана и ãаëëия,титанат свинöа и öиркония. Акусти÷еские воëны,распространяþщиеся в пüезоэëектри÷ескоì ìате-риаëе, называþтся объеìныìи, а распространяþ-щиеся по поверхности — поверхностныìи.

В наносенсоре с объеìныìи акусти÷ескиìивоëнаìи обы÷но приìеняþт ЧЭ "äисковый резо-натор" (рис. 2). Эëеìент преäставëяет собой тон-кий äиск 1 из пüезоэëектри÷ескоãо ìатериаëа (÷а-ще кварöа), распоëоженный ìежäу äвуìя ìетаëëи-÷ескиìи эëектроäаìи 2. На оäну иëи обе стороныäиска наносят покрытие 3 на основе уãëероäныхнанотрубок. Поäа÷а эëектри÷ескоãо напряженияна эëектроäы вызывает вибраöиþ ЧЭ с ÷астотой F0в направëении, перпенäикуëярноì к поверхностиäиска. Изìенение ΔM ìассы ЧЭ всëеäствие аäсорб-öии ìоëекуë ãазообразной среäы на покрытии при-воäит к изìенениþ ΔF ÷астоты вибраöии:

ΔF/F0 = (F – F0)/F0 ≈ –ΔM/M0 = (M0 – M )/M0,

ãäе M0 и M — ìасса ЧЭ äо и посëе возäействия ãа-зообразной среäы.

Дëя таких ЧЭ типи÷ен äиапазон рабо÷их ÷астот5ј30 МГö [6].

Наносенсор с ЧЭ "äисковый резонатор" быëразработан äëя опреäеëения ãеëия, арãона, азота,кисëороäа, аììиака и оксиäа уãëероäа. Чувстви-теëüный эëеìент соäержаë оäносëойные уãëероä-ные нанотрубки. При контакте с пере÷исëенныìихиìи÷ескиìи соеäиненияìи набëþäаëосü сниже-ние ÷астоты еãо вибраöии (табë. 2). Преäеëы обна-ружения наносенсора соответствоваëи конöен-траöияì на уровне 10–2 %. Вреìя установëенияпоказаний и возврата их к на÷аëüной веëи÷ине непревыøаëо 10 ìин [2].

Наносенсор с ЧЭ "äисковый резонатор" испоëü-зоваëи äëя опреäеëения паров ëету÷их орãани÷е-ских соеäинений при норìаëüной теìпературе.Пüезоэëектри÷еский ìатериаë — кварö. Сна÷аëаìетоäоì Ленãìþра—Бëоäжетт на ЧЭ наносиëисоëü каäìия арахиновой кисëоты, а затеì оäно-сëойные уãëероäные нанотрубки. Частота вибра-öии — 10 МГö. Наносенсор характеризоваëся вос-произвоäиìостüþ резуëüтатов изìерений, высокой÷увствитеëüностüþ и возвратоì показаний к на-÷аëüноìу зна÷ениþ [7, 8]. Этот наносенсор быë ис-поëüзован и äëя опреäеëения тоëуоëа и ксиëоëапри норìаëüной теìпературе. На ЧЭ ìетоäоì Лен-ãìþра—Бëоäжетт быëи нанесены непосреäственнооäносëойные уãëероäные нанотрубки. Наносенсорхарактеризоваëся быстрыì установëениеì показа-ний, высокой ÷увствитеëüностüþ и преäеëаìи об-наружения паров на уровне 10–5 % [9].

В наносенсоре с поверхностныìи акусти÷ески-ìи воëнаìи испоëüзоваëи ЧЭ "ëиния заäержки"(рис. 3), преäставëяþщий собой пëастину 1 из пüе-зоэëектри÷ескоãо ìатериаëа, на оäной стороне ко-торой нахоäятся изëу÷атеëü 2, приеìник 3 и ìежäуниìи покрытие 4 с уãëероäныìи нанотрубкаìи.Изëу÷атеëü преобразует эëектри÷еский сиãнаë отисто÷ника питания в акусти÷еские воëны, а приеì-ник — акусти÷еские воëны, проøеäøие ÷ерез по-

Таблица 2

Хиìи÷еское соеäинение

Ге-ëий

Ар-ãон

АзотКис-ëороä

Оксиä уãëероäа

Аì-ìиак

ΔF, кГö 795 1263 1870 2219 3319 3608

Чувстви-теëüностü Sв = ΔF/100

7,95 12,63 18,7 22,19 33,19 36,08

1

2 3

2

1

К исто÷никупитания

К реãистри-руþщеìу

устройству

2 4 3

Рис. 2

Рис. 3


крытие, обратно в эëектри÷еский сиãнаë. Конст-руктивно изëу÷атеëü и приеìник явëяþтся встре÷-но-ãребен÷атыìи преобразоватеëяìи, состоящиìииз ìетаëëи÷еских (÷асто аëþìиниевых) провоäни-ков, изãотовëенных ìетоäоì фотоëитоãрафии. Раз-ìеры провоäников изëу÷атеëя и их взаиìное рас-поëожение опреäеëяþт ÷астоту ãенерируеìых аку-сти÷еских воëн: Fп0 = 0,5Vп0/(W1 + W2), ãäе Vп0 —скоростü воëны в пüезоэëектри÷ескоì ìатериаëе;W1 — øирина провоäника; W2 — расстояние ìежäусосеäниìи провоäникаìи.

В резуëüтате аäсорбöии ìоëекуë ãазообразнойсреäы ìасса ΔMп покрытия с уãëероäныìи нано-трубкаìи изìеняется, ÷то привоäит к изìененияìскорости (ΔVп) и ÷астоты (ΔFп) поверхностных аку-сти÷еских воëн, поступаþщих в приеìник:

ΔFп = Fп – Fп0 ≈ ΔVп = Vп – Vп0 ≈

≈ –ΔMп = Mп0 – Mп,

ãäе Fп и Vп — ÷астота и скоростü воëн на вхоäе вприеìник; Mп0 и Mп — ìасса покрытия с нанот-рубкаìи äо и посëе аäсорбöии ãазообразной среäы.

Дëя этоãо ЧЭ типи÷ен äиапазон рабо÷их ÷астот25ј500 МГö. Заìетиì, ÷то в некоторых сëу÷аях из-ìенение ìассы покрытия оöениваþт по изìене-ниþ фазы акусти÷еских воëн на вхоäе в приеìник[6, 10].

Наносенсоры с ЧЭ типа "ëиния заäержки" при-ìеняëи и äëя опреäеëения паров этиëовоãо спирта,этиëаöетата и тоëуоëа в азоте при норìаëüной теì-пературе. Пüезоэëектри÷еский ìатериаë — кварö.Место поä уãëероäные нанотрубки первона÷аëüнопокрываëи сëоеì äиоксиäа креìния, затеì ìето-äоì аэрозоëüноãо распыëения наносиëи их суспен-зиþ в этиëовоì спирте. Частота ãенерировавøихсяповерхностных акусти÷еских воëн соответствоваëа433,92 МГö. Быëи разработаны äва виäа наносен-соров — с оäно- и ìноãосëойныìи уãëероäныìинанотрубкаìи. Изìенение ÷астоты акусти÷ескихвоëн äëя наносенсора с оäносëойныìи нанотруб-каìи составëяëо сотни киëоãерö, а с ìноãосëойны-ìи — äесятки киëоãерö [10, 11].

Дëя опреäеëения воäороäа, аììиака и äиоксиäаазота также испоëüзоваëи наносенсор с ЧЭ "ëиниязаäержки". Пüезоэëектри÷еский ìатериаë — танта-ëит ëития с покрытиеì из оксиäа öинка. МетоäоìЛенãìþра—Бëоäжетт на ЧЭ наносиëи коìпозит соäносëойныìи уãëероäныìи нанотрубкаìи. Харак-теристики наносенсора иссëеäоваëи в äиапазонахконöентраöий: воäороäа — 3•10–2ј1 %; аììиака —3•10–3ј0,1 %; äиоксиäа азота — 1•10–4ј1•10–3 %.При норìаëüной теìпературе наносенсор показаëвысокие ÷увствитеëüностü и воспроизвоäиìостüизìерений, а также преäеëы обнаружения паров науровне 10–5 % [10, 12].

Наносенсоры с ЧЭ "ëиния заäержки" испоëü-зоваëи и äëя опреäеëения паров ìетиëовоãо, эти-ëовоãо и изопропиëовоãо спиртов. Частота ãене-рировавøихся поверхностных акусти÷еских воëнсоответствоваëа 433 МГö. Иссëеäоваëи äва виäананосенсоров — с коìпозитаìи на основе соëикаäìия арахиновой кисëоты (57 %) и необработан-ных и обработанных (отжиã в кисëороäе и посëе-äуþщее окисëение в соëяной кисëоте) оäносëойныхуãëероäных нанотрубок (43 %). При норìаëüнойтеìпературе наносенсоры обоих виäов показаëивысокуþ ÷увствитеëüностü, быстрые установëениеи возврат показаний к на÷аëüной веëи÷ине, а такжепреäеëы обнаружения названных хиìи÷еских со-еäинений на уровне 10–4 %. Вìесте с теì ÷увстви-теëüностü наносенсоров с коìпозитоì, соäержа-щиì обработанные нанотрубки, быëа выøе [8, 13].

Дëя опреäеëения ëету÷их орãани÷еских соеäи-нений также испоëüзоваëи наносенсор с ЧЭ типа"ëиния заäержки". Пüезоэëектри÷еский ìатериаë —кварö, на который наносиëи сëой коìпозита из по-ëиэтиëениìина и ìноãосëойных уãëероäных на-нотрубок. Частота ãенерировавøихся поверхност-ных акусти÷еских воëн составëяëа 69,4 МГö. Приувеëи÷ении конöентраöии ëету÷их орãани÷ескихсоеäинений на 1•10–4 % ÷астота акусти÷еских воëннаносенсора уìенüøаëасü в среäнеì на 1,19 Гö, ÷тобоëее ÷еì в 1,5 раза превосхоäиëо изìенение ÷ас-тоты воëн наносенсора с коìпозитоì из поëиэти-ëениìина и нано÷астиö креìния, покрытых еãоäиоксиäоì. Вреìя установëения показаний äанно-ãо наносенсора в 6 раз ìенüøе, ÷еì наносенсора спокрытиеì тоëüко из поëиэтиëениìина [14].

Рефрактометрические газовые наносенсоры.Принöип их äействия основан на зависиìостипоказатеëя n преëоìëения покрытия с уãëероä-ныìи нанотрубкаìи от состава ãазообразнойсреäы, аäсорбируþщейся на еãо поверхности:n = fn(C1, C2, ..., CN).

Чувствитеëüный эëеìент наносенсора (рис. 4)преäставëяет собой оäино÷ное опти÷еское воëок-но 1, на оäин тореö котороãо нанесено покрытие 2,соäержащее сëой нанотрубок иëи коìпозита на ихоснове. На противопоëожноì торöе воëокна рас-поëожены исто÷ник и приеìник изëу÷ения. Ис-

1 2

Зонäиуþщее изëу÷ение

Отраженное изëу÷ение

Рис. 4


то÷ник посыëает зонäируþщее изëу÷ение к ãрани-öе разäеëа опти÷ескоãо воëокна и покрытия, ãäеоно преëоìëяется и ÷асти÷но отражается. Отра-женное изëу÷ение поступает в приеìник. Степенüотражения зонäируþщеãо изëу÷ения характеризуеткоэффиöиент R отражения, зависящий от показа-теëя n преëоìëения покрытия (форìуëа Френеëя):R = Iо/I = [(nв – n)/(nв + n)]2, ãäе Iо и I — интен-сивности отраженноãо и зонäируþщеãо изëу÷ений;nв — показатеëü преëоìëения ìатериаëа опти÷е-скоãо воëокна.

Материаë воëокна также вëияет на опти÷ескийäиапазон изìерений. Есëи опти÷еское воëокно из-ãотовëено из кварöа, то ЧЭ ìожет работатü в øи-рокой обëасти спектра, вкëþ÷ая уëüтрафиоëетовуþ÷астü. Дëя воëокна из стекëа опти÷еский äиапазонизìерений соответствует виäиìой обëасти спектра.Есëи воëокно выпоëнено из поëиìерноãо ìатериа-ëа, то обы÷но ЧЭ ìожет функöионироватü тоëüкопри äëинах воëн боëее 450 нì [15].

Наибоëее ÷асто рефрактоìетри÷еские наносен-соры приìеняþт при изìерении конöентраöийëету÷их орãани÷еских соеäинений. Наприìер, äëяопреäеëения конöентраöии паров ксиëоëа, тоëуоëа,ìетиëовоãо, этиëовоãо и изопропиëовоãо спиртов ввозäухе быë разработан наносенсор на основе креì-ниевоãо опти÷ескоãо воëокна, на тореö котороãопо ìетоäу Ленãìþра—Бëоäжетт сна÷аëа наносиëисëой соëи каäìия арахиновой кисëоты, а затеìоäин сëой уãëероäных нанотрубок. Испоëüзоваëизонäируþщее изëу÷ение с äëиной воëны 1310 нì.При норìаëüной теìпературе повыøение конöен-траöии ксиëоëа на 1•10–4 % привоäиëо к уìенü-øениþ коэффиöиента R отражения на 0,008 %, атоëуоëа — на 0,004 %. Преäеëы обнаружения оöе-ниваëисü на уровне 10–3 %. Вреìя установëения по-казаний зависеëо от конöентраöии опреäеëявøеãо-ся хиìи÷ескоãо соеäинения. Кроìе тоãо, на пока-зания наносенсора существенно вëияëа вëажностüвозäуха, при изìенении которой на 1 % коэффи-öиент R отражения изìеняëся на 0,0054 % [7, 8, 16].

Дëя опреäеëения конöентраöии паров ксиëоëаи тоëуоëа в возäухе при норìаëüной теìпературетакже испоëüзоваëи наносенсоры, соäержащиекреìниевое опти÷еское воëокно, непосреäственнона тореö котороãо ìетоäоì Ленãìþра—Бëоäжеттнаносиëи оäин сëой уãëероäных нанотрубок. Быëиизãотовëены три наносенсора с тоëщинаìи сëоевнанотрубок, опреäеëяеìых их соотноøениеì 1:2:6.Дëина воëны зонäируþщеãо изëу÷ения всех нано-сенсоров соответствоваëа 1310 нì [9, 16].

Линейные äиапазоны изìерений наносенсоровсоставиëи äо 4•10–3 % äëя ксиëоëа и 1•10–2 % äëятоëуоëа. Коэффиöиент R отражения наносенсора стонкиì покрытиеì при повыøении конöентраöии

паров ксиëоëа и тоëуоëа на 1•10–4 % увеëи÷ивает-ся соответственно на 0,03 и 0,009 %, а со среäнейтоëщиной покрытия — на 0,11 и 0,047 %. При та-коì же повыøении конöентраöии паров ксиëоëаи тоëуоëа коэффиöиент R отражения наносенсорас тоëстыì покрытиеì уìенüøается соответствен-но на 0,02 и 0,007 %. Как виäиì, наибоëее ÷увст-витеëüныì явëяется наносенсор со среäней тоëщи-ной покрытия. Преäеëы обнаружения ксиëоëа —1,2•10–5 %, тоëуоëа — 2,9•10–5 % [16].

Вреìя установëения показаний наносенсоров взна÷итеëüной степени зависит от конöентраöииопреäеëяеìоãо хиìи÷ескоãо соеäинения: äëя среä-ней тоëщины покрытия при опреäеëении ксиëоëа —4 и 18 ìин соответственно äëя конöентраöий3•10–4 и 3,9•10–3 %, при опреäеëении тоëуоëа —7 и 11 ìин соответственно äëя конöентраöий5,4•10–3 и 9,3•10–3 %. Вреìя возврата показанийнаносенсора к на÷аëüноìу зна÷ениþ факти÷ескине зависит от конöентраöии опреäеëяеìоãо соеäи-нения — 4,5ј6 ìин äëя ксиëоëа и 4,5ј5 ìин äëятоëуоëа. Вреìя установëения показаний и их воз-врата к на÷аëüной веëи÷ине связано с тоëщинойсëоя уãëероäных нанотрубок. Так, при конöентра-öии ксиëоëа 1,7•10–3 % вреìя установëения и воз-врата показаний äëя наносенсора с тонкиì по-крытиеì составиëо соответственно 6 и 2 ìин, а äëянаносенсора со среäней тоëщиной покрытия —9 и 5 ìин [16].

На показания наносенсоров существенное вëия-ние оказываþт вëажностü и теìпература анаëизи-руеìоãо возäуха. Наприìер, при изìенении теì-пературы на 2,4 °C коэффиöиент R отражениянаносенсора со среäней тоëщиной покрытия изìе-няется на 0,28 % [9, 16].

Дëя опреäеëения паров ксиëоëа и тоëуоëа в воз-äухе при норìаëüной теìпературе быë изãотовëеннаносенсор на основе креìниевоãо опти÷ескоãовоëокна, тореö котороãо по ìетоäу Ленãìþра—Бëоäжетт быë покрыт сëоеì коìпозита из соëикаäìия арахиновой кисëоты (57 %) и оäниì сëоеìуãëероäных нанотрубок (43 %). Зонäируþщее изëу-÷ение иìеëо äëину воëны 1310 нì. Линейный äиа-пазон изìерений наносенсора составиë äëя ксиëо-ëа äо 4,4•10–3 %, äëя тоëуоëа äо 8,3•10–3 %. Уве-ëи÷ение конöентраöии на 1•10–4 % привоäиëо кросту коэффиöиента R отражения на 0,12 % äëяксиëоëа и на 0,05 % äëя тоëуоëа. Вреìя установëе-ния показаний и возврата их к на÷аëüноìу зна÷е-ниþ составиëо соответственно 36 и 41 ìин äëя кси-ëоëа и 32 и 39 ìин äëя тоëуоëа [16].

Рефрактоìетри÷еские наносенсоры ìожно ис-поëüзоватü и äëя изìерения конöентраöии воäоро-äа в ãазообразной среäе с о÷енü низкой теìперату-рой. Быëи разработаны наносенсоры äëя опреäе-


ëения воäороäа в азоте при теìпературе –160 °C скреìниевыì опти÷ескиì воëокноì, на тореö кото-роãо наносиëи оäин сëой уãëероäных нанотрубок.Быëи созäаны три наносенсора — äва с нанотрубка-ìи с закрытыì конöоì при соотноøении сëоев 1:3и оäин с нанотрубкаìи с открытыì конöоì [16].

При наëи÷ии воäороäа в азоте коэффиöиент Rотражения всех наносенсоров уìенüøаëся. Приотсутствии воäороäа показания наносенсоров с уã-ëероäныìи нанотрубкаìи с закрытыì конöоì воз-вращаëисü к на÷аëüныì, а наносенсора с нано-трубкаìи с открытыì конöоì — нет. При конöен-траöии воäороäа 1 и 4 % коэффиöиент R отраженияäëя наносенсора с тонкиì сëоеì уãëероäных на-нотрубок с закрытыì конöоì снизиëся соответст-венно на 0,62 и 0,68 %, т. е. ìенее ÷еì в 1,1 раза.В то же вреìя äëя наносенсора с тоëстыì сëоеìнанотрубок он снизиëся соответственно на 0,18 и0,53 %, т. е. по÷ти в 3 раза [16].

Вреìя установëения показаний наносенсоров струбкаìи с закрытыì конöоì не зависит от тоëщи-ны сëоя нанотрубок и равно 4 ìин, вреìя же воз-врата показаний этих наносенсоров к на÷аëüнойвеëи÷ине зависит от этой тоëщины. Так, вреìя воз-врата показаний наносенсора с тонкиì сëоеì нано-трубок составиëо 9 ìин, а с тоëстыì — 11 ìин [16].

Ионизационные газовые наносенсоры. Прин-öип их äействия основан на зависиìости воëüтаì-перной характеристики ãазовоãо разряäа от соста-ва ãазообразной среäы, контактируþщей с уãëе-роäныìи нанотрубкаìи. Наносенсоры ìоãут иìетüЧЭ трех типов: "аноä— уãëероäные нанотрубки"(рис. 5, а), "катоä—уãëероäные нанотрубки" (рис. 5, б)и "аноä/катоä—уãëероäные нанотрубки с поëупро-воäниковыì барüероì" (рис. 5, в). ЧЭ всех типовсоäержат аноä 1 и катоä 2, разäеëенные äиэëектри-коì 3. Отëи÷аþтся они теì, ÷то в ЧЭ первоãо типананотрубки распоëожены на аноäе, второãо — накатоäе, а третüеãо — и на аноäе, и на катоäе, а так-же äопоëнитеëüно покрыты тонкиì сëоеì поëу-провоäника.

В наносенсорах с ЧЭ "аноä—уãëероäные нано-трубки" на конöах нанотрубок возникает сиëüноенеоäнороäное эëектри÷еское поëе, привоäящее кионизаöии ìоëекуë ãазообразной среäы и корон-

ноìу разряäу. Напряжение Ui ìежäу аноäоì икатоäоì, при котороì происхоäит коронный раз-ряä, характеризует виä ìоëекуë, а протекаþщийэëектри÷еский ток Ji — их конöентраöиþ [2]:Ji = fJi(Ci |Ui), i = 1, 2, ..., N.

Этот наносенсор созäан äëя опреäеëения ãеëия,арãона, возäуха, äиоксиäа уãëероäа, азота, кисëо-роäа и аììиака при норìаëüной теìпературе. Аноäсоäержит ìассив ìноãосëойных уãëероäных нано-трубок äиаìетроì 25ј30 нì и äëиной 30 ìкì, вы-ращенных ìетоäоì хиìи÷ескоãо осажäения паров.Катоä выпоëнен из аëþìиния. Диэëектрикоì сëу-жит стекëо тоëщиной 150 ìкì. Напряжения, прикоторых происхоäиë коронный разряä äëя назван-ных хиìи÷еских соеäинений, привеäены в табë. 3.Зависиìостü тока наносенсора от конöентраöииэтих соеäинений — ëоãарифìи÷еская. По сравне-ниþ с изìеритеëüныì устройствоì без нанотру-бок наносенсор характеризуется боëее низкиì на-пряжениеì зажиãания коронноãо разряäа, котороепри контакте с возäухоì составиëо 346 В (вìесто960 В) [2].

В наносенсорах с ЧЭ "катоä—уãëероäные нано-трубки" приìеняþт отриöатеëüный коронный раз-ряä. Поä äействиеì эëектри÷ескоãо поëя нанотруб-

Таблица 3

Хиìи÷е-ское со-еäинение

Ге-ëий

Ар-ãон

Воз-äух

Диок-сиä уã-ëероäа


Аì-ìиак

Напряже-ние ко-ронноãо разряäа, В

164 245 346 368 389 414 431

3 4 2

1

a)

–

+

3 1 4

2

б)

+

–

1

в)

2

3

Рис. 5

4


ки испускаþт эëектроны, которые ускоряþтся и,стаëкиваясü с ìоëекуëаìи ãазообразной среäы,ионизируþт их. Напряжение Uо ìежäу аноäоì икатоäоì, при котороì наступает отриöатеëüный ко-ронный разряä, соответствует конöентраöии ìоëе-куë в ãазообразной среäе [2]: Uо = fU (C1, C2, ..., CN).

Отìетиì, ÷то эти наносенсоры испоëüзуþтсяäëя опреäеëения тоëüко низких конöентраöий ãа-зообразных среä с постоянныì соотноøениеìкоìпонентов: C1/CN = const, C2/CN = const, ...,CN – 1/CN = const.

Наносенсор с такиì ЧЭ быë изãотовëен äëя оп-реäеëения ãазообразных среä с низкой энерãиейаäсорбöии. Катоä соäержаë ìассив уãëероäных на-нотрубок äëиной 8 ìкì, выращенных ìетоäоì хи-ìи÷ескоãо осажäения паров с испоëüзованиеì на-но÷астиö жеëеза в ка÷естве катаëизатора. Диэëек-трикоì ìежäу катоäоì и аноäоì сëужиëо стекëотоëщиной 500 ìкì [2].

Соãëасно закону Паøена напряжение зажиãа-ния ãазовоãо разряäа зависит не тоëüко от конöен-траöии ìоëекуë в ãазообразной среäе, но и от рас-стояния ìежäу аноäоì и катоäоì. Поэтоìу быëиразработаны наносенсоры с ЧЭ "катоä—уãëероä-ные нанотрубки", в которых расстояние ìежäуаноäоì и катоäоì составëяëо 6, 7, 8, 10 и 12 ìкì.Резуëüтат äанноãо техни÷ескоãо реøения — сниже-ние напряжения отриöатеëüноãо коронноãо разря-äа äо 5ј40 В [2].

В наносенсорах с ЧЭ "аноä/катоä—уãëероäныенанотрубки с поëупровоäниковыì барüероì" ìо-ëекуëы ãазообразной среäы ионизируþтся ìежäусëояìи поëупровоäника. Напряжение ìежäу ано-äоì и катоäоì, при котороì наступает ãазовый раз-ряä, характеризует виä ìоëекуë, нахоäящихся в ìеж-эëектроäноì пространстве.

Наносенсоры с такиì ЧЭ разработаны äëя оп-реäеëения ìетана, ãеëия, арãона, возäуха, азота икисëороäа. В ка÷естве äиэëектрика испоëüзованостекëо. Эëектроäы высотой 15 ìкì изãотовëены изникеëя ìетоäоì фотоëитоãрафии. Уãëероäные на-нотрубки наносиëи ìетоäоì эëектрофореза, а по-ëупровоäниковый барüер преäставëяë собой тон-кий сëой äиоксиäа титана. Расстояние ìежäу ано-äоì и катоäоì составëяëо 2ј10 ìкì. Напряжение,при котороì наступаë ãазовый разряä пере÷исëен-ных хиìи÷еских соеäинений (табë. 4), зависеëо отìежэëектроäноãо расстояния ЧЭ наносенсоров.Так, при расстоянии ìежäу эëектроäаìи 10 ìкìнапряжение зажиãания ãазовоãо разряäа при кон-такте с возäухоì соответствоваëо 8 В, а при 8 ìкì —5 В. Также быëо установëено, ÷то нанесение на на-нотрубки поëупровоäниковоãо барüера не тоëüкоснижает напряжение зажиãания ãазовоãо разряäа,но и повыøает воспроизвоäиìостü изìерений [2].

Такиì образоì, функöионирование ёìкостных,акусти÷еских и рефрактоìетри÷еских наносенсо-ров обусëовëено способностüþ покрытий с уãëе-роäныìи нанотрубкаìи аäсорбироватü и äесорби-роватü ìоëекуëы коìпонентов ãазообразной сре-äы, которыìи ìоãут бытü как орãани÷еские, так инеорãани÷еские соеäинения. Аäсорбöия и äесорб-öия ìоëекуë сопровожäается изìенениеì физи÷е-ских свойств покрытий — относитеëüной äиэëек-три÷еской прониöаеìости, ìассы и показатеëяпреëоìëения. Интенсивностü аäсорбöии опреäеëя-ет äиапазон изìерений, ÷увствитеëüностü и вреìяустановëения показаний наносенсоров, а интен-сивностü äесорбöии — вреìя возврата их показанийк на÷аëüноìу зна÷ениþ. При этоì интенсивностиаäсорбöии и äесорбöии зависят от энерãии актива-öии названных проöессов, а также от теìпературыи "сорбöионной ёìкости" ЧЭ наносенсоров.

Наприìер, поäвеäение внеøней энерãии в виäеэëектри÷ескоãо поëя с ÷астотой 30 кГö и напря-женностüþ окоëо 100 В/сì интенсифиöироваëо аä-сорбöиþ и äесорбöиþ ìоëекуë ãазообразной среäыв сëое уãëероäных нанотрубок ЧЭ ёìкостноãо на-носенсора, уìенüøение вреìени установëения по-казаний и возврата их к на÷аëüноìу зна÷ениþ äо20 с. Поìиìо этоãо боëüøинство из рассìотрен-ных ёìкостных, акусти÷еских и рефрактоìетри÷е-ских наносенсоров преäназна÷аëосü äëя функöио-нирования при норìаëüной теìпературе, всëеäствие÷еãо характеризоваëосü äовоëüно проäоëжитеëü-ныì вреìенеì установëения показаний и возвратаих к на÷аëüной веëи÷ине — äо 40 ìин.

Отäеëüно сëеäует рассìотретü понятие "сорбöи-онная ёìкостü" ЧЭ наносенсора, поä которой бу-äеì пониìатü тоëüко ÷астü покрытия ЧЭ, изìе-няþщуþ свои физи÷еские свойства при контакте сãазообразной среäой; оставøуþся ÷астü покрытиябуäеì называтü "паразитной ёìкостüþ".

В соответствии с этиì изìерения физи÷ескихсвойств покрытия (относитеëüной äиэëектри÷е-ской прониöаеìости, ìассы иëи показатеëя пре-ëоìëения) в общеì сëу÷ае иìеþт три составëяþ-щие: первая соответствует "сорбöионной ёìкости",

Таблица 4

Хиìи÷еское соеäинение

Метан Геëий АрãонВоз-äух


Напряже-ние ãазово-ãо разряäа, В

1,5 3,0 5,0 8,0 15 23

П р и ì е ÷ а н и е. Межэëектроäное расстояние в ЧЭ на-носенсора равно 10 ìкì.


вторая — "паразитной ёìкости", третüя — ÷астяìЧЭ, обеспе÷иваþщиì äанное изìерение. При этоìпри возäействии ãазообразной среäы первая со-ставëяþщая изìеняется, äве äруãие — нет. Преä-ставëяется, ÷то уìенüøение "паразитной ёìкости"äоëжно привоäитü к повыøениþ абсоëþтноãозна÷ения относитеëüноãо изìенения физи÷ескоãосвойства покрытия (и, сëеäоватеëüно, к росту ÷ув-ствитеëüности наносенсора), а ее увеëи÷ение — кеãо понижениþ (и, соответственно, снижениþ ÷ув-ствитеëüности). При÷еì наибоëüøее абсоëþтноезна÷ение относитеëüноãо изìенения физи÷ескоãосвойства äоëжно набëþäатüся в сëу÷ае, коãäа "па-разитная ёìкостü" отсутствует, и тоëщина покры-тия совпаäает с тоëщиной потенöиаëüной "сорбöи-онной ёìкости" ЧЭ. В то же вреìя уìенüøение иëиувеëи÷ение "паразитной ёìкости" не äоëжно ска-зыватüся на изìенении äиапазона изìерений на-носенсора, вреìени установëения еãо показаний ивозврата их к на÷аëüной веëи÷ине.

Тоëщина покрытия ЧЭ ìожет бытü и ìенüøетоëщины еãо потенöиаëüной "сорбöионной ёìко-сти". В этоì сëу÷ае резуëüтат изìерения относи-теëüной äиэëектри÷еской прониöаеìости, ìассыиëи показатеëя преëоìëения покрытия иìеет тоëü-ко äве составëяþщие: первая соответствует ÷астипотенöиаëüной "сорбöионной ёìкости" ЧЭ, вто-рая — еãо ÷астяì, обеспе÷иваþщиì изìерение.Уìенüøение тоëщины покрытия (уìенüøение"сорбöионной ёìкости" ЧЭ) äоëжно сопровож-äатüся уìенüøениеì абсоëþтноãо зна÷ения отно-ситеëüноãо изìенения физи÷ескоãо свойства (сни-жениеì ÷увствитеëüности наносенсора), а ее уве-ëи÷ение (относитеëüное увеëи÷ение "сорбöионнойёìкости" ЧЭ) — еãо повыøениеì (ростоì ÷увстви-теëüности). По-виäиìоìу, при уìенüøении тоë-щины покрытия äоëжны уìенüøатüся äиапазонизìерений наносенсора, вреìя установëения еãопоказаний и возврата их к на÷аëüной веëи÷ине, апри увеëи÷ении — наоборот эти показатеëи äоëж-ны увеëи÷иватüся.

Части÷ныì поäтвержäениеì äанных преäпоëо-жений явëяется то, ÷то рефрактоìетри÷еский на-носенсор со среäней тоëщиной покрытия по срав-нениþ с наносенсороì с тоëстыì покрытиеì приувеëи÷ении конöентраöии ксиëоëа и тоëуоëа на1•10–4 % характеризоваëся увеëи÷ениеì коэффи-öиента R отражения соответственно с –0,02 äо0,11 % и с –0,007 äо 0,047 % (уìенüøение "пара-зитной ёìкости" ЧЭ). Тот же наносенсор со среäнейтоëщиной покрытия по сравнениþ с наносенсо-роì с тонкиì покрытиеì при увеëи÷ении конöен-траöии ксиëоëа и тоëуоëа на 1•10–4 % характери-зоваëся повыøениеì коэффиöиента R отражениясоответственно с 0,03 äо 0,11 % и с 0,009 äо 0,047 %

(относитеëüное увеëи÷ение "сорбöионной ёìкости"ЧЭ). В своþ о÷ереäü, вреìя установëения показа-ний и возврата их к на÷аëüноìу зна÷ениþ рефрак-тоìетри÷ескоãо наносенсора с тонкиì покрытиеìпо сравнениþ с наносенсороì со среäней тоëщинойпокрытия при конöентраöии ксиëоëа 1,7•10–3 %снижаëосü соответственно с 9 äо 6 ìин и с 5 äо2 ìин (уìенüøение "сорбöионной ёìкости" ЧЭ).Поìиìо этоãо äиапазон изìерений воäороäа притеìпературе –160 °C äëя рефрактоìетри÷ескоãонаносенсора с тоëстыì сëоеì нанотрубок с закры-тыì конöоì быë зна÷итеëüно øире, ÷еì наносен-сора с тонкиì сëоеì нанотрубок (относитеëüноеувеëи÷ение "сорбöионной ёìкости" ЧЭ). Наконеö,вреìя возврата показаний рефрактоìетри÷ескоãонаносенсора с тонкиì сëоеì нанотрубок с закры-тыì конöоì по сравнениþ с наносенсороì с тоë-стыì сëоеì нанотрубок при изìерении воäороäаснижаëосü соответственно с 11 äо 9 ìин (уìенüøе-ние "сорбöионной ёìкости" ЧЭ).

Всё изëоженное ãоворит о необхоäиìости тща-теëüноãо выбора конструкöионных и режиìныхпараìетров ёìкостных, акусти÷еских и рефракто-ìетри÷еских наносенсоров äëя обеспе÷ения соот-ветствия их характеристик требуеìыì ìетроëо-ãи÷ескиì показатеëяì. Это касается и способапоäвеäения внеøней энерãии и теìпературы ЧЭ, атакже еãо "сорбöионной ёìкости", которая непо-среäственно связана с тоëщиной испоëüзуеìоãосëоя уãëероäных нанотрубок иëи коìпозита на ихоснове, виäоì приìеняеìых нанотрубок, ìетоäоìих обработки, соäержаниеì и оäнороäностüþ рас-преäеëения. Всëеäствие тоãо, ÷то все названныефакторы вëияþт на ÷увствитеëüностü и äиапазонизìерений, а также вреìя установëения показанийи возврата их к на÷аëüной веëи÷ине, выбор пара-ìетров наносенсора ìожет закан÷иватüся приня-тиеì коìпроìиссноãо реøения, при котороì оäниìетроëоãи÷еские характеристики оптиìизируþтсяв ущерб äруãиì. Наприìер, ìожет бытü увеëи÷ена"сорбöионная ёìкостü" ЧЭ, привоäящая к росту÷увствитеëüности и расøирениþ äиапазона изìе-рений, но оäновреìенно повыøаþщая вреìя уста-новëения показаний наносенсора и возврата их кна÷аëüноìу зна÷ениþ.

Наряäу с этиì ёìкостные, акусти÷еские и реф-рактоìетри÷еские наносенсоры характеризуþтсянизкой сеëективностüþ изìерений, ÷то обусëовëи-вает их оãрани÷енные возìожности при ìонито-ринãе ìноãокоìпонентных ãазообразных среä. Таккак созäатü высокосеëективные наносенсоры ÷рез-вы÷айно сëожно, то в äанноì сëу÷ае öеëесообраз-нее испоëüзоватü ìикропроöессорнуþ систеìу,объеäиняþщуþ нескоëüко наносенсоров с разëи÷-


ныìи ÷увствитеëüностяìи и сеëективностяìи, ко-торая буäет расс÷итыватü конöентраöии коìпо-нентов ãазообразной среäы на основе выхоäныхсиãнаëов наносенсоров по ранее установëенныìкорреëяöионныì зависиìостяì.

Функöионирование ионизаöионных наносен-соров не связано с аäсорбöией и äесорбöией ìоëе-куë коìпонентов ãазообразной среäы, а основыва-ется на свойствах ãазовоãо разряäа, возникаþщеãов ней поä äействиеì эëектри÷ескоãо поëя. Приэтоì наносенсоры с ЧЭ "катоä—уãëероäные нано-трубки" напоìинаþт воëüтаìперìетри÷еские ана-ëизаторы, øироко приìеняеìые при контроëеìноãокоìпонентных жиäкостных среä, и позвоëятпри сканировании напряжения ìежäу аноäоì и ка-тоäоì выпоëнятü как ка÷ественный, так и коëи÷е-ственный анаëиз. Хотя испоëüзование уãëероäныхнанотрубок привоäит к существенноìу снижениþнапряжения зажиãания коронноãо разряäа, энерãо-потребëение этих наносенсоров остается высокиì,÷то сäерживает их повсеìестное приìенение äëясеëективноãо опреäеëения коìпонентов ãазообраз-ной среäы.

В наносенсорах с ЧЭ "аноä—уãëероäные нано-трубки" иëи "аноä/катоä—уãëероäные нанотрубкис поëупровоäниковыì барüероì" указанный не-äостаток устранен. В то же вреìя они не обëаäаþтвозìожностяìи универсаëüноãо ãазоанаëити÷еско-ãо устройства, а обеспе÷иваþт изìерение ëиøü низ-ких конöентраöий ãазообразных среä с известныìсоотноøениеì коìпонентов (наносенсоры с ЧЭ"аноä—уãëероäные нанотрубки") иëи тоëüко ка÷е-ственный анаëиз тестируеìых ãазообразных среä(наносенсоры с ЧЭ "аноä/катоä—уãëероäные на-нотрубки с поëупровоäниковыì барüероì").

Несìотря на отìе÷енные неäостатки ёìкост-ные, акусти÷еские, рефрактоìетри÷еские и иони-заöионные ãазовые наносенсоры позвоëяþт опре-äеëятü øирокий круã коìпонентов ãазообразнойсреäы. Диапазон изìеряеìых иìи конöентраöий —10–6ј102 %. Кроìе тоãо, они иìеþт небоëüøиеãабаритные разìеры, ìаëые ìатериаëоеìкостü иэнерãопотребëение, сравнитеëüно неäороãи, ìоãутэкспëуатироватüся как при норìаëüных, так и по-ниженных теìпературах, осуществëятü санитарно-ãиãиени÷еский контроëü возäуха в рабо÷ей зонеиëи контроëü взрыво- и пожароопасности произ-воäственных поìещений.

Поэтоìу разработку ãазовых наносенсоров этихтипов с уãëероäныìи нанотрубкаìи сëеäует рас-сìатриватü как оäно из направëений развития со-вреìенноãо приборостроения — созäание новоãопокоëения среäств анаëити÷еской техники с высо-киìи технико-эконоìи÷ескиìи показатеëяìи.


1. Di Francia G., Alfano B. and La Ferrara V. Conduc-tometric gas nanosensors // Journal of Sensors. 2009. ArticleID 659275.

2. Wang Y. and Yeow J. T. W. A review of carbon nano-tubes-based gas sensors // Journal of Sensors. 2009. ArticleID 493904.

3. Yeow J. T. W. and She J. P. M. Carbon nanotube-en-hanced capillary condensation for a capacitive humidity sen-sor // Nanotechnology. 2006. V. 17. N 21. P. 5441—5448.

4. Chen Y., Meng F., Li M. et al. Novel capacitive sen-sor: Fabrication from carbon nanotube arrays and sensingproperty characterization // Sensors and Actuators B: Chem-ical. 2009. V. 140. N 2. P. 396—401.

5. Snow E. S., Perkins F. K., Houser E. J. et al. Chem-ical detection with a single-walled carbon nanotube capaci-tor // Science. 2005. V. 307. N 5717. P. 1942—1945.

6. Voinova M. V. On mass loading and dissipation meas-ured with acoustic wave sensors: A review // Journal of Sen-sors. 2009. Article ID 943125.

7. Penza M., Cassano G., Aversa P. et al. Carbon nano-tube acoustic and optical sensors for volatile organic com-pound detection // Nanotechnology. 2005. V. 16. N 11.P. 2536—2547.

8. Penza M., Cassano G., Aversa P. et al. Carbon nano-tubes-coated multi-transducing sensors for VOCs detection //Sensors and Actuators B: Chemical. 2005. V. 111—112.P. 171—180.

9. Consales M., Campopiano S., Cutolo A. et al. Sensingproperties of buffered and not buffered carbon nanotubes byfibre optic and acoustic sensors // Measurement Science andTechnology. 2006. V. 17. N. 5. P. 1220—1228.

10. Zhang G. Nanostucture-enhanced surface acousticwaves biosensor and its computational modeling // Journal ofSensors. 2009. Article ID 215085.

11. Penza M., Antolini F. and Antisari M. V. Carbon na-notubes as SAW chemical sensors materials // Sensors andActuators B: Chemical. 2004. V. 100. N 1—2. P. 47—59.

12. Penza M., Aversa P., Cassano G. et al. Layered SAWgas sensor with single-walled carbon nanotube-based nano-composite coating // Sensors and Actuators B: Chemical.2007. V. 127. N 1. P. 168—178.

13. Penza M., Tagliente M. A., Aversa P. et al. The effectof purification of single-walled carbon nanotube bundles onthe alcohol sensitivity of nanocomposite Langmuir—Blodgettfilms for SAW sensing applications // Nanotechnology. 2007.V. 18. N 18. Article ID 185502.

14. Viespe C. and Grigoriu C. Surface acoustic wave sen-sors with carbon nanotubes and SiO2/Si nanoparticles basednanocomposites for VOC detection // Sensors and Actua-tors B: Chemical. 2010. V. 147. N 1. P. 43—47.

15. Будников Г. К. Что такое хиìи÷еские сенсоры //Соросовский образоватеëüный журнаë. 1998. № 3.С. 72—76.

16. Consales M., Cutolo A., Penza M. et al. Fiber opticchemical nanosensors based on engineered single-walled car-bon nanotubes // Journal of Sensors. 2009. Article ID936074.


УДК 621.313.001.573

А. А. ГЕРАСИН, канä. экон. наук (ГосНИИАС, ã. Москва), Ф. Р. ИСМАГИЛОВ, И. Х. ХАЙРУЛЛИН, ä-р техн. наук, В. Е. ВАВИЛОВ, М. В. ОХОТНИКОВ (Уфиìский ãосуäарственный авиаöионный техни÷еский университет),e-mail: [email protected]

Ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü ñèñòåìû ýëåêòðîìàãíèòíîãî óïðàâëåíèÿ ãèáðèäíûìè ìàãíèòíûìè ïîäøèïíèêàìè

Снижение расхоäов при экспëуатаöии эëектро-ìехани÷еских преобразоватеëей энерãии (ЭМПЭ),связанных с простоеì оборуäования при реìонтеи техни÷ескоì обсëуживании, а также потеряìиэнерãии на трение, обусëовëиваþт повыøенныетребования к поäøипниковыì опораì ЭМПЭ, аиìенно: снижение потерü на трение, энерãопотреб-ëения, повыøение терìостойкости, ресурса, обес-пе÷ение стабиëüности работы и экоëоãи÷ности.

При экспëуатаöии ЭМПЭ на ãибриäных ìаã-нитных поäøипниках (ГМП) поä äействиеì öен-тробежных сиë осü ротора сìещается относитеëüностатора, т. е. возникает эксöентриситет, которыйявëяется при÷иной äисбаëанса эëектроìаãнитныхсиë ГМП, привоäящеãо к нестабиëüности и коëе-банияì коëеö ГМП. Поэтоìу необхоäиìы контроëüи ìеханизì управëения сìещениеì коëеö ГМП.Это ìожно осуществитü посреäствоì систеìы авто-ìати÷ескоãо управëения (САУ). Дëя этоãо выпоë-няется ìатеìати÷еское ìоäеëирование äинаìи÷е-ских проöессов в ГМП. С поìощüþ коìпüþтернойìоäеëи иссëеäуþт САУ в реаëüных усëовиях экс-пëуатаöии ГМП.

При иссëеäовании äинаìики ротора основнойзаäа÷ей явëяется аäекватное ìноãоäисöипëинар-ное ìоäеëирование систеìы "ротор—управëяеìыеГМП" и взаиìосвязанных ìаãнитоìехани÷ескихпроöессов.

В работах [1—3] иссëеäованы ìатеìати÷ескиеìоäеëи äинаìи÷еских проöессов роторов в актив-ных ìаãнитных поäøипниках (АМП). Конструктив-ная особенностü ГМП — наëи÷ие постоянных ìаã-нитов, оãрани÷ивает приìенение поëу÷енных ìоäе-ëей роторов на АМП äëя äанных иссëеäований.

За рас÷етнуþ ìоäеëü приниìаеì общее конст-руктивное испоëнение систеìы управëения ГМПиз ÷етырех эëектроìаãнитов (рис. 1). Ввиäу сëож-ности рас÷етов äеëаеì сëеäуþщие äопущения:

1) в направëении оси z переìещения отсутствуþт;2) ìаãнитная öепü — ненасыщенная;3) эëектроìаãнит 1 срабатывает тоëüко при по-

ëожитеëüноì сìещении по оси y, а эëектроìаã-нит 2 — тоëüко при отриöатеëüноì сìещении пооси y, эëектроìаãнит 3 — тоëüко при поëожитеëü-ноì сìещении по оси x, эëектроìаãнит 4 — тоëüкопри отриöатеëüноì сìещении по оси x;

4) уãëовых переìещений нет;5) раäиусы кривизны коëеö зна÷итеëüно боëüøе

зазора;6) ìаãнитные прониöаеìости: неìаãнитноãо за-

зора равна прониöаеìости μ0 вакууìа; стаëи сер-äе÷ника — бесконе÷на (μr = ∞), постоянных ìаã-нитов — постоянна.

Усëовия работоспособности ГМП [4]:

δ0 l x; δ0 l y; δ0 l Δ; (1)

0 < > 1; 0 < > 1; 0 < > 1, (2)

ãäе δ0 — возäуøный зазор; Δ — сìещение коëеöГМП; x и y — сìещения коëеö ГМП по оси соот-ветственно x и y.

Ïðåäëîæåíà ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü äèíàìèêèýëåêòðîìåõàíè÷åñêèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ýíåðãèè íàãèáðèäíûõ ìàãíèòíûõ ïîäøèïíèêàõ (ÃÌÏ). Ðàçðàáîòà-íà êîìïüþòåðíàÿ ìîäåëü äëÿ ðåàëèçàöèè è èññëåäîâà-íèé ÃÌÏ. Ïðåäñòàâëåíû ìàòåìàòè÷åñêèå ìîäåëè äëÿîïðåäåëåíèÿ ñèë â ÃÌÏ è ìàãíèòíûõ ïîäøèïíèêàõ íàïîñòîÿííûõ ìàãíèòàõ.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: ãèáðèäíûé ìàãíèòíûé ïîäøèï-íèê, ìàãíèòíûé ïîäøèïíèê íà ïîñòîÿííûõ ìàãíèòàõ,âûñîêîñêîðîñòíûå ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèå ïðåîáðàçîâà-òåëè ýíåðãèè, ñèëû îòòàëêèâàíèÿ.

Mathematical model of the electromechanical energyconverters on hybrid magnetic bearings (GMB) dynamicswas offered. The computer model for GMB realization andstudies was developed. Mathematical models for forceevaluation in GMB and magnetic bearings on constantmagnets were presented.

Keywords: hybrid magnetic bearing, hybrid bearing onconstant magnets, high-speed electromechanical energyconverters, repulsive forces.

y

F1

U1

U1

F3

F1

O1

F4

F2Δ

y

qy

qx

x

w

z

U2

F2

O

O1

O

q

Рис. 1. Система автоматического управления гибридныммагнитным подшипником

x

δ0

---- y

δ0

---- Δδ0

----


Из выражений (1) и (2) виäно, ÷то ГМП рабо-тоспособен, есëи отсутствует ìехани÷еский контактìежäу внутренниì и внеøниì коëüöаìи. С у÷етоìäопущения 5 ìожно утвержäатü, ÷то зазор в каж-äоì небоëüøоì секторе образован äвуìя эëеìен-тарныìи пëоскостяìи. Эëектроìаãнитная сиëа сис-теìы управëения ГМП ìежäу äвуìя эëеìентарны-ìи пëоскостяìи опреäеëяется [1] выражениеì

F = , (3)

ãäе CL = — рас÷етный параìетр (S — пëо-

щаäü поëþса эëектроìаãнита, w — ÷исëо витков вкатуøке эëектроìаãнита); i — сиëа тока в эëектро-ìаãнитах; δ — рабо÷ий зазор.

Зазор ìежäу ваëоì и систеìой управëения

δ = δ0 – Δcosq. (4)

Тоãäа с у÷етоì выражений (3) и (4) эëектроìаã-нитная сиëа систеìы управëения опреäеëяется как

F = dq. (5)

Проинтеãрировав уравнение (5) в указанныхпреäеëах, поëу÷иì эëектроìаãнитные сиëы [5]:

äëя эëектроìаãнита 1:

F1 = (kp1 – kp2);

äëя эëектроìаãнита 2:

F2 = (kp3 – kp1),

ãäе kp1 = ;

kp2 = ; kp3 =

(Δ* = Δ/δ0 — относитеëüное переìещение).Уравнение напряжения эëектроìаãнита [3]:

u = + ri. (6)

Выражение (6) привоäиì к энерãети÷ескоìу ви-äу уìножениеì на idt:

uidt = idψ + ri2dt,

ãäе uidt — энерãия, поëу÷аеìая систеìой от внеø-неãо исто÷ника питания за вреìя dt; ri2dt — энер-ãия, расхоäуеìая на наãревание обìотки за вреìя dt;idψ — приращение энерãии, затра÷иваеìое на при-

ращение ìаãнитной энерãии Wm и изìенение зазо-ра. Тоãäа idψ = dWm + FdΔ.

Известно, ÷то ìаãнитная энерãия и коэнерãиясвязаны выражениеì

iψ = Wm + W. (7)

Тоãäа выражение (7) приниìает виä: FdΔ == dW – ψdi.

С у÷етоì äопущения 2 поëу÷иì: ψ = L(Δ)i, ãäеL(Δ) — инäуктивностü систеìы управëения

L(Δ) = dq. (8)

Заìенив в форìуëе (8) Δ на ±y, поëу÷иì выра-жения инäуктивностей:

äëя эëектроìаãнита 1

L(y) = dq; (9)

äëя эëектроìаãнита 2

L(–y) = dq. (10)

Проинтеãрировав выражения (9) и (10) в указан-ных преäеëах поëу÷иì:

L(y) = 4 KL1; (11)

L(–y) = 4 KL2, (12)

ãäе y* = — относитеëüное переìещение по оси y;

KL1 = arctg ;

KL2 = arctg .

Коэнерãия ìаãнитноãо поëя

W = . (13)

Тоãäа с у÷етоì выражений (11) и (12) уравне-ние (13) приниìает виä:

W = arctg i2.

Движение ваëа описывается уравненияìи:

m = ΣFy; m = ΣFx; m = 0,

CL

2----- i

2

δ2

----

μ0w2S

2------------

π/4–

π/4

∫CL

2----- i

2

δ0 Δ qcos–( )2

--------------------------

CLi2

2δ2

---------

CLi2

2δ2

---------

4arctg0,41 Δ* 1+( )

1 Δ*2–

------------------------

1 Δ*2–( )

1,5-----------------------------------------

1,74Δ*

Δ*21–( ) 2Δ/2 1–( )

----------------------------------------- 1,74Δ*

Δ*21–( ) 2Δ/2 1+( )

-----------------------------------------

dψdt-----

π/4–

π/4

∫CL

δ0 Δ qcos–( )------------------------

π/4–

π/4

∫CL

δ0 y qcos–( )------------------------

π/4–

π/4

∫CL

δ0 y qcos+( )------------------------

CL

δ0

-----

CL

δ0

-----

y

δ0

----

1

1 y*( )2

–

------------------- 0,41 1 y*+

1 y*( )2

–

-------------------

1

1 y*( )2

–

------------------- 0,41 1 y*+

1 y*( )2

–

-------------------

L y( )i2

2------------

CL

2δ0

------ 1

1 y*( )2

–

------------------- 0,41 1 y*+

1 y*( )2

–

-------------------

dy2

dt2

------- dx2

dt2

------- dz2

dt2

------


ãäе ΣFy = Qy + Fpm y + Fm y — суììарная сиëа пооси y; Qy — внеøние ìехани÷еские сиëы, äейст-вуþщие на ваë по оси y; Fpm y — сиëы оттаëкива-ния, вызванные сìещениеì коëеö постоянных ìаã-нитов по оси y; Fm y — эëектроìаãнитные сиëы,äействуþщие по оси y.

При ìатеìати÷ескоì ìоäеëировании систеìыуправëения ГМП важно опреäеëитü сиëы оттаëки-вания постоянных ìаãнитов. В работе [6] они оп-реäеëяþтся ìетоäоì эквиваëентноãо соëеноиäа.

Сиëы оттаëкивания, направëенные по оси x,иìеþт виä:

Fpm x = – l cosqdq,

ãäе I — сиëа тока эквиваëентноãо соëеноиäа; l —осевая äëина эквиваëентноãо соëеноиäа; d — тоë-щина эквиваëентноãо соëеноиäа.

Сиëы оттаëкивания, направëенные по оси y, на-хоäиì из выражений:

Fpm y = l sinqdq;

Fpm x = fr cosqdq.

Зäесü fr = – w2l.

Выпоëнив заìену b = d + 2δ0 и c = 2x, поëу÷иì:

Fpm x = fr dq. (14)

С у÷етоì преäеëов интеãрирования выражение(14) приниìает виä [5]:

Fpm x = fr – + arctg –

– arctg . (15)

Усëовие эквиваëентности соëеноиäа и постоян-ных ìаãнитов [7]:

J = , (16)

ãäе J — наìаãни÷енностü постоянноãо ìаãнита.С у÷етоì уравнения (16) выражение (15) прини-

ìает виä:

Fpm x = – –π + arctg –

– arctg .

Составëяþщуþ сиëу по оси y опреäеëяеì ана-ëоãи÷но:

Fpm y = π – arctg –

– arctg .

Баëанс сиë, äействуþщих по оси x, опреäеëиìтак же, как и äëя сиë, äействуþщих по оси y.

Систеìа неëинейных äифференöиаëüных урав-нений äинаìики ротора на ГМП:

m = (2kp1y( – ) – kp2y + kp3y ) +

+ Qy + Fpm y;

4 kL1y = U – (kp1y – kp2y) – ri1;

4 kL2y = U – (kp3y – kp1y) – ri2;

m = (2kp1x( – ) – kp2x + kp3x ) +

+ Qx + Fpm x;

4 kL1x = U – (kp1x – kp2x) – ri3;

4 kL2x = U – (kp3x – kp1x) – ri4;

Fpm x = – –π + arctg –

– arctg ;


– arctg .

При ввеäении оператора äифференöирования

p = выражения äëя канаëа управëения по оси y

приниìаþт виä:

mp2y = Fm y + Qy + Fpm y; (17)

4 kL1ypi1 = U – (kp1y – kp2y)py – ri1; (18)

2I2μ0w

2

π-----------------

π/2–

π/2

∫1

d 2δ0 1 x* qcos–( )+--------------------------------------

⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

2I2μ0w

2

π-----------------

π/2–

π/2

∫1

d 2δ0 1 y* qsin–( )+-------------------------------------

⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

π/2–

π/2

∫1

d 2δ0 1 x* qcos–( )+--------------------------------------

⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

2I2μ0

π------------

π/2–

π/2

∫qcos

b c qcos+-------------------⎝ ⎠

⎛ ⎞

⎝⎜⎛ π

c-- b

c--

⎝⎜⎛ 2

b2

c2

–

---------------- b c+

b2

c2

–

----------------

2

b2

c2

–

---------------- c b–

b2

c2

–

----------------⎠⎟⎞

⎠⎟⎞

Iw

l-----

2Br2

μ0

------- L3

πc-----

⎝⎜⎛ 2

1 c2/b

2–

-------------------- 1 c/b+

1 c2/b

2–

--------------------⎠⎟⎞

⎝⎜⎛ 2

1 c2/b

2–

-------------------- c/b 1–

1 c2/b

2–

--------------------⎠⎟⎞

2Br2

μ0

------- L3

πc1

------⎝⎜⎛ 2

1 c12/b

2–

--------------------1 c1/b+

1 c12/b

2–

--------------------

2

1 c12/b

2–

--------------------c1/b 1–

1 c12/b

2–

--------------------⎠⎟⎞

dy2

dt2

-------CL

2δ02

------ i12

i22

i12

i22

CL

δ0

-----di1

dt------

CLi1

2δ02

--------- dy

dt----

CL

δ0

-----di2

dt------

CLi2

2δ02

--------- dy

dt----

dx2

dt2

-------CL

2δ02

------ i32

i42

i32

i42

CL

δ0

-----di3

dt------

CLi3

2δ02

--------- dx

dt----

CL

δ0

-----di4

dt------

CLi4

2δ02

--------- dx

dt----

2Br2

μ0

------- L3

πc-----

⎝⎜⎛ 2

1 c2/b

2–

-------------------- 1 c/b+( )

1 c2/b

2–

--------------------

2

1 c2/b

2–

-------------------- c/b 1–( )

1 c2/b

2–

--------------------⎠⎟⎞

2Br2

μ0

------- L3

πc1

------⎝⎜⎛ 2

1 c12/b

2–

--------------------1 c1/b+

1 c12/b

2–

--------------------

2

1 c12/b

2–

--------------------c1/b 1–

1 c12/b

2–

--------------------⎠⎟⎞

ddt----

CL

δ0

-----CLi1

2δ02

---------


4 kL2ypi2 = U – (kp3y – kp1y)py – ri2; (19)


– arctg ; (20)

4 kL2y pi2 = U – (kp3y – kp1y)py – ri2. (21)

Ввиäу сëожности анаëити÷ескоãо ìоäеëирова-ния по преäставëенныì выраженияì (17)—(21) раз-работана коìпüþтерная ìоäеëü, позвоëяþщая ис-сëеäоватü äинаìи÷еские характеристики ГМП.

На рис. 2 преäставëена коìпüþтерная ìоäеëüканаëа систеìы управëения сиëой в рабо÷еì зазореГМП, ãäе вхоäныìи сиãнаëаìи явëяþтся: переìе-щение y — поступает с äат÷ика поëожения ротора;напряжение U1 эëектроìаãнита 2. Выхоäные пока-затеëи ìоäеëи: эëектроìаãнитная сиëа по оси y; си-ëы тока I1 и I2 в эëектроìаãнитах 1 и 2.

Внеøние сиëы приниìаþтся постоянныìи и независят от сìещения ротора относитеëüно статора.Звенüя Transfer Function 1 реаëизуþт переäато÷нуþ

функöиþ с постоянной вреìени эëектро-

ìаãнита T = L/r.

Поëу÷енная ìатеìати÷еская ìоäеëü äинаìикиротора на ГМП позвоëяет иссëеäоватü зависиìостüэëектроìаãнитных характеристик ГМП от ìехани-÷еских показатеëей систеìы.

Достоинствоì äанной ìоäеëи явëяется возìож-ностü ее техни÷еской реаëизаöии посреäствоì ìо-äуëя Real-Time, вхоäящеãо в состав Matlab Simulink[8], ÷то упрощает экспериìентаëüные иссëеäованияГМП и их внеäрение в техноëоãи÷еский проöесс.


1. Журавлев Ю. Н. Активные ìаãнитные поäøипни-ки: Теория, рас÷ет, приìенение. СПб.: Поëитехника,2003. 206 с.

2. Верещагин В. П., Клабуков В. А. Матеìати÷ескаяìоäеëü ìаãнитноãо поäøипника // Вопросы эëектроìе-ханики. Т. 112. 2009. С. 3—7.

3. Вышков Ю. Д., Иванов В. И. Маãнитные опоры вавтоìатике. М.: Энерãия, 1978. 160 с.

4. Хайруллин И. Х., Исмагилов Ф. Р., Вавилов В. Е.Опреäеëение вëияния стати÷ескоãо эксöентриситета наустой÷ивостü ãибриäноãо ìаãнитноãо поäøипника //Вестник УГАТУ. Т. 16. 2012. С. 147—150.

5. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справо÷ник поìатеìатике äëя инженеров и у÷ащихся втузов. М.: Нау-ка, 1986. 544 с.

6. Хайруллин И. Х., Исмагилов Ф. Р., Вавилов В. Е.Опреäеëение сиë ãибриäноãо ìаãнитноãо поäøипникаäëя высокоскоростных øпинäеëей // Вестник УГАТУ.Т. 16. 2012. С. 70—74.

7. Альтман А. Б., Верниковский Э. Е. Постоянныеìаãниты: Справо÷ник. М.: Энерãия, 1980. 488 с.

8. Герман-Галкин С. Г. Matlab & Simulink. Проекти-рование ìехатронных систеì на ПК. СПб.: КОРНОНА—Век, 2008. 368 с.

CL

δ0

-----CLi2

2δ02

---------

2Br2

μ0

------- L3

πc1

------⎝⎜⎛ 2

1 c12/b

2–

--------------------1 c1/b+

1 c12/b

2–

--------------------

2

1 c12/b

2–

--------------------c1/b 1–

1 c12/b

2–

--------------------⎠⎟⎞

CL

δ0

-----CLi2

2δ02

---------

1

Add

1/S 1/S

–

+

–

1

1

1

2

+–

–

+

–

1/S

1

1 1atan

atan

2

Product6Product5

Product1Product2Trigonometric

Function

1

1 1

1

2

TrigonometricFunction1

Product4

1

1

1

Gain

Sqrt

1

Product3

Qk

b1 p1

kp1

kp2

IntegratorProduct

S + 1

u

I 1

Subtractpost

++

+–

–+

b2

2

y2

py2py

b

Gain1

U1

R1

b/4CIKI2

Gain3

+–

Fmy+–

y

Рис. 2. Компьютерная модель канала системы управления по оси y

T1s 1+

τs 1+--------------


Цикл статей"Пpоблемы тpибологии — тpения, изнашивания и смазки"

(под общей pедакцией академика Pоссийской инженеpной академии

и академии космонавтики, д-pа техн. наук Ю. Н. Дpоздова)

УДК 621.43

При всеì ìноãообразии кон-струкöий, усëовий и режиìовэкспëуатаöии, износы трущихсяповерхностей äетаëей порøне-вых äвиãатеëей поäобны и иìеþтестественнуþ законоìернуþ фор-ìу, в боëüøой степени зависящуþот внутриöиëинäровоãо äавëенияãазов, опреäеëяеìоãо öикëоì ра-боты äвиãатеëя. Проанаëизируеìнаãруженностü äетаëей трибосоп-ряжений кривоøипно-øатунно-ãо ìеханизìа (КШМ) и öиëинä-ропорøневой ãруппы (ЦПГ) взависиìости от режиìа работыäвиãатеëя, который опреäеëяетсязаконоì äвижения коëен÷атоãоваëа (КВ): dω/dt = (Mi – Mс)/I,ãäе Mi — инäикаторный ìоìент;Mс — ìоìент сопротивëения; I —ìоìент инерöии; ω — ÷астотавращения КВ; t — вреìя.

Моìент Mi в те÷ение öикëаостается постоянныì при всехрежиìах работы äвиãатеëя. Дëяìоìента Mс ìожно выäеëитü трирежиìа работы:

1) установивøийся скоростнойи наãрузо÷ный режиì, при кото-роì крутящий ìоìент на КВ ра-вен среäнеìу в те÷ение öикëа ин-äикаторноìу ìоìенту (Mi = Miср);

2) режиì переãрузки, при кото-роì крутящий ìоìент на КВ зна-÷итеëüно боëüøе среäнеãо инäи-каторноãо ìоìента (Mс . Miср);

3) режиì торìожения äвиãа-теëеì, при котороì крутящийìоìент на КВ — отриöатеëü-ный и зна÷итеëüно боëüøе среä-неãо инäикаторноãо ìоìента(|Mi | . |Mi ср |).

Моìент I инерöии äëя анаëи-зируеìых режиìов работы — по-стоянный.

Рассìотриì оäноöиëинäро-вый ÷етырехтактный äвиãатеëü(рис. 1) и изìенение еãо параìет-ров (рис. 2): ÷астоты ω вращенияКВ; суììарноãо крутящеãо ìо-ìента Mкр = Mi – Mс КВ; сиëыPA, äействуþщей по оси öиëинä-ра в сопряжении "паëеö—пор-øенü"; норìаëüной сиëы N, äей-

ствуþщей в сопряжении "пор-øенü—öиëинäр"; сиëы S, äей-ствуþщей по оси øатуна напоäøипники верхней и нижнейãоëовок øатуна; танãенöиаëüнойсиëы T, äействуþщей на корен-ные поäøипники; сиëы K, äейст-вуþщей по кривоøипу на корен-ные поäøипники.

Дëя трибосопряжений ДВСìенее наãруженныì явëяется ус-тановивøийся скоростной и на-ãрузо÷ный режиì 1. С боëüøиìсовпаäениеì еãо повторяет ре-жиì 2 переãрузки. В режиìе 3торìожения äвиãатеëеì по срав-нениþ с режиìаìи 1 и 2 сиëы из-ìеняþтся практи÷ески зеркаëü-

N

PA S

T

K

ω

Mкр

Рис. 1. Схема сил, действующих вКШМ

В. А. КОЧЕНОВ, канä. техн. наук (НГСХА, ã. Нижний Новãороä),e-mail: [email protected]

Åñòåñòâåííûé èçíîñ è ïðîåêòèðîâàíèå ïðèðàáîòàííûõ òðèáîñîïðÿæåíèé ïîðøíåâûõ ÄÂÑ

Ïðåäëîæåíû êîíñòðóêòîðñêèå ðåøåíèÿ ïîâûøåíèÿ äîëãîâå÷íîñòè è èç-íîñîñòîéêîñòè òðèáîñîïðÿæåíèé ïîðøíåâûõ ÄÂÑ, ó÷èòûâàþùèå çàêîíîìåð-íîñòè èçíàøèâàíèÿ, èçìåíåíèå è ïåðåðàñïðåäåëåíèå íàãðóçîê ïðè èõ ýêñ-ïëóàòàöèè.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: òðèáîñîïðÿæåíèå, åñòåñòâåííîå èçíàøèâàíèå, ïëî-ùàäü ñêîëüæåíèÿ, äàâëåíèå.

Engineering solutions for enhancement of endurance and wearability of tri-bointerfaces of piston-like internal-combustion engines that considering wear-out relationships, load changing and reassignment during their operation, wereoffered.

Keywords: tribointerface, naturally occuring wear-out, slide square, pressure.


но. Такой характер наãрузок обу-сëовëен внутриöиëинäровыì äав-ëениеì ãазов, которое как припереãрузке, так и при торìоже-нии äвиãатеëеì явëяется основ-ныì.

Соответственно направëениþнаãрузок выäеëиì äва режиìаработы ДВС: 1) выработка энер-ãии (äвиãатеëüный); 2) потребëе-ние энерãии (торìозной). Двиãа-теëüный режиì, как наибоëеепроäоëжитеëüный при экспëуа-таöии, опреäеëяет естественнуþфорìу износа äетаëей КШМ иЦПГ. С то÷ки зрения ìехани÷е-ских поврежäений и поëоìокäвиãатеëüный режиì ìенее опа-сен, ÷еì торìозной. При боëü-øих переãрузках äвиãатеëü ìожет"саìозащититüся" — заãëохнутü.Всëеäствие своей непроäоëжи-теëüности торìозной режиì ìенü-øе вëияет на форìу износа äета-ëей. С то÷ки зрения сëу÷айныхпоëоìок — закëиниваний и äр.,торìозной режиì опаснее äвиãа-теëüноãо. В торìозноì режиìеìеняется направëение наãрузки,äетаëи заниìаþт неприработан-ное, неоптиìаëüное поëожение,несущая способностü сопряже-ний снижается по сравнениþ сäвиãатеëüныì режиìоì.

Проанаëизируеì износ äета-ëей ЦПГ. Форìа естественноãоизноса öиëинäра (рис. 3, а) ìо-жет бытü оваëüной, конусной,ступен÷атой с переìенной интен-сивностüþ изнаøивания в про-öессе экспëуатаöии. Оваëüностüобъясняется äействиеì норìаëü-ной сиëы, опреäеëяþщей рабо-÷ие (изнаøиваþщиеся) поверх-ности öиëинäра и порøня; ко-нусностü — боëее тяжеëыìи ус-ëовияìи работы вбëизи каìерысãорания; ступен÷атостü — изно-соì от коìпрессионных коëеö(ступени распоëаãаþтся в зоневерхней ìертвой то÷ки, их ÷исëоравно ÷исëу коëеö). Разный из-нос по ступеняì объясняется ин-тенсивныì изнаøиваниеì пары"öиëинäр—верхнее коëüöо" в на-÷аëе экспëуатаöии и затеì äаëü-

ω, c–1

1

3

2

600

400

200

0 180 360 540 ϕ°a)

1

3

2

б)

180 360 540 ϕ°0

–1000

1500

Мкр, Н•ì

180 360 540 ϕ° 180 360 540 ϕ°

3

1

2

2

1

330

15

0

–15

–30

в) г)

6

0

–6

N, кНPA, кН

д) е)

2

3

1

1

2

3

180 360 540 ϕ°180 360 540 ϕ°

40

20

0

–20

–40

S, кН К, кН

5

0

–5

–10

Рис. 2. Зависимости изменения частоты w вращения КВ (а), крутящего моментаMср (б), силы PA в сопряжении "поршневой палец—бобышка поршня" (в), силы Nв сопряжении "поршень—цилиндр" (г), силы S, действующей на подшипникиверхней и нижней головок шатуна (д), силы K, действующей на коренные под-шипники КВ (е), от угла j поворота КВ

Рис. 3. Износы деталей ЦПГ:а — öиëинäра; б—г — порøня; д — порøневоãо паëüöа в резуëüтате прорыва ãазов поеãо оси; е — образование наãара в трибосопряжении "коëüöо—канавка"; N — норìаëü-ная сиëа; pã — äавëение ãазов; Oп.п — осü порøневоãо паëüöа; 1 — öиëинäр; 2 — коì-прессионное коëüöо; З — зазор в сопряжении "коëüöо—öиëинäр"

a)

N

Oп.п

б) в)

Наãар

г)

е)д)

1 2

З

рã


нейøиì ее износоì, а также пе-рераспреäеëениеì äавëения ãа-зов и повыøениеì интенсивно-сти изнаøивания пар "öиëинäр—нижние коëüöа".

Оøибкой проектирования äе-таëей ЦПГ ìожет бытü непра-виëüное опреäеëение теìператур-ных и наãрузо÷ных äефорìаöийöиëинäра и порøня. Циëинäр ìо-жет иìетü брак, связанный с низ-киìи триботехни÷ескиìи свойст-ваìи ìатериаëов, завыøенныìиоткëоненияìи разìеров, наруøе-нияìи сборки äвиãатеëя. Низкиетриботехни÷еские свойства ìате-риаëов повыøаþт интенсивностüизнаøивания, не вëияя, как пра-виëо, на естественнуþ форìу из-носа. Откëонения от круãëости иöиëинäри÷ности зеркаëа естüрезуëüтат неправиëüно опреäе-ëенной äефорìаöии öиëинäра, а"неправиëüная" øероховатостü —низких триботехни÷еских свойствìатериаëа öиëинäра. Завыøен-ный äиаìетр зеркаëа öиëинäрауìенüøает еãо ресурс, занижен-ный — вызывает заäиры трущих-ся поверхностей, поëоìку коëеöи закëинивание äетаëей. Нека÷е-ственная сборка äвиãатеëя такжеявëяется при÷иной неестествен-ноãо износа трибосопряженийЦПГ.

Экспëуатаöионныìи при÷и-наìи прежäевреìенноãо изнаøи-вания öиëинäра и ЦПГ в öеëоììоãут бытü нека÷ественные топ-ëиво и сìазо÷ные ìатериаëы,пëохая о÷истка топëива и возäу-ха, наруøения теìпературных ре-жиìов работы äвиãатеëя. Изнострибосопряжений ЦПГ в боëü-øой степени зависит от заãряз-ненности топëива и возäуха, а из-нос поäøипниковых узëов скоëü-жений КШМ — от заãрязненно-сти сìазо÷ноãо ìатериаëа.

Естественный износ порøняхарактеризуется неравноìерныìизносоì þбки, наãароì и про-ãораниеì поверхности по осипорøневоãо паëüöа, неравноìер-ныì износоì канавок поä коëü-öа. Износ þбки, как и öиëинä-

ра, объясняется äействиеì нор-ìаëüной сиëы. Износ низа þбки(рис. 3, б) набëþäается у порø-ней äвиãатеëей, отработавøихбоëüøуþ ÷астü ресурса. Поверх-ности, приìыкаþщие к äнищупорøня (рис. 3, в), изнаøиваþт-ся всëеäствие неправиëüно оп-реäеëенных теìпературных äе-форìаöий, нето÷ных разìеровäетаëей, переãрева äвиãатеëя. Двеобособëенные поверхности изно-са þбки набëþäаþтся у порøней,работаþщих со стукоì. Форìаизноса на рис. 3, г свиäетеëüству-ет о боëüøоì перекосе порøняв öиëинäре, ÷то обусëовëиваетповыøенный расхоä ìасëа науãар. Наãар и проãорание порøняобъясняþтся пëохой ãерìети÷но-стüþ трибосопряжений ЦПГ,особенно при поëожении заìкакоìпрессионных коëеö по осипаëüöа (рис. 3, д). Поä äействиеìäавëения ãазов коëüöо разãибает-ся, и образуþтся повыøенные за-зоры З.

Неравноìерный износ кана-вок объясняется их разной уäа-ëенностüþ от каìеры сãорания.Дëя коìпрессионных коëеö ха-рактерен повыøенный износверхнеãо коëüöа, оäностороннийизнос коëüöа по высоте и, какправиëо, боëüøий износ коëüöапо сравнениþ с износоì канавки(рис. 3, е). Давëение ãазов вëияетна износ поверхностей коëüöа,составëяþщих пару трения с öи-ëинäроì и пару трения с нижнейстенкой канавки порøня. В про-öессе экспëуатаöии на канавкеобразуется наãар, защищаþщийее от изнаøивания, но ухуäøаþ-щий триботехни÷еские свойстваи увеëи÷иваþщий оäносторон-ний износ коëüöа.

Естественный износ øатун-ных сопряжений КВ характери-зуется: равныì износоì сопряже-ний, относящихся к разныì öи-ëинäраì; оäносторонниì изно-соì øейки; боëüøиì износоìверхнеãо вкëаäыøа, распоëожен-ноãо в øатуне. Равный износ со-пряжений объясняется оäинако-

выìи наãрузкаìи, сìазываниеì ит. ä. Оäносторонний износ øей-ки и повыøенный износ верхне-ãо вкëаäыøа объясняþтся пере-ìенныì и öикëи÷ескиì харак-тероì наãрузок, äействуþщих насопряжение. Техноëоãи÷ескиìипри÷инаìи неестественноãо из-носа явëяþтся наруøения ãео-ìетрии трибосопряжений, вкëþ-÷ая вызываеìые заãрязненияìиìежäу вкëаäыøаìи и øатуноì.Экспëуатаöионный брак — ре-зуëüтат неисправности сìазо÷-ной систеìы и испоëüзованиянека÷ественных сìазо÷ных ìате-риаëов. При пëохой о÷истке ìас-ëа абразивные ÷астиöы вäавëива-þтся в ìяãкий антифрикöион-ный сëой вкëаäыøей, повыøаяинтенсивностü изнаøивания øей-ки ваëа.

Износ коренных сопряженийКВ характеризуется: неравноìер-ныì износоì øейки; боëüøиìизносоì нижнеãо вкëаäыøа, рас-поëоженноãо в крыøке; разëи÷-ныì износоì сопряжений отно-ситеëüно äруã äруãа; ìенüøиìиоткëоненияìи от круãëости со-пряжений, нахоäящихся ряäоì сìаховикоì. Неравноìерный из-нос øейки и боëüøий износнижнеãо вкëаäыøа, анаëоãи÷ныйизносу øатунноãо сопряжения,объясняþтся неравноìерныì на-ãружениеì в те÷ение öикëа. Раз-ëи÷ный износ сопряжений отно-ситеëüно äруã äруãа опреäеëяетсяконструктивныìи особенностя-ìи КШМ и äвиãатеëя в öеëоì.Износ сопряжений, распоëожен-ных ряäоì с ìаховикоì, объяс-няется теì, ÷то ìаховик реãуëи-рует крутиëüные коëебания и об-ëаäает ãироскопи÷ескиì эффек-тоì, уìенüøаþщиì перекосы ва-ëа и пиковые наãрузки на бëизкораспоëоженные к неìу опоры.Дефекты изãотовëения коренныхсопряжений анаëоãи÷ны äефек-таì øатунных сопряжений. До-поëнитеëüныìи техноëоãи÷ески-ìи при÷инаìи неестественноãоизноса явëяþтся несоосностü ко-ëен÷атоãо ваëа и постеëей бëока-


картера, наруøение баëансиров-ки ваëа. Кроìе брака при изãо-товëении, эти äефекты ìоãут яв-ëятüся сëеäствиеì неправиëüно-ãо хранения и транспортировки.При экспëуатаöии брак корен-ных сопряжений анаëоãи÷ен бра-ку øатунных сопряжений.

Наибоëüøая наãруженностü иìаксиìаëüный износ трибосоп-ряжений ДВС набëþäаþтся припрохожäении порøнеì верхнейìертвой то÷ки ìежäу тактаìисжатия и расøирения (рис. 4, а).Кроìе высоких теìператур и на-ãрузок в этой то÷ке норìаëüнаясиëа N ìеняет направëение, ÷топривоäит к перекëаäке порøня вöиëинäре. Дëя пëавности пере-кëаäки порøни изãотовëяþт бо÷-кообразныìи, такиìи же преäëа-ãается выпоëнятü и коìпресси-онные коëüöа (рис. 4, б). Бо÷ко-образная форìа обеспе÷иваетстабиëüные пëощаäü скоëüженияи äавëение на трущиеся поверх-ности сопряжений "öиëинäр—коëüöо" и "коëüöо—канавка" [1].Изìенение зазора ìежäу коëü-öоì и канавкой необхоäиìо äëятоãо, ÷тобы во вреìя перекëаäкипорøенü не захватываë и не от-рываë коëüöо от öиëинäра [2].При этоì уìенüøится вероят-ностü прорыва ãазов ìежäу коëü-öоì и öиëинäроì, снизится сухоетрение, уìенüøатся заäиры тру-щихся поверхностей и ступен÷а-тостü износа зеркаëа öиëинäра.

Интенсивностü изнаøиванияdI/dτ зависит от äавëения p на тру-щиеся поверхности: dI/dτ = kpm,ãäе k, m — коэффиöиенты. Дëяуìенüøения пиковых äавëений,характерных äëя ДВС, наибоëеенаãруженные секторы сопряже-ний äоëжны иìетü направëенноувеëи÷еннуþ пëощаäü скоëüже-ния. Наприìер, нижний вкëа-äыø опор КВ совреìенных äви-ãатеëей изãотовëяþт без канавкиäëя сìазо÷ноãо ìатериаëа. В ре-зуëüтате увеëи÷ения пëощаäискоëüжения в ìоìент ìаксиìаëü-ной наãрузки äавëение на тру-щиеся поверхности снижается.

Анаëоãи÷ный резуëüтат ìожнопоëу÷итü, есëи выпоëнитü äетаëис ãеоìетри÷ескиìи параìетраìи,соответствуþщиìи приработан-ныì, т. е. изноøенныì [3, 4]. На-приìер, в зоне ìаксиìаëüноãоизноса (рис. 4, в) þбку порøняизãотовитü с раäиусоì, равныìраäиусу öиëинäра (рис. 4, г). При-работаннуþ форìу преäëаãаетсяприäатü øатунныì и коренныìсопряженияì КВ (рис. 4, д, е).

Кроìе увеëи÷ения пëощаäискоëüжения и перераспреäеëениянаãрузки в трибосопряжении впроöессе экспëуатаöии ДВС из-ìеняþтся наãружаþщие сиëы иìоìенты. Преäпоëожиì, ÷то приìиниìаëüных зазорах, характер-ных äëя на÷аëа экспëуатаöии, КВработает по схеìе "нежесткийваë—жесткие опоры" (рис. 5, а).Допустиì, ÷то сиëа K, äействуþ-щая по кривоøипу, äефорìиро-ваëа ваë, наруøиëа еãо уравно-веøенностü, привеëа к появëе-ниþ сиëы инерöии Pj = mrω2, ãäеmr = D — äисбаëанс от проãибаваëа, опреäеëяеìый произвеäе-ниеì ìассы m и раäиуса r; ω —÷астота вращения. Сиëа инерöииот äефорìаöии ваëа, увеëи÷ивая

изãиб, увеëи÷ивается саìа, соот-ветственно реакöии опор и äав-ëение на трущиеся поверхностирастет ëавинообразно.

Экспëуатаöионный износ иувеëи÷ение зазоров уìенüøаþтжесткостü опор. Заìениì КВсистеìой из привеäенных ìасс ииссëеäуеì работу схеìы "жесткийваë—нежесткие опоры" (рис. 5, б).В преäëоженной схеìе осü O3

вращения совпаäает с осüþ O2

опор и не совпаäает с ãëавнойинерöионной осüþ и осüþ O1 ба-

ëансировки ваëа. Есëи то÷ка пе-ресе÷ения осей нахоäится ìежäуопораìи и тоëщина сìазо÷ноãосëоя ìежäу трущиìися поверхно-стяìи равна нуëþ, то ìаксиìаëü-ный уãоë перекоса ψ = arctgЗ/L,ãäе З — äиаìетраëüный зазор ìе-жäу ваëоì и поäøипникоì; L —расстояние ìежäу опораìи. Сиëаинерöии конструктивноãо эëе-

ìента ваëа: = Pj(L1 – r1).

Моìент с пëе÷оì L1 всеãäа на-правëен в сторону увеëи÷енияперекоса, а ìоìент с пëе÷оì r1 —в сторону еãо уìенüøения. Пере-кос увеëи÷ивается при разìеще-

MO1 2 3, ,

N

a)

S

K

R1

r1R2 = r2

б)

д)

е)

в) г)S

K

N

Износ

Износ

Износ

Износ

Рис. 4. Расположение естественных износов:а — ìаксиìаëüноãо äетаëей ЦПГ; б — сопряжения "порøенü—коëüöо—öиëинäр" сбо÷кообразныì коëüöоì и переìенныì зазороì ìежäу коëüöоì и канавкой; в и г —при распреäеëении наãрузки соответственно в неприработанноì и приработанноì со-пряжении "порøенü—öиëинäр"; д и е — при распреäеëении наãрузки в øатунноì и ко-ренноì сопряжениях КВ


нии инерöионных ìасс по краяì(увеëи÷ении L) и уìенüøаетсяпри увеëи÷ении раäиуса r öентраìасс, при r > 0,71L коëен÷атыйваë обëаäает ãироскопи÷ескиìэффектоì — "сопротивëяется" пе-рекосу, саìоустанавëивается.

В стати÷ески неопреäеëиìыхсистеìах реакöии R опор зави-сят от относитеëüной жесткостиваëа и опор. Дëя систеìы "неже-сткий ваë—жесткие опоры" реак-öии опор расс÷итываþт по схеìеразрезной баëки (рис. 5, в), а äëясистеìы "жесткий ваë—нежест-кие опоры" — по схеìе неразрез-ной баëки (рис. 5, г). Дëя обеихсхеì работы при изìенении же-сткости ëþбой из опор, в тоì÷исëе в резуëüтате износа, изìе-няþтся реакöии всех опор и рас-преäеëение наãрузки по опораì.Дëя опреäеëения законоìерно-стей перераспреäеëения наãрузкивыäеëиì в опорах упруãий эëе-ìент 1, эквиваëентный жестко-сти сìазо÷ноãо сëоя, и упруãий

эëеìент 2, эквиваëентный жест-кости конструктивных эëеìентовопор. Сиëы и ìоìенты, äейст-вуþщие на ваë, заìениì суììаìисиë ΣP и ìоìентов ΣM.

Опреäеëиì сìещение ваëа впервой опоре: H1 = R1(E11 +

+ E21)/E11E21 = R1ε1, ãäе R1 — ре-

акöия первой опоры; ε1 = (E11 +

+ E21)/E11E21 — привеäенная

жесткостü первой опоры; E11 и

E21 — жесткости соответственно

сìазо÷ноãо сëоя и конструктив-ных эëеìентов опоры.

Анаëоãи÷но опреäеëиì H2 иH3. Выразиì сìещение ваëа вовторой опоре относитеëüно пер-вой и третüей: H2 = 0,5(H1 + H3),и, испоëüзуя уравнения статики,опреäеëиì реакöии опор КВ. На-приìер, äëя трехопорноãо ваëареакöия первой опоры:

R1 =

= .

Анаëиз показаë, ÷то в на÷аëеэкспëуатаöии при равной жест-кости опор реакöии пропорöио-наëüны сìещениþ ваëа в опорах:R1 > R2 > R3. В проöессе изнаøи-вания опор ваë стреìится занятüпоëожение, обеспе÷иваþщее ìак-сиìаëüнуþ пëощаäü скоëüжения(рис. 5, д), реакöии опор вырав-ниваþтся и äëя n-опорноãо ваëабуäут: |R1| ≈ |Rm | ≈ |Ri | ≈ |Rn|(рис. 5, е). Максиìаëüно заãру-женные опоры разãружаþтся зас÷ет перераспреäеëения наãрузкина опоры, ìиниìаëüно наãружен-ные в на÷аëе экспëуатаöии. С у÷е-тоì оптиìизаöии распреäеëе-ния наãрузки коренные сопря-жения ìноãоопорных КВ преä-ëаãается изãотовëятü с разныìизазораìи [5].

Преäëаãаеìая ìетоäика про-ектирования трущихся поверхно-стей äетаëей ДВС основана нааäекватности оптиìаëüных и при-работанных ãеоìетри÷еских па-раìетров трибосопряжений, соз-äаваеìых в проöессе естествен-ноãо изнаøивания.

Дëя уìенüøения вреìени об-катки и повыøения äоëãове÷ностии износостойкости преäëаãаетсятрибосопряжения ДВС изãотов-ëятü с ãеоìетри÷ескиìи параìет-раìи, соответствуþщиìи прира-ботанныì.


1. Пат. 100142 Рос. Федерации.

Циëинäропорøневая ãруппа äвиãа-теëя внутреннеãо сãорания.


Герìетизируþщее сопряжение.


Циëинäропорøневая ãруппа.


Узеë скоëüжения.


Поäøипниковый узеë скоëüжения.

2ΣPε1ε3L ΣM ε1ε2 2ε1ε3+( )+

Lε1ε2 4Lε1ε3 Lε2ε3+ +------------------------------------------------------------

R1

K

Pi

a) б)

в)г)

д) е)

ΣM

ΣP

О2, О3R2R1

Pj1

R2

Pj2Pj4

Pj5

О1

r 31

r 11

r 41r 21L11

L41

L21

R1 R2 R3

H3

1

2

Pj3

L51

r 51

H2

H1

L31

ψ

R1 R2 R3

PP

R1

|Rm |, |Ri |

Rn

|R |

τ1 τ2 τ

m ni1

Un

U1

Рис. 5. Схемы изменения инерционных нагрузок Pj при разной жесткости КВ икоренных опор (а и б), расчета реакций опор статически неопределимого вала(в и г), приработки сопряжений и перераспределения реакции |R | опор за периодэксплуатации (д и е)


УДК 621.822

А. В. ОРЛОВ, канä. техн. наук (ИМАШ иì. А. А. Бëаãонравова РАН), теë.: 8(499) 135-45-60

Äèíàìè÷åñêèå íàãðóçêè â øàðèêîïîäøèïíèêàõ,âîçíèêàþùèå â ðåçóëüòàòå èõ èçíàøèâàíèÿ

В статüе [1] показано, ÷то при работе поäøип-ника еãо вращаþщееся коëüöо соверøает раäиаëü-ные коëебания относитеëüно непоäвижноãо коëü-öа, при÷еì аìпëитуäа коëебаний растет пропор-öионаëüно зазору в поäøипнике. Практи÷ескийинтерес преäставëяет веëи÷ина äинаìи÷еской на-ãрузки, вызываеìой этиìи коëебанияìи.

Приниìаеì, ÷то в рассìатриваеìый ìоìент напоäøипник äействует раäиаëüная наãрузка R, век-тор которой прохоäит ÷ерез öентр оäноãо из øаров.Вращается внутреннее коëüöо, осü O1 котороãосìещена в направëении вектора R относитеëüнооси O2 поäøипника на веëи÷ину δ = δ0 + Z/2 + h.Зäесü Z — заäанный äиаìетраëüный зазор; h — суì-ìарный ëинейный износ наãруженных поверхно-стей ка÷ения в направëении O2Y; δ0 = C(Q0)

2/3 —суììарная контактная äефорìаöия øара и обоихкоëеö в тоì же направëении, опреäеëяеìая в соот-ветствии с зависиìостяìи, привеäенныìи в рабо-тах [2, 3], ãäе C — коэффиöиент упруãой поäатëи-вости поäøипника [2, 3]; Q0 — наãрузка на наибо-ëее наãруженноì øаре.

Посëе поворота коìпëекта теë ка÷ения (КТК)на некоторый уãоë α распоëожение øаров относи-теëüно вектора наãрузки ìеняется, происхоäит пе-рераспреäеëение наãрузки, расстояние ìежäу ося-ìи коëеö становится равныì δα, которое опреäеëя-еì из форìуëы

R = cosγi. (1)

Дëя стаëüных поäøипников при наибоëее упот-ребиìоì соотноøении раäиуса жеëоба к äиаìетруøара rж/2r = 0,515 ìожно с поãреøностüþ не бо-ëее 3 % принятü C = 33•10–5/r1/3. Зазор ìежäу

øароì i и внутренниì коëüöоì (рис. 1) опреäеëя-еì по форìуëе

Zi = {[(r2 – r)cosγi – f ' ]2 +

+ [(r2 – r)sinγi]2}1/2 – r1 – r – f. (2)

Зäесü r, r1, r2 — ноìинаëüные раäиусы øара, внут-реннеãо 1 и наружноãо 2 коëеö по äну жеëоба со-ответственно без поправки на износ и заäаваеìыйзазор; f — эксöентриситет коëеö äо наãружениявнеøней наãрузкой при поëожении øаров, коãäаöентр оäноãо из них ëежит на ëинии вектора на-ãрузки; f ' — эксöентриситет при поëожении КТК,коãäа уãоë ìежäу этой ëинией и öентроì бëижай-øеãо к ней øара равен β:

f ' = (r2 – r)cosβ –

– {(r1 + r – f ) + [(r2 – r)sinβ]2}1/2. (3)

При β = 0 поëу÷иì f ' = f, поскоëüку сþäа вхоäятноìинаëüные зна÷ения раäиусов и, сëеäоватеëüно,r2 – r = r1 + r.

Форìуëа (2) поëу÷ена из усëовия, ÷то износ hотносится öеëикоì к внутреннеìу коëüöу, котороев боëüøинстве сëу÷аев явëяется веäущиì и поэто-ìу, как боëее наãруженное танãенöиаëüныìи сиëа-ìи, изнаøивается сиëüнее. Есëи вращается наруж-ное коëüöо (÷то встре÷ается сравнитеëüно реäко)иëи известно распреäеëение износа по всеì по-верхностяì ка÷ения, то в форìуëу необхоäиìовнести поправки в соответствии с ëоãикой реøе-ния, изëоженной в работе [1].

Как показывает рас÷ет, упруãая поäатëивостüпоäøипника иìеет наибоëüøее зна÷ение, коãäавектор наãрузки прохоäит ÷ерез öентр оäноãо из

Ïðèâåäåí ðàñ÷åò äèíàìè÷åñêèõ íàãðóçîê, âûçâàííûõèçíàøèâàíèåì ðàáî÷èõ ïîâåðõíîñòåé øàðèêîïîäøèï-íèêà, ïîêàçàíû ïóòè èõ ñíèæåíèÿ.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: øàðèêîïîäøèïíèê, èçíîñ, êîëå-áàíèÿ, äèíàìè÷åñêèå íàãðóçêè.

Dynamic loads brought about by wear out of workingarea of multiball bearing design was presented. These loadsdropping techniques were shown.

Keywords: multiball bearing, wear out, vibration, dy-namic loads.

i 1=

n

∑δα γicos Zi–

C-----------------------

⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 3/2

R

2 1 O2

r2 O1

r1

f"

r

Oi

Zi

Y

β

γi

Рис. 1. Схема зазоров в ненагруженном подшипнике

i


øаров (поëожение I, рис. 2, а), и наиìенüøее, ко-ãäа основная наãрузка прихоäится на äва øара,распоëоженные сиììетри÷но относитеëüно ëиниивектора наãрузки (поëожение II). Это вызывает ко-ëебания вращаþщеãося коëüöа, не связанноãо же-стко с непоäвижныìи äетаëяìи узëа. Отìетиì, ÷тоэти коëебания практи÷ески отсутствуþт в неизно-øенноì поäøипнике с заранее заäанныì реãëа-ìентированныì зазороì, установëенныì экспери-ìентаëüныì путеì. Неравноìерностü распреäеëе-ния наãрузки в этоì сëу÷ае, по-прежнеìу, иìеетìесто, но явëяется неäостато÷ной äëя возбужäе-ния коëебаний.

В табëиöе в ка÷естве приìера привеäены рас-стояния δα ìежäу осяìи коëеö поäøипника 307

при наãрузке 14 кН, зазоре f = 0,5Z + h = 0,05 ìì иуãëах α поворота в преäеëах поëовины уãëовоãо øа-ãа, который в äанноì сëу÷ае при ÷исëе øаров z = 7равен 51,4°. Даëее, äо поворота на поëный уãëовойøаã поëожение оси O1 и распреäеëение наãрузкизеркаëüно повторятся на первой поëовине øаãа,т. е. буäут сиììетри÷ны относитеëüно оси O2Y.Наружное коëüöо с ìиниìаëüныì зазороì, ÷то по-звоëяет еìу ìеäëенно повора÷иватüся в проöессеработы, установëено в корпусе узëа. Внутреннеекоëüöо вращается вìесте с жестко соеäиненныìии бëизко к неìу распоëоженныìи äетаëяìи (ваë,ìуфта, øкив иëи øестерня), соверøая коëеба-теëüные äвижения с аìпëитуäой (δα)max – (δα)min.В верхней то÷ке кривой [δα = f(α)] жесткостü поä-øипника, обратно пропорöионаëüная еãо упруãойпоäатëивости, äостиãает ìаксиìуìа, коëüöо зао÷енü короткий проìежуток вреìени ìеняет на-правëение äвижения на противопоëожное. Возни-кает ситуаöия, бëизкая к наезäу не приторìожен-ноãо автоìобиëя на устройство, называеìое "ëежа-÷иì поëиöейскиì".

Найäеì скоростü поäъеìа коëüöа на у÷астке ìе-жäу то÷каìи 5 и 3 (сì. табëиöу) в ìоìент, преäøе-ствуþщий уäару. За вреìя поворота КТК на уãоëΔα = 4,7 – 1 = 3,7° коëüöо переìещается на рас-стояние ΔS = 76,17 – 74,50 = 1,67 ìкì. Поворотуна 3,7° при ÷астоте вращения n соответствует от-

резок вреìени Δt1 = 3,7/360n. Приняв n = 50 с–1,

поëу÷иì скоростü поäъеìа v5—3 = ΔS/Δt =

= 1,67•10–6/2,05•10–4 = 0,081 ì/с.Чтобы опреäеëитü ускорение, найäеì вреìя Δt2,

за которое эта скоростü паäает äо нуëя.Разобüеì у÷асток ìежäу то÷каìи 5 и 1 на äва

(рис. 2, а): пряìоëинейный (то÷ки 5—3) и криво-ëинейный (то÷ки 3—1). Обозна÷иì α = x и δα = y.Анаëиз показаë, ÷то первый у÷асток ìожно преä-ставитü зависиìостüþ

y1 = 74,50 + 0,451(x – 1), (4)

второй зависиìостüþ

y2 = 74,02 + 0,96x2 – 0,48x4. (5)

Линии, опреäеëяеìые зависиìостяìи (4) и (5),расхоäятся в то÷ке X1 = 0,65. Из зависиìости (5)

δα, ìкì

R

6

II

I

234

5

1 Y

W

v

W

v

WW

1211

10

v

74

75

76

77

78

79

80

81

82

830 25,7 51,4 77,1 α°

73

α°Ug

U, Hа)

б)

Рис. 2. Амплитуда колебаний вращающегося кольца отно-сительно неподвижного кольца (а) и вызываемые колеба-ниями динамические нагрузки (б)

O1

7

8

9

Y

O2R

Пока-затеëü

Ноìер то÷ки на рис. 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0 0,5 1,0 1,7 4,7 7,7 10,7 13,7 16,7 19,7 22,7 25,7

δi, ìкì 74,02 74,23 74,50 74,78 76,17 77,73 79,20 80,23 81,30 82,00 82,30 82,47

αi

o


о÷евиäно, ÷то ìаксиìаëüноìу ускорениþ (со зна-коì "–") соответствует то÷ка X1 = 0,577. Прини-

ìая в рас÷ет вреìя, соответствуþщее X = α = 0,6°

при n = 50 с–1 поëу÷иì: Δt2 = 0,6/360•50 =

= 3,33•10–5 с; тоãäа ускорение W = Δv/Δt2 =

= 0,81•10–2/3,33•10–5 = 243 ì/с2. Заìетиì, ÷тонайäенное ускорение явëяется осреäненныì попринятоìу уãëу выхоäа (0,6°). Оäнако у÷итывая ìа-ëостü этоãо уãëа в сравнении с уãëовыì øаãоì øа-ров, а также инерöионностü связанных с вращаþ-щиìся коëüöоì ìасс, принятое прибëижение ìож-но с÷итатü äопустиìыì.

Есëи общий вес коëüöа и жестко связанных сниì и бëизко распоëоженных äетаëей равен, на-приìер, 20 Н, то äинаìи÷еская наãрузка Ug = mW == 243•0,2 = 48 кãс = 480 Н.

Рас÷ет äëя второãо переãиба кривой δα = f(α) —у÷асток ìежäу то÷каìи 10 и 12, анаëоãи÷ен приве-äенноìу выøе (сì. рис. 2, а).

При÷иной возникновения вибраöий в ка÷ест-венно изãотовëенноì поäøипнике явëяется изìе-нение еãо жесткости при вращении, вызываеìоенеравноìерныì распреäеëениеì наãрузки по теëаì

ка÷ения. Поэтоìу в раìках отработанных техно-ëоãий наибоëее эффективныì среäствоì повыøе-ния стабиëüности работы поäøипников, поäвер-женных износу, явëяется увеëи÷ение ÷исëа теëка÷ения. Есëи позвоëяþт ãабаритные разìерыопорноãо узëа, то öеëесообразно приìенение поä-øипников с äвухряäныì зìеевиäныì распоëоже-ниеì øаров иëи с разрезныì коëüöоì и сепарато-роì с ìиниìаëüныì расстояниеì ìежäу ãнезäаìи.При äостато÷ноì запасе ãрузопоäъеìности ÷исëоøаров ìожет бытü увеëи÷ено за с÷ет уìенüøенияих äиаìетра.


1. Орлов А. В. Вëияние износа на стабиëüностü рабо-ты øарикопоäøипников // Вестник ìаøиностроения.2011. № 6. С. 42—46.

2. Решетов Д. Н. Детаëи ìаøин. М.: Маøинострое-ние, 1989. 496 с.

3. Макушин В. М. Упруãие переìещения и напря-женное состояние в ìестах сиëовоãо контакта äетаëей //Рас÷еты на про÷ностü в ìаøиностроении / Поä реä.С. Д. Поноìарева. М.: Маøãиз, 1958. Т. 2. С. 386—486.

УДК 621.922.029:621.9.048

Ш. А. БАХТИАРОВ, В. В. ВОЛКОВ, канäиäаты техни÷еских наук, Ю. Н. АБУБЕКЕРОВА(Пензенская ãосуäарственная техноëоãи÷еская акаäеìия), А. Г. ТУДОСКА (ООО "СТМ-Техноëоãии", ã. Пенза),e-mail: [email protected]

Ïîâûøåíèå ýôôåêòèâíîñòè êîíòàêòíî-ýðîçèîííîãî ïðîôèëèðîâàíèÿ àëìàçíûõ øëèôîâàëüíûõ êðóãîâè àëìàçíîãî ïðîôèëüíîãî êðóãëîãî øëèôîâàíèÿ

Контактно-эрозионное профиëирование — про-ãрессивный ìетоä форìирования профиëüных по-верхностей аëìазных øëифоваëüных круãов (АШК)на ìетаëëи÷еских связках, äëя котороãо характер-ны высокие технико-эконоìи÷еские показатеëи.

При профиëировании ìетоäоì копирования[1, 2 и äр.] высота профиëя фасонноãо эëектроäа-инструìента (ЭИ) оãрани÷ена требуеìой высотойпрофиëя АШК. Это не позвоëяет увеëи÷итü äëинуäуãи контактно-эрозионноãо взаиìоäействия ЭИ иАШК, от которой существенно зависит произвоäи-теëüностü обработки [3, 4].

В статüе рассìотрен способ [5, 6] контактно-эрозионноãо профиëирования АШК с коëüöевойканавкой пряìоуãоëüной форìы на периферии,который позвоëяет увеëи÷итü произвоäитеëüностüи управëятü еþ путеì изìенения высоты профиëяЭИ. Профиëирование осуществëяþт по схеìе круã-ëоãо ãëубинноãо øëифования составноãо äисково-ãо ЭИ (катоä) аëìазныì круãоì (аноä).

На рис. 1 показан коне÷ный этап профиëирова-ния, коãäа на аëìазноì круãе 1 уже сфорìированакоëüöевая канавка необхоäиìоãо профиëя. АШКпрофиëируþт äисковыì ЭИ, который состоит извнутренней 2 и наружной 4 ÷астей, эëектри÷ескиизоëированных прокëаäкой 3.

Ðàññìîòðåí ñïîñîá êîíòàêòíî-ýðîçèîííîãî ïðîôè-ëèðîâàíèÿ àëìàçíûõ êðóãîâ íà ìåòàëëè÷åñêèõ ñâÿçêàõñîñòàâíûì äèñêîâûì ýëåêòðîäîì-èíñòðóìåíòîì, ïîâû-øàþùèé ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ïóòåì óâåëè÷åíèÿ âûñîòûïðîôèëÿ ýëåêòðîäà-èíñòðóìåíòà áåç ñíèæåíèÿ òî÷íîñòè.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: êîíòàêòíî-ýðîçèîííîå ïðîôèëè-ðîâàíèå, àëìàçíûé øëèôîâàëüíûé êðóã, ìåòàëëè÷åñêàÿñâÿçêà, ýëåêòðîä-èíñòðóìåíò, ïðîôèëüíîå øëèôîâàíèå.

Diamond-charged grinding wheels on matrix metal con-tact-erosive profiling technique using composite disk elec-trode-MIDI device was examined. This technique enhancesoutput through electrode device profile height increasewithout reducing accuracy.

Keywords: contact-erosive profiling, diamond grindingwheel, matrix metal, electrode-MIDI device, profile grinding.


Общая äëина äуãи контактно-эрозионноãо взаи-ìоäействия АШК с ЭИ опреäеëяется суììой äëинäуã контакта с внутренней 2 и наружной 4 ÷астяìиЭИ. Дëину äуãи ìожно реãуëироватü изìенениеìäиаìетра D3 наружной ÷асти ЭИ. Высота H2 бур-тика (выступа) внутренней ÷асти 2 ЭИ соответст-вует требуеìой ãëубине H1 канавки АШК 1, а øи-рина B2 буртика и наружной ÷асти 4 ЭИ — øиринеB1 канавки.

Вращаþщийся АШК сбëижаþт с ЭИ äо касанияеãо периферийной поверхности äиаìетроì D1 с öи-ëинäри÷еской поверхностüþ äиаìетроì D2 внут-ренней ÷асти 2 ЭИ и заäаþт круãовуþ поäа÷у S ЭИв направëении, встре÷ноì вращениþ (V ) аëìазно-ãо круãа.

С поìощüþ аìперìетров A1 и A2 контроëируþтконтактно-эрозионный проöесс в зоне взаиìоäей-ствия АШК соответственно с наружной и внутрен-ней ÷астяìи ЭИ, поäкëþ÷енныìи к отриöатеëüно-ìу поëþсу исто÷ника постоянноãо тока.

Окон÷ание контактно-эрозионноãо взаиìоäей-ствия аëìазноãо круãа 1 с внутренней ÷астüþ 2 ЭИсвиäетеëüствует об образовании на АШК коëüöе-вой канавки с профиëеì, анаëоãи÷ныì профиëþбуртика внутренней ÷асти 2 ЭИ. Критериеì окон-÷ания указанноãо контактно-эрозионноãо взаиìо-äействия и, сëеäоватеëüно, проöесса профиëирова-ния явëяется, наприìер, отсутствие рабо÷еãо токав öепи аìперìетра А2. Даëüнейøее профиëирова-ние неäопустиìо, так как привеäет к искажениþ(увеëи÷ениþ ãëубины H1) профиëя АШК.

Такиì образоì, составная конструкöия ЭИ по-звоëяет увеëи÷итü еãо äиаìетр (высоту профиëя) иäëину äуãи контактно-эрозионноãо взаиìоäейст-вия с АШК без снижения то÷ности профиëирова-ния. Это способствует повыøениþ произвоäитеëü-

ности контактно-эрозионноãо профиëирования иуправëения еþ путеì поäбора соответствуþщеãоäиаìетра D3 ЭИ.

Проãрессивной обработкой сëожнофасонныхäетаëей из труäнообрабатываеìых ìатериаëов яв-ëяется профиëüное аëìазное øëифование, äëя по-выøения эффективности котороãо существуþт раз-ëи÷ные техноëоãи÷еские приеìы, направëенныена увеëи÷ение стойкости профиëя АШК: пëасти-÷еское äефорìирование [1]; изìенение техноëоãи-÷еских режиìов и усëовий контактно-эрозионноãопрофиëирования [7, 8]; коррекöия режиìов и ус-ëовий траäиöионноãо [9] и контактно-эрозионноãо[10] øëифования; контактно-эрозионное ëеãиро-вание поверхностноãо сëоя связки АШК [11, 12]и т. п. Оäнако äëя траäиöионных способов øëифо-вания характерен сравнитеëüно высокий расхоä аë-ìазов, так как при восстановëении оäноãо изно-øенноãо наиìенее износостойкоãо периферийноãоу÷астка профиëüноãо øëифоваëüноãо круãа уäаëя-þт аëìазоносный сëой по всеìу профиëþ.

Рассìотриì способ аëìазноãо профиëüноãокруãëоãо øëифования коëüöевых канавок [13, 14],наприìер пряìоуãоëüной форìы, позвоëяþщийповыситü то÷ностü обработки и уìенüøитü расхоäаëìазов изìенениеì кинеìатики øëифования, атакже äопускаþщий приìенение выøеизëожен-ных техноëоãи÷еских приеìов повыøения стойко-сти АШК.

Аëìазноìу круãу 1 раäиусоì R сообщается вра-щение V, а заãотовке 2 раäиусоì r — круãовая по-äа÷а S (рис. 2). При этоì осü O1 вращения АШКсìещена на расстояние h от еãо оси O сиììетриив раäиаëüноì направëении O1O2 от обрабатывае-ìой поверхности (äруãое крайнее поëожение АШК,коãäа он нахоäится вне контакта с заãотовкой, по-казано øтрихпунктирной ëинией с äвуìя то÷ка-ìи). Расстояние h превыøает поëовину ãëубины tøëифования за оäин оборот заãотовки, ÷то обеспе-÷ивает работу АШК тоëüко у÷асткоì AB перифе-рийной поверхности.

Посëе износа профиëя АШК на у÷астке AB еãоповора÷иваþт вокруã оси O на уãоë, опреäеëяеìыйпо форìуëе

α = arcsin

и проäоëжаþт øëифование.Собëþäение указанных кинеìати÷еских усëо-

вий как при наружноì (рис. 2, а), так и при внут-реннеì (рис. 2, б) круãëоì øëифовании обеспе-÷ивает сëеäуþщее. АШК øëифует не всей пе-риферийной поверхностüþ, а ëиøü небоëüøиìу÷асткоì AB, поэтоìу сна÷аëа изнаøивается тоëü-ко этот у÷асток, посëе ÷еãо поворотоì АШК на

1V

H1

D 1

+

2

H2

D2

A1

A2

D3S

–

3

4

1 2 3 4

B2

B1

Рис. 1. Схема контактно-эрозионного профилированияалмазного шлифовального круга составным дисковым ЭИ

2R r t–+( )2

r2

–[ ] r2

r t–( )2

–[ ]2R R r t–+( )

---------------------------------------------------------------


уãоë α в работу ввоäится äруãой, еще неизноøен-ный у÷асток, затеì — сëеäуþщий и т. ä. Такиìобразоì, кажäый новый у÷асток явëяется каëиб-руþщиì относитеëüно преäыäущеãо изноøенноãоу÷астка. Это обеспе÷ивает äостато÷но высокуþ иоäинаковуþ то÷ностü боëüøой партии обработан-ных äетаëей без äопоëнитеëüноãо профиëирования(восстановëения профиëя) АШК, способствуя теìсаìыì снижениþ расхоäа аëìазов.

Кроìе тоãо, äëя уìенüøения расхоäа аëìазовизноøенные у÷астки профиëя АШК ìожно испоëü-зоватü при преäваритеëüноì øëифовании, при÷еììноãократно и с посëеäоватеëüной заìеной боëее

изноøенных у÷астков ìенее изноøенныìи. Приэтоì общуþ ãëубину øëифования заäаþт не боëеевысоты профиëя, оставøеãося на øëифуþщеì у÷а-стке АШК.

Рассìотренный.способ øëифования ìожноосуществëятü и ìетоäоì контактно-эрозионноãоøëифования (АШК — аноä, заãотовка — катоä).


1. Чачин В. Н., Дорофеев В. Д. Профиëирование аë-ìазных øëифоваëüных круãов. Минск: Наука и техника,1974. 160 с.

2. Ящерицын П. И., Дорофеев В. Д., Пахалин Ю. А.

Эëектроэрозионная правка аëìазно-абразивных инстру-ìентов. Минск: Наука и техника, 1981. 232 с.

3. Bakhtiarov Sh. A. Improvement of contact erosiondressing of diamond wheels with an end working surface //Soviet Engineering Research. 1987. V. 7. N 12. P. 56, 57.

4. Бахтиаров Ш. А. Контактно-эрозионная правкааëìазных круãов // Автоìатизаöия и совреìенные тех-ноëоãии. 2003. № 12. С. 9—11.

5. А. с. 1815039 СССР: МКИ5 В 23 Н 7/00. Способконтактно-эрозионноãо профиëирования аëìазныхкруãов.

6. Бахтиаров Ш. А., Волков В. В. Повыøение эф-фективности контактно-эрозионноãо профиëированияаëìазных круãов и аëìазноãо профиëüноãо øëифова-ния // Вестник ìаøиностроения. 2010. № 6. С. 71—73.

7. Бахтиаров Ш. А. Контактно-эрозионная правкааëìазных торöовых круãов // Автоìатизаöия и совре-ìенные техноëоãии. 2002. № 1. С. 25—27.

8. Бахтиаров Ш. А. Повыøение эффективности кон-тактно-эрозионной правки аëìазных круãов на ìетаëëи-÷еских связках // Вестник ìаøиностроения. 2008. № 1.С. 45—47.

9. Пат. 2055717 Рос. Федерации: МПК6 В 24 В 1/00,В 23 Н 7/00. Способ øëифования.

10. Bakhtiarov Sh. A. Improvement of diamond electro-erosion grinding // Russian Engineering Research. 1995.V. 15. N. 12. P. 84—85.

11. Бахтиаров Ш. А. Повыøение стойкости профиëяаëìазных круãов // СТИН. 1994. № 8. С. 37, 38.

12. Пат. 2014183 Рос. Федерации: МПК6 В 23 Н 7/00.Способ эëектроэрозионной правки аëìазных круãов наìетаëëи÷еских связках.

13. А. с. 1742038 СССР: МКИ5 В 24 В 1/00. Способпрофиëüноãо øëифования.

14. Бахтиаров Ш. А., Тудоска А. Г. Аëìазное про-фиëüное øëифование // СТИН. 2006. № 9. С. 37, 38.

1

VR

h

О1 О

a)α

t

r

2

S

B

A О2

S

б)

t

r

V

O2 O1 O

A

B

α

h

R

2

1

Рис. 2. Схемы наружного (а) и внутреннего (б) круглогопрофильного алмазного шлифования

ÂÍÈÌÀÍÈÞ ÏÎÄÏÈÑ×ÈÊÎÂ ÆÓÐÍÀËÀ

"ÂÅÑÒÍÈÊ ÌÀØÈÍÎÑÒÐÎÅÍÈß"

Ïîäïèñêà íà æóðíàë ïðèíèìàåòñÿ ïî êàòàëîãàì:

"Ðîñïå÷àòü" — èíäåêñ 70120;

"Ïðåññà Ðîññèè" — èíäåêñ 27841;

"Ïî÷òà Ðîññèè" — èíäåêñ 60264.


ÒÅÕÍÎËÎÃÈß ÌÀØÈÍÎÑÒPÎÅÍÈß

УДК 621.9.02

А. А. ФОМИН, канä. техн. наук (Вëаäиìирский ГУ), e-mail: [email protected]

Ñíèæåíèå óðîâíÿ âèáðàöèè èíñòðóìåíòàïðè ôàñîííîì ôðåçåðîâàíèè ãîðáûëÿ

Территория Российской Феäераöии боãата ëе-соì, оäнако äанные прироäные ресурсы испоëüзу-þтся крайне неэффективно. Боëüøой объеì ëе-созаãотовок реаëизуется по низкиì öенаì, ÷то, в÷астности, обусëовëено отсутствиеì высокопроиз-воäитеëüноãо оборуäования и эффективной техно-ëоãии ãëубокой переработки ëеса, в тоì ÷исëе круп-нокусковых отхоäов, наприìер ãорбыëя. В связи сэтиì первостепенной заäа÷ей явëяется созäаниеäëя оте÷ественной ëесозаãотовитеëüной проìыø-ëенности äеревообрабатываþщих станков, инстру-ìентов, пото÷ных и автоìати÷еских ëиний, обес-пе÷иваþщих ка÷ественнуþ ãëубокуþ и коìпëекс-нуþ переработку ëеса и ìиниìизаöиþ отхоäов.

В России объеì отхоäов в äеревообрабатываþ-щеì произвоäстве оãроìен. Так, ãорбыëü составëя-ет 6ј12 % от объеìа äеëовой äревесины. Ежеãоäнона ëесоперерабатываþщих преäприятиях страныобразуется боëее 5 ìëн ì3 ãорбыëя. Дëя обработкиãорбыëя приìеняþт спеöиаëüные станки äëя про-äоëüноãо пиëения боëüøих кусков на äоски с об-резкой боковых кроìок, станки äëя фрезерованиянеокоренной ÷асти ãорбыëя с обрезкой боковыхкроìок. Первые оставëяþт посëе раскроя зна÷и-теëüные отхоäы, в тоì ÷исëе ãорбыëü ìенüøих раз-ìеров. Испоëüзуеìые фрезерно-пиëüные станки необеспе÷иваþт автоìати÷ескоãо изìенения режи-ìов обработки в зависиìости от усëовий резания(зна÷итеëüные перепаäы припуска, тверäости об-рабатываеìоãо ìатериаëа), ÷то привоäит к высо-коìу расхоäу эëектроэнерãии при обработке, ìа-териаëüныì потеряì, снижениþ ка÷ества обрабо-

танных поверхностей, а иноãäа и к аварийныìситуаöияì, связанныì с выбросоì заãотовки иззоны обработки.

В связи с выøеизëоженныì поставëена заäа÷а —разработатü ресурсосбереãаþщуþ техноëоãиþ об-работки ãорбыëя и станка с систеìой автоìати÷е-скоãо управëения (САУ). Дëя этоãо потребоваëасüразработка аëüтернативных техноëоãи÷еских схеìобработки ãорбыëя с позиöии устой÷ивоãо базиро-вания заãотовки при обработке. В резуëüтате ана-ëиза äëя реаëизаöии выбрана схеìа, при которойсна÷аëа выпоëняется фрезерование неокореннойкривоëинейной поверхности, а затеì обрезка не-ровных боковых кроìок. В ка÷естве направëяþщейтехноëоãи÷еской базы выбрана образуþщая неоко-ренной поверхности, а в äаëüнейøеì — образуþ-щая фрезерованной поверхности ãорбыëя, ÷то обес-пе÷ивает наибоëüøуþ протяженностü направëяþ-щей базы и уìенüøает перекосы заãотовки приобработке.

Преäставëенная на рис. 1 схеìа обработки ãор-быëя [1] реаëизована в станке, общий виä котороãопривеäен на рис. 2, а еãо рабо÷ая зона — на рис. 3.Станок оснащен систеìой автоìати÷ескоãо управ-

Ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèÿ óðîâíÿ âèáðà-öèè ðåæóùåãî èíñòðóìåíòà ïðè ôðåçåðîâàíèè ôàñîí-íûõ çàãîòîâîê ñ íåîäíîðîäíûìè ñâîéñòâàìè, ïðåäëî-æåíû ïóòè ñíèæåíèÿ âèáðàöèè.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: òåõíîëîãè÷åñêàÿ ñèñòåìà, äèíà-ìè÷åñêîå âîçäåéñòâèå, ôðåçåðîâàíèå, êîëåáàíèÿ, øïèí-äåëü, îñü.

Analysis of machining tool vibration level when cuttingshaped blanks having variegated properties were present-ed. Procedures lowering vibration were offered.

Keywords: manufacturing system, dynamic force, cut-ting, vibrations, spindle, axis.

X

5

4

6

7

1

8

9

10

2

11

12

3

Y

Z

Fпр

Fпр

Fпр

Fпр

ωр

ωр

ωр

Ds

ωр

Dr2

Dr1

Рис. 1. Схема обработки горбыля:1 — ãорбыëü; 2 — фреза; 3, 4 — äисковые пиëы; 5—8 — при-жиìные роëики спеöиаëüноãо профиëя; 9—12 — поäаþщиезуб÷атые ваëüöы


ëения ìощностüþ фрезерования путеì изìененияскорости рабо÷ей поäа÷и заãотовки, в основе кото-рой ëежит ПИ-закон реãуëирования, обеспе÷иваþ-щий стабиëüное функöионирование при перепаäахãëубины резания äо 15 ìì, ÷то соответствует фак-ти÷ескоìу äиапазону припуска ãорбыëя. Эффек-тивностü реãуëирования скорости рабо÷ей поäа÷иповыøается с уìенüøениеì припуска, а саìо ре-ãуëирование незна÷итеëüно вëияет на произвоäи-теëüностü обработки заãотовок с припускоì боëее30 ìì. Техни÷еские реøения, найäенные при соз-äании станка, защищены патентаìи [2—5].

При фрезеровании ãорбыëя на режущий инст-руìент äействует переìенная наãрузка (рис. 4, а),÷то обусëовëено неравноìерной тоëщиной уäа-ëяеìоãо сëоя 2 ãорбыëя 1 и наëи÷иеì су÷ков 3(рис. 4, б). Структурная неоäнороäностü обрабаты-ваеìоãо ìатериаëа также явëяется при÷иной зна-÷итеëüноãо изìенения сиëы резания вäоëü режу-щеãо ëезвия инструìента. В осевой пëоскости фре-зы 4 резуëüтируþщая сиëа F резания составëяет сосüþ вращения инструìента уãоë >90° из-за не-равноìерноãо припуска иëи попаäания в зону об-работки су÷ков. Всëеäствие этоãо появëяется пе-ререзываþщая составëяþщая Fz сиëы резания,направëенная параëëеëüно оси инструìента и äей-ствуþщая на поäøипники øпинäеëя фрезы и тех-ноëоãи÷ескуþ систеìу в öеëоì. Сиëа Fz сìещаетзаãотовку в попере÷ноì направëении, ÷то приво-äит к поãреøностяì форìы изäеëия — откëонениþот öиëинäри÷ности фрезерованной фасонной по-верхности 5.

В проöессе обработки ãорбыëя 1 (рис. 5, а), пе-реìещаþщеãося поступатеëüно в направëении про-äоëüной поäа÷и DS, на фасоннуþ фрезу 2, вращаþ-щуþся вокруã своей оси по стреëке Dr, äействуетсиëа резания, составëяþщие которой обусëовëеныразнороäностüþ обрабатываеìоãо ìатериаëа.

Суììарная ãëубина резания при фасонноì фре-зеровании иìеет виä:

t = t1 + t2, (1)

ãäе t1 — ãëубина резания при снятии основноãо ìа-териаëа-äревесины; t2 — ãëубина резания при сня-

тии коры.Чисëо режущих зубüев фрезы — Z.

Они равноìерно распоëожены поокружности с øаãоì ϕZ = 2π/Z. Зуб 3на÷инает резание в то÷ке A, при ãëу-бине резания t = 0 в те÷ение вреìени

τ = ε/ω, (2)

ãäе ε = ε1 + ε2 — öентраëüный уãоë,соответствуþщий äуãе AC контактазуба 3 фрезы с заãотовкой, раä;ω = πn/30 — уãëовая скоростü фрезы,раä/с; n — ÷астота вращения фрезы,ìин–1.

Наãрузка на

режущуþ кроìку

1 3

2 54

Dr

a) б)

Fz

Fy F

y

z

Рис. 4. Этапы нагружения режущего инструмента при снятии несимметрич-ного припуска (а) и поперечное сечение горбыля (б)

4

1

5 2 3

1

2

3

7

5 4 6

Рис. 2. Общий вид станка:1 — станина; 2 — привоä вертикаëüноãо переìещения суппортафрезы; 3 — бëок управëения; 4 — коãтевая защита; 5 — эксãау-стерная систеìа уäаëения отхоäов при фрезеровании

Рис. 3. Рабочая зона станка:1 — прижиìные роëики первоãо у÷астка; 2, 6 – поäаþщие ваëü-öы; 3 — фреза; 4 — äисковые пиëы; 5 — раскëиниваþщие но-жи; 7 — прижиìные роëики


Дуãа AC состоит из äуã AB и BC; первая соответ-ствует обработке основноãо ìатериаëа с ãëубинойрезания t1, вторая — обработке коры с ãëубиной ре-зания t2, так как кора отëи÷ается по обрабатывае-ìости от основноãо ìатериаëа ãорбыëя.

Вреìя резания на у÷астках AB и AC соответст-венно τ1 = ε1/ω и τ2 = ε2/ω. Из-за разной тверäо-сти основноãо ìатериаëа и коры сиëы резания(Py1, Py2, Pz1, Pz2) на у÷астках AB и BC буäутразныìи, как и их уãëовые коорäинаты: 0,5ε1 и(ε1 + 0,5ε2).

Гëубины резания t1 и t2 зависят от возраста äе-рева и суììарной ãëубины резания. Тверäостü ко-ры зна÷итеëüно ìенüøе тверäости основной äре-весины, поэтоìу при t1 = t2 сиëы Py1 и Pz1 всеãäабоëüøе сиë Py2 и Pz2. Сëеäоватеëüно, при ÷ерновойобработке ãорбыëя составëяþщиìи Py2 и Pz2 сиëырезания ìожно пренебре÷ü и у÷итыватü ëиøü си-ëы Py1 и Pz1.

Опреäеëиì зависиìости, позвоëяþщие устано-витü сиëы Py1 и Pz1 и ÷астоту их изìенения в про-öессе фасонноãо фрезерования ãорбыëя. При ÷ер-новоì фрезеровании ãëубина резания составëяет15ј20 ìì, при этоì в контакте с заãотовкой оäно-вреìенно ìоãут нахоäитüся оäин иëи äва зуба. По-этоìу при анаëизе сиë резания сëеäует рассìатри-ватü оба сëу÷ая контактноãо взаиìоäействия инст-руìента с заãотовкой.

Есëи в контакте с заãотовкой нахоäится оäно-вреìенно нескоëüко режущих ëезвий, то с кажäыìвхоäоì ëезвия в заãотовку происхоäит уäар, оäнакоэнерãия уäара в этоì сëу÷ае буäет зна÷итеëüноìенüøе, ÷еì при поо÷ереäной работе кажäоãо зубафрезы. Это объясняется теì, ÷то при резании оä-новреìенно нескоëüкиìи зубüяìи сиëа резаниязна÷итеëüно боëüøе, при этоì техноëоãи÷ескаясистеìа работает с бо ´ëüøиì наãружениеì и ìенее÷увствитеëüна к изìенениþ внеøней наãрузки врезуëüтате выхоäа оäноãо режущеãо зуба из контак-та с заãотовкой. При оäновреìенноì контакте с за-ãотовкой нескоëüких режущих зубüев уровенü виб-

раöии техноëоãи÷еской систеìы(при äруãих равных усëовиях обра-ботки) буäет ìенüøе, ÷еì при по-о÷ереäноì контакте кажäоãо зуба.

Частота внеøнеãо äинаìи÷еско-ãо возäействия, обусëовëенноãо из-ìенениеì сиëы резания, не зависитот ÷исëа режущих ëезвий, оäновре-ìенно нахоäящихся в контакте сзаãотовкой, и равна f1 = Zn/60. По-скоëüку тоëщина срезаеìоãо сëоязаãотовки изìеняется от 0 äо amax,то в проöессе резания увеëи÷ива-þтся составëяþщие Py1 и Pz1 сиëырезания от нуëя äо Py1max и Pz1maxпри контакте с заãотовкой оäноãорежущеãо ëезвия. Есëи в контакте

нахоäятся оäновреìенно нескоëüко зубüев, то со-ставëяþщие сиëы резания изìеняþтся от Py1min иPz1min äо Py1max и Pz1max.

Так как обработка с оäновреìенныì контактоìнескоëüких зубüев фрезы преäпо÷титеëüнее, то вëþбоì интерваëе вреìени составëяþщие сиëы ре-зания иìеþт виä:

Pyi = Py0 + ΔPy; (3)

Pzi = Pz0 + ΔPz, (4)

ãäе Py0 и Pz0 — постоянные составëяþщие сиëы ре-зания при непрерывноì контакте оäноãо иëи не-скоëüких зубüев без у÷ета затупëения инструìента;ΔPy и ΔPz — переìенные составëяþщие сиëы реза-ния, обусëовëенные вхоäоì и выхоäоì из контактас заãотовкой оäноãо зуба.

Наибоëее äинаìи÷ныì режиìоì фрезерованияãорбыëя явëяется обработка с поо÷ереäной рабо-той и выхоäоì оäноãо режущеãо зуба из контакта сзаãотовкой. В этоì сëу÷ае в выражениях (3) и (4)постоянные составëяþщие Py0 = Pz0 = 0, и оста-þтся тоëüко составëяþщие ΔPy и ΔPz, изìеняþ-щиеся с ÷астотой Zn/60.

Поскоëüку Py0 и Pz0 вызываþт в техноëоãи÷е-ской систеìе упруãие переìещения оси øпинäеëяпо осяì Y и X соответственно и восприниìаþтсясиëаìи упруãости, то при ìоäеëировании про-странственных вибропереìещений оси øпинäеëяPy0 и Pz0 ìожно не у÷итыватü.

При фасонноì фрезеровании ãорбыëя сиëы ре-зания изìеняþтся сëеäуþщиì образоì:

1) Pyi = Py0 + ΔPy при 0 < τ m ;

Pyi = Py0 при < τ m ;

2) Pyi = Py0 + ΔPy

при < τ m /ω;

ε1 ε2+( )

ω----------------

ε1 ε2+( )

ω---------------- 2π

Zω------

2πZω------ 2π

Z----- ε1 ε2+( )+⎝ ⎠⎛ ⎞

ϕ z =

2π/z

y

2Dr

3

Pz1 Py1 Py2

Pz2

x

A B

C

1

t 1t 2

t

a) б)

ε1

ε 2

ε

y

x

1

2

3

Pz Py

O

ω

B

Рис. 5. Схема составляющих силы резания, действующей на фасонныйинструмент при встречном фрезеровании горбыля


Pyi = Py0 при /ω < τ m ;

3) Pyi = Py0 + ΔPy

при < τ m /ω;


4) Pyi = Py0 + ΔPy

при < τ m /ω;


5) Pyi = Py0 + ΔPy

при < τ m /ω; (5)

Pyi = Py0 + ΔPy

при < τ m /ω;

Pyi = Py0 при /ω < τ m , (6)

ãäе K — ноìер öикëа "резание—нерабо÷ее состоя-ние".

Зная закон изìенения составëяþщих Pyi и Pzi,ìожно опреäеëитü траекториþ øпинäеëя с инстру-ìентоì, оäнако ÷тобы установитü коëи÷ественныеи ка÷ественные показатеëи вибраöионноãо про-öесса нет необхоäиìости в реøении сëожной сис-теìы äифференöиаëüных уравнений.

Дëя упрощения описания вибропереìещенийãеоìетри÷ескоãо öентра фрезы (рис. 5, б, то÷ка O)поä äействиеì сиëы резания не буäеì у÷итыватü по-ворот оси øпинäеëя, рассìотриì äвижение в пëос-кости XZ. Составëяþщуþ сиëы резания (Pz0 + Pz)не у÷итываеì, поскоëüку она сëабо вëияет на фор-ìирование обрабатываеìой фасонной поверхности.

С у÷етоì принятых äопущений систеìа äиффе-ренöиаëüных уравнений, описываþщих äвижениеöентра O по осяì X и Y, иìеет виä:

M1 + k + dx = –(Py0 + ΔPy)sin ; (7)

M1 + k + cy = (Py0 + ΔPy)cos , (8)

ãäе сиëа резания (Py0 + ΔPy) изìеняется в соответ-ствии с выражениеì (5) иëи (6); M1 — привеäеннаяìасса фрезы и консоëüной ÷асти øпинäеëя; d, c —жесткостü øпинäеëüноãо узëа соответственно поосяì X и Y.

Исхоäные äанные äëя рас÷ета: M1 = 12 кã;Py0 = 0; ΔPy = 30; 40; 50; 60 Н; (ε1 + ε2) = π/6;

ω = 500 раä/с; Z = 2; 4; 6; 8; 10; c0 = 5•106 Н/ì;

d0 = 3,5•106 Н/ì; k = 15•103 Н•с/ì; l = 0,35 ì;B = 0,3 ì; f = 0,17 ì.

На÷аëüные усëовия: τ = 0, x0 = –5,9•10–6 ì;

y0 = 11,3•10–6 ì; = = 0; = = 0;

øаã рас÷ета Δτ = 0,00628; 0,00314; 0,0021; 0,00157;0,001256 с äëя ÷исеë зубüев фрезы соответственно2; 4; 6; 8 и 10.

Соответствие вреìени еäини÷ноãо резания с ÷ис-ëоì режущих зубüев фасонной фрезы: τZ = 0,00628 спри Z = 2; τZ = 0,00314 с при Z = 2; τZ = 0,0021 спри Z = 2; τZ = 0,00157 с при Z = 2; τZ = 0,001256 спри Z = 2.

Вреìя еäини÷ноãо резания зубоì нахоäиì извыражения

τε = . (9)

Вреìя поворота фрезы на öентраëüный уãоë, со-ответствуþщий окружноìу øаãу зубüев, иìеет виä:

τZ = . (10)

С у÷етоì уравнений (5), (7) и (8) построенывынужäенные переìещения öентра O фрезы поääействиеì раäиаëüной составëяþщей сиëы реза-ния (Py0 + ΔPy), при этоì ãëавнуþ составëяþщуþ(Pz0 + ΔPz) не у÷итываëи, поскоëüку она вызываеткрутиëüные коëебания и на коëебания в раäиаëü-ноì направëении вëияет сëабо.

То÷ка 1 на рис. 6 соответствует исхоäноìу по-ëожениþ öентра O, коãäа вес øпинäеëüноãо узëакоìпенсируется стати÷ескиìи упруãиìи переìе-щенияìи øпинäеëя. Посëе еäини÷ноãо резания за

2πZ----- ε1 ε2+( )+⎝ ⎠⎛ ⎞ 2 2π⋅

Zω----------

2 2π⋅Zω

---------- 2 2π⋅Z

---------- ε1 ε2+( )+⎝ ⎠⎛ ⎞

2 2π⋅Z

---------- ε1 ε2+( )+⎝ ⎠⎛ ⎞ 3 2π⋅

Zω----------

3 2π⋅Zω

---------- 3 2π⋅Z

---------- ε1 ε2+( )+⎝ ⎠⎛ ⎞

3 2π⋅Z

---------- ε1 ε2+( )+⎝ ⎠⎛ ⎞ 4 2π⋅

Zω----------

4 2π⋅Zω

---------- 4 2π⋅Z

---------- ε1 ε2+( )+⎝ ⎠⎛ ⎞

.

.

.

K 1–( )2πZω

------------------ K 1–( )2πZ

------------------ ε1 ε2+( )+⎝ ⎠⎛ ⎞

K2πZ

-------- ε1 ε2+( )+⎝ ⎠⎛ ⎞ K2π

Zω--------

d2x

dt2

------- dx

dt----

ε1 ε2+

2------------⎝ ⎠⎛ ⎞

d2y

dt2

------- dy

dt----

ε1 ε2+

2------------⎝ ⎠⎛ ⎞

dx

dt---- dy

dt---- d

2x

dt2

------- d2y

dt2

-------

ε1 ε2+

ω------------

2πωZ------

15

1

10

5

–5 0 5 Xc, 10–6 ì

3

5

6

4

2

–5

–10

Yc, 10–6 ì

ε1 +

ε2

Рис. 6. Траектории фасонной фрезы при резании


вреìя τε = 7•10–4 с öентр O сìещается в то÷ку 2,äаëее сëеäует нерабо÷ее состояние проäоëжитеëü-ностüþ

τo = (11)

и öентр O оказывается в то÷ке 3. При второì реза-нии он переìещается в то÷ку 4, äаëее опятü нера-бо÷ее состояние и переìещение в то÷ку 5, посëетретüеãо резания öентр O оказывается в то÷ке 6. Та-киì образоì, то÷ка O переìещается в пëоскостиXcYc поä уãëоì (ε1 + ε2).

В резуëüтате кратковреìенноãо еäини÷ноãо ре-зания и снятия ìãновенной сиëовой наãрузкиøпинäеëüный узеë с фасонной фрезой испытываетуäарнуþ наãрузку сиëой

S = (Py + ΔPy)dτ. (12)

Посëе этоãо äействуþт восстанавëиваþщие уп-руãие сиëы со стороны øпинäеëя, которые приво-äят к свобоäныì коëебанияì øпинäеëüноãо узëа вте÷ение вреìени

τc = , (13)

c1 — жесткостü øпинäеëя в попере÷ной пëоскостифрезы.

С увеëи÷ениеì ÷исëа зубüев фрезы в соответст-вии с выражениеì (10) вреìя τZ, за которое про-исхоäит поворот фрезы на оäин зуб, уìенüøаетсяãипербоëи÷ески. Осü øпинäеëя всëеäствие сво-боäных коëебаний переìещается на веëи÷ину a2,которая опреäеëяет уровенü вибраöии систеìы.Поскоëüку τZ зависит от Z, то при про÷их равныхусëовиях вреìя свобоäноãо коëебания äо сëеäуþ-щеãо резания буäет разëи÷ныì, сëеäоватеëüно, ÷еìбоëüøе ÷исëо зубüев, теì ìенüøе аìпëитуäа сво-боäных коëебаний: a2 > a4 > a6 > a10.

На рис. 7 показаны äвижения øпинäеëя с у÷е-тоì собственных коëебаний при разныхзна÷ениях Z. Отрезок OA соответствует уп-руãой äефорìаöии оси фрезы, вызваннойуäарной сиëой S, которая опреäеëяется вы-ражениеì (12). Это вызывает коëебания вте÷ение вреìени τ по затухаþщей синусоиäе1 (рис. 7, а) с периоäоì τc.

По исте÷ении вреìени τZ происхоäит вре-зание о÷ереäноãо зуба, при этоì осü øпинäе-ëя из то÷ки B переìещается в то÷ку D. ПриZ = 2 вреìя свобоäных коëебаний ìакси-ìаëüно, при Z = 4ј10 это вреìя ìенüøе,еãо ìиниìаëüное зна÷ение τZ = 0,001256 спри Z = 10. Поскоëüку ÷астота собственныхкоëебаний øпинäеëüноãо узëа не зависит от÷исëа зубüев фрезы, а вреìя τZ уìенüøаетсяс увеëи÷ениеì Z, то уìенüøается и вреìясвобоäных коëебаний, т. е. упруãоãо восста-новëения. Это привоäит к тоìу, ÷то инерöи-онная ìехани÷еская систеìа (øпинäеëüныйузеë с фрезой) не успевает упруãо восстано-витüся äо первона÷аëüноãо состояния; про-исхоäит сëеäуþщий уäар, привоäящий к уп-руãой äефорìаöии, ÷то снижает уровенüвибраöии øпинäеëüноãо узëа (сì. рис. 7).

Такиì образоì, иссëеäования показаëи,÷то поä äействиеì изìеняþщейся во вреìе-ни сиëы резания инструìент соверøает вы-нужäенные коëебания в направëении, пер-пенäикуëярноì обрабатываеìой поверхно-сти, которые со÷етаþтся со свобоäныìикоëебанияìи, обусëовëенныìи проöессоìеãо упруãоãо восстановëения при отсутст-вии резания. Чеì выøе ÷астота вынужäен-ной сиëы, теì ìенüøе вреìя упруãоãо вос-становëения оси режущеãо инструìента, асëеäоватеëüно, ìенüøе вреìя свобоäныхкоëебаний, ÷то привоäит к снижениþ обще-

2πω ε1 ε2+( )Z–

ωZ--------------------------------

0

τε

∫

c1/M1

Рис. 7. Вынужденные и собственные колебания шпиндельного узла синструментом при резании фрезами с разным числом зубьев

(tc = 0,01 с, te= 7•10–4 с):

а — Z = 2, τZ = 0,00628 с; б — Z = 4, τZ = 0,00314 с; в — Z = 6,τZ = 0,0021 с; г — Z = 10, τZ = 0,001256 с

06,28 12,56

18,84

τувА

1 В

D

E F

G

a)

τ, 10–3 cτуäτс

τz

a2

τz

τув

τуä

a4

D F

GEВ0

τ, 10–3 c

б)

1

А

τ, 10–3 c

в)

GEВ

D FА

01

τz τуä τув

a6

2,1 4,2 6,3 8,4

τ, 10–3 c

г)

τуä τув τz

a10

10

1,26 3,762,52 5,00

3,14


УДК 621.9.06

Совреìенное ìаøинострое-ние отëи÷ается ìноãоноìенкëа-турностüþ и ÷астой сìеной вы-пускаеìых изäеëий. Выпуск кон-структивно сëожной проäукöиизна÷итеëüно уäëиняет öикë про-извоäства. В связи с этиì возрас-таþт требования к сокращениþсроков техноëоãи÷еской поäãо-товки стано÷ных систеì, способ-ных ìобиëüно и оперативно пе-рестраиватüся на выпуск новойпроäукöии [1]. К такиì систе-ìаì относятся автоìати÷ескиеëинии (АЛ).

Основные вопросы, которыенеобхоäиìо реøитü äëя АЛ, —это проãнозирование их произво-äитеëüности на стаäиях проекти-рования и экспëуатаöии, выбороптиìаëüной структурной коì-поновки, разäеëение ëиний нау÷астки с построениеì ìноãо-пото÷ных структур, опреäеëениеоптиìаëüной вìестиìости нако-питеëей ìежäу у÷асткаìи и ихразìещение на ëинии, опреäеëе-ние необхоäиìоãо ÷исëа наëаä-

÷иков, выбор систеìы управëе-ния и äр. [2—9].

Коìпëексная автоìатизаöияпозвоëяет повыситü произвоäи-теëüностü труäа, ка÷ество выпус-каеìой проäукöии, сократитüсрок изãотовëения изäеëий. Ос-новныìи фактораìи повыøенияпроизвоäитеëüности труäа явëя-þтся: автоìатизаöия обработкина кажäоì станке, в тоì ÷исëес приìенениеì вы÷исëитеëüнойтехники; оснащение станков за-ãрузо÷но-разãрузо÷ныìи и транс-портныìи устройстваìи, напри-ìер проìыøëенныìи роботаìи.

Повыøение ка÷ества выпус-каеìой проäукöии обеспе÷ивает-ся выбороì оптиìаëüных усëо-вий ìноãоинструìентаëüной об-работки, испоëüзованиеì ка÷ест-венных заãотовок; оснащениеìстанков автоìати÷ескиìи кон-троëüныìи и äиаãности÷ескиìиприбораìи, преäотвращаþщиìивыпуск бракованных изäеëий [10].

Дëя ìехани÷еской обработкина о÷ереäной позиöии необхоäи-

ìо выбратü конкретное реøениеиз нескоëüких аëüтернативных,принятиþ котороãо способствуетсуществование инструìентаëüныхбëоков (ИБ). Обработку ИБ ìож-но выпоëнятü в ëþбой посëеäо-ватеëüности, наприìер, есëи напоз. 1 испоëüзуþт бëоки Б1 и Б4,то на сëеäуþщей ìожно испоëü-зоватü ëþбуþ пару бëоков: Б2 иБ5, Б2 и Б6, Б3 и Б5, Б3 и Б6 (ри-сунок).

Дëя выбора конкретной парыИБ äëя обработки на той иëииной о÷ереäной позиöии необхо-äиìо выпоëнитü сëеäуþщие тре-бования.

1. Уìенüøитü разниöу ìежäупроизвоäитеëüностяìи позиöийАЛ, у÷итывая при этоì увеëи÷и-вается иëи уìенüøается она отпозиöии к позиöии. Такой у÷етпозвоëит повыситü произвоäи-теëüностü ëинии при расстанов-ке накопитеëей ìежäу у÷асткаìи.В отëи÷ие от ìетоäа упоряäо÷е-ния ИБ по проектной произвоäи-теëüности поставëеннуþ заäа÷уìожно реøитü, есëи распоëожитü

На÷аëо

Б4Б1 Поз. 1

Б6Б5Б3Б2

Окон÷ание

Граф возможного варианта механиче-ской обработки на позиции АЛ

ãо уровня вибраöии øпинäеëüноãо узëа. Поэтоìу äëяснижения вибраöии фасонной фрезы необхоäиìо ис-поëüзоватü фрезы с наибоëüøиì ÷исëоì зубüев.

Анаëиз коëебатеëüных проöессов øпинäеëüно-ãо узëа с инструìентоì важен при ìоäеëированиипроöесса форìирования поëу÷аеìой поверхностии позвоëяет выбратü раöионаëüный режиì фрезе-рования, ÷то повыøает эффективностü и эконо-ìи÷ностü обработки.


1. Пат. 2279973 Рос. Федерации. Способ обработкиãорбыëя.

2. Пат. 44279 Рос. Федерации. Станок äëя обработкиãорбыëя.

3. Пат. 93326 Рос. Федерации. Устройство äëя рас-кроя ãорбыëя.

4. Пат. 95589 Рос. Федерации. Станок äëя перви÷нойобработки ãорбыëя.

5. Пат. 93327 Рос. Федерации. Систеìа автоìати÷е-скоãо реãуëирования ìощности фрезерования.


Ф. Г. АМИРОВ, канä. техн. наук (Азербайäжанский ТУ, ã. Баку),e-mail: [email protected]

Îñîáåííîñòè ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêèíà ïîçèöèÿõ

Ðàññìîòðåíû îñîáåííîñòè ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè íà î÷åðåäíîé ïîçè-öèè ñ öåëüþ âûáîðà êîíêðåòíîãî ðåøåíèÿ èç íåñêîëüêèõ àëüòåðíàòèâíûõ.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: ìåõàíè÷åñêàÿ îáðàáîòêà, èíñòðóìåíòàëüíûå áëîêè,ïðîèçâîäèòåëüíîñòü, ñìàçî÷íî-îõëàæäàþùàÿ æèäêîñòü.

Distinctive features of machining operation at successive position were ana-lyzed for the purpose of choice of specific decision from several alternative ones.

Keywords: machining operation, tooling blocks, output, cutting compound.


ИБ по позиöияì АЛ в соответст-вии с усëовияìи:

| – | → min; (1)

( – )( – ) l 0,(2)

ãäе , , — проектнаяпроизвоäитеëüностü соответст-венно на (i – 1)-й, i-й и (i + 1)-йпозиöиях АЛ. Усëовие (2) — ос-новное и еãо необхоäиìо выпоë-нитü в первуþ о÷ереäü. В сëу÷аеневозìожности еãо выпоëненияпри обработке на о÷ереäной по-зиöии äостато÷но оãрани÷итüсятребованиеì (1). Моäифиöиро-ванный ìетоä упоряäо÷ения ИБпо произвоäитеëüности позвоëя-ет в боëüøей степени сконöен-трироватü бëоки приìерно рав-ной произвоäитеëüности на по-зиöиях, распоëоженных поäряäпо хоäу техноëоãи÷ескоãо проöес-са, ÷то в своþ о÷ереäü äает повы-øение произвоäитеëüности ëи-нии при неизìенноì ÷исëе нако-питеëей ìежäу у÷асткаìи.

2. Миниìизироватü ÷исëо по-зиöий ìехани÷еской обработкив АЛ. Дëя выпоëнения этоãо тре-бования нужно у÷итыватü со-вìестиìостü ИБ при обработке наконкретной позиöии. Так, есëипри обработке на оäной позиöиибëок Б2 совìестиì с бëокаìи Б5и Б6, а бëок Б3 — тоëüко с бëокоìБ5, т. е. бëоки Б3 и Б6 не ìоãуту÷аствоватü в обработке, то обра-ботка тоëüко бëокаìи Б2 и Б5привеäет к испоëüзованиþ äвухоäносторонних станков, реаëи-зуþщих обработку бëокаìи Б3 иБ3. В общеì сëу÷ае необхоäиìостреìитüся к тоìу, ÷тобы у ИБ, невкëþ÷енных в обработку, остава-ëасü возìожностü ìноãосторон-ней обработки соãëасно усëовиþ:

(N *)–1 → max, (3)

ãäе N * — ÷исëо ИБ, не у÷аствуþ-щих в ìехани÷еской обработке

на позиöии; — ÷исëо ИБ

(из ÷исëа N *), с которыìи i-йбëок ìожет параëëеëüно у÷аст-воватü в обработке на оäной по-зиöии.

Миниìаëüное ÷исëо позиöийìехани÷еской обработки ìожноопреäеëитü по критериþ:

F = N + Ѕ

Ѕ (N * – N )–1 → max, (4)

ãäе N — ÷исëо ИБ, у÷аствуþщихв обработке на о÷ереäной пози-öии.

Анаëиз выражения (4) пока-заë, ÷то первое сëаãаеìое увеëи-÷ивается быстрее второãо, ÷тоопреäеëяет преäпо÷титеëüностüìноãосторонней обработки äета-ëи на позиöии боëüøиì ÷исëоìИБ. При выборе из нескоëüкихаëüтернативных вариантов, в ко-торых первые сëаãаеìые крите-рия (4) равны, преäпо÷тение сëе-äует отäатü тоìу, который по-звоëяет испоëüзоватü как ìожнобоëüøе оставøихся ИБ äëя параë-ëеëüной обработки на позиöии. Вэтоì сëу÷ае у÷итывается второесëаãаеìое критерия (4). Особосëеäует рассìатриватü ИБ, кото-рые при обработке на оäной пози-öии не ìоãут со÷етатüся ни с ка-киìи äруãиìи бëокаìи. Такие ИБприìеняþт äëя оäностороннейобработки на позиöии вне зависи-ìости от зна÷ений критерия (4).

3. Миниìизироватü затратына сбор и утиëизаöиþ СОЖ, рас-поëаãая оборуäование, на кото-роì испоëüзуется СОЖ, как ìож-но бëиже äруã к äруãу, т. е. вы-поëнитü усëовие:

( j – i)lilj ↔ min, (5)

ãäе Nc — ÷исëо позиöий в АЛ;i, j — поряäковые ноìера пози-öий; li, lj — параìетры, характе-ризуþщие необхоäиìостü испоëü-зования СОЖ при обработке наi-й и j-й позиöиях (li = 1 соответ-ствует приìенениþ СОЖ на i-йпозиöии, lj = 0 — не приìенениþСОЖ на äанной позиöии).

Дëя повыøения степени уни-фикаöии äетаëей приспособëе-ний äëя базирования и закрепëе-ния заãотовки öеëесообразно ìи-ниìизироватü ÷исëо испоëüзуе-

ìых коìпëектов техноëоãи÷е-ских баз

→ min (6)

и ÷исëо сìен поëожений äетаëи

→ min (7)

Зäесü и — ìножест-

ва коìпëектов техноëоãи÷ескихбаз, испоëüзуеìых на ëинии, и ихìощности; ri — оäин из коìпëек-тов баз, которые ìожно испоëü-

зоватü на i-й позиöии; и

— ìножества поëожений

äетаëи при обработке на АЛ и ихìощности.

Пере÷исëенные требования взна÷итеëüной ìере взаиìосвяза-ны. Так, бываþт ситуаöии, коãäасоãëасно первоìу требованиþ äваИБ ìоãут вести обработку на по-зиöии, но при этоì буäет уìенü-øатüся возìожностü ìноãосто-ронней обработки оставøиìисябëокаìи, ÷то противоре÷ит вто-роìу требованиþ, и наоборот.Анаëоãи÷ные противоре÷ия ìо-ãут возникатü и äëя äруãих партребований.

Эти противоре÷ия ìожно раз-реøитü путеì у÷ета их вëиянияна эффективностü проектируе-ìой ëинии. Практика проектиро-вания АЛ показаëа, ÷то требова-ние (5) ìиниìизаöии затрат насбор и утиëизаöиþ СОЖ с раз-витиеì строитеëüной техники итехноëоãии постепенно утра÷и-вает свое зна÷ение. Без особыхпосëеäствий äëя разрабатываеìо-ãо проекта это требование ìож-но выпоëнитü посëеäниì. То÷-ностü приспособëений и затратына их созäание (стоиìостü кото-рых сравниìа со стоиìостüþ всех÷астей станка) иìеþт реøаþщеезна÷ение äëя ìиниìизаöии ис-поëüзуеìых коìпëектов баз [ус-ëовие (6)]. Поэтоìу при реøениизаäа÷и техноëоãи÷еской обработ-

Qic

Qi 1+c

Qi 1–c

Qic

Qic

Qi 1+c

Qi 1–c

Qic

Qi 1+c

i 1=

N *

∑ fi

N*

⎝ ⎠⎛ ⎞

fi

N*

⎝ ⎠⎛ ⎞

i 1=

N* N–

∑ fi

N N–⎝ ⎠⎛ ⎞

i 1=

NC

1–

∑j i 1+=

NC

∑

i 1=

NC

ric

i 1=

NC

dip

c

i 1=

NC

rici 1=

NC

ric

i 1=

NC

dip

c

i 1=

NC

dip

c


ки на позиöии ìожно поëаãатü,÷то оптиìаëüныì вариантоì на-зна÷ения коìпëекта техноëоãи-÷еских баз из ìножества äопусти-ìых коìпëектов, буäет вариант,выбранный по критериþ (6), ко-торый и буäет первыì по зна÷и-ìости. Вторыì по зна÷иìостиявëяется требование (7) ìиниìи-заöии испоëüзуеìых поëоженийäетаëи, которое кроìе затрат насозäание приспособëений у÷иты-вает и затраты на созäание пово-ротных устройств.

Анаëиз критериев (1) и (2) ìи-ниìуìа потерü потенöиаëüнойпроизвоäитеëüности и критерия(3) ìаксиìуìа испоëüзования ИБпоказаë, ÷то критерий (3) явëяет-ся боëее весоìыì с эконоìи÷е-ской то÷ки зрения, а критерии (1)и (2) при тех же капитаëüныхзатратах позвоëяþт обеспе÷итüбоëüøуþ произвоäитеëüностü АЛ.Раöионаëüный вариант ìожно

поëу÷итü, собëþäая коìпроìиссìежäу указанныìи требования-ìи. При этоì при разработке ìе-хани÷еской обработки на кажäойо÷ереäной позиöии необхоäиìосна÷аëа обеспе÷итü ìноãосто-роннþþ обработку äетаëи в соот-ветствии с критерияìи (1) и (2).


1. Амиров Ф. Г. Общие поëоже-ния созäания перенаëаживаеìых ав-тоìати÷еских стано÷ных систеì //Сборка в ìаøиностроении, прибо-ростроении. 2011. № 7. С. 44—47.

2. Владзиевский А. П., Бело-усов А. П. Основы автоìатизаöиипроизвоäства в ìаøиностроении.М.: Высøая øкоëа, 1974. 352 с.

3. Волчкевич Л. И., Кузне-цов М. М., Усов Б. А. Автоìаты иавтоìати÷еские ëинии. М: Высøаяøкоëа, 1976. 229 с.

4. Султан-заде Н. М. Автоìати-заöия произвоäственных проöессов

(конспект ëекöий). М.: МГУПИ,2003. 160 с.

5. Дащенко А. И., Белоусов А. П.Проектирование автоìати÷еских ëи-ний. М.: Высøая øкоëа, 1983. 328 с.

6. Дымшиц Е. С. Разработка ìе-тоäов рас÷ета наäежности автоìати-÷еских ëиний по заäанныì зна÷ени-яì наäежности их эëеìентов (от÷етпо теìе, этап 3). М.: ЭНИМС, 1964.

7. Черпаков Б. И. Экспëуатаöияавтоìати÷еских ëиний. М.: Маøи-ностроение, 1978. 248 с.

8. Системы автоìатизированно-ãо проектирования техноëоãи÷ескихпроöессов, приспособëений и режу-щих инструìентов / С. Н. Кор÷ак,А. А. Коøин, А. Г. Ракови÷, Б. И. Си-ниöын. М.: Маøиностроение, 1988.352 с.

9. Эршпер Ю. Б. Наäежностü иструктура автоìати÷еских стано÷ныхëиний. М.: Маøиностроение, 1962.179 с.

10. Амиров Ф. Г. Повыøение эф-фективности и обеспе÷ение наäеж-ности автоìати÷еских ëиний //Вестник ìаøиностроения. 2004. № 5.С. 77, 78.

Цикл статей"Проблемы теории механической обработки"

УДК 621.9.04.001.

А. Л. ВОРОНЦОВ, ä-р техн. наук (МГТУ иì. Н. Э. Бауìана), e-mail: [email protected]

Òåîðåòè÷åñêîå îáåñïå÷åíèå òåõíîëîãè÷åñêîé ìåõàíèêè.1. Ïðèíöèïû è ðàçäåëû ìåõàíèêè ñïëîøíîé ñðåäû*

Если ничего не предположишь,то ничего и не получишь.

Л. И. Седов

В посëеäние äесятиëетия в России набëþäаетсязаìетное паäение уровня общей ìатеìати÷ескойпоäãотовки, обусëовëенное прежäе всеãо рефор-ìаìи øкоëüноãо образования. Зна÷итеëüное со-

кращение объеìов изу÷ения иìенно тех разäеëовэëеìентарной ìатеìатики, которые необхоäиìыбуäущиì инженераì и техноëоãаì, автоìати÷ескипривоäит к снижениþ уровня знаний в этой обëас-ти у стуäентов высøих у÷ебных завеäений. Кроìетоãо, бурное развитие вы÷исëитеëüной техники и,соответственно, появëение станäартных пакетоврас÷етных проãраìì, наприìер испоëüзуþщих ìе-тоä коне÷ных эëеìентов (МКЭ), способствуþт ха-ëатноìу отноøениþ у÷ащихся (веäü все и без нихìожет реøитü коìпüþтер) и снижениþ стреìëенияк ãëубокоìу изу÷ениþ инженерно-техни÷еских на-ук, анаëити÷еские построения которых опираþтсяна äостато÷но сëожный ìатеìати÷еский аппарат.Прежäе всеãо это относится к ìеханике спëоøнойсреäы и ее разнообразныì техни÷ескиì приëоже-нияì, äоказатеëüствоì ÷еãо ìоãут, в ÷астности,

Èçëîæåíû ôóíäàìåíòàëüíûå ïðèíöèïû ìåõàíèêèñïëîøíîé ñðåäû è óêàçàíû åå îñíîâíûå ðàçäåëû.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: ìåõàíèêà äåôîðìèðîâàííîãîòâåðäîãî òåëà, ãèïîòåçà ñïëîøíîñòè, íàïðÿæåíèå.

Continuum mechanics fundamental principles were setforth and its primary partitions were specified.

Keywords: strain solid mechanical science, hypothesisof continuity, stress.

* Проäоëжение öикëа сì. "Вестник ìаøиностроения"№ 2 за 2013 ã.



сëужитü нау÷ные разработки автора äанной статüи,опубëикованные в öикëах статей о построении но-вой теории резания (сì. "Вестник ìаøинострое-ния": 2008, № 1—12; 2010, № 1—12; 2011, № 1—7)и о новоì ìетоäе реøения сëожных вариаöионныхзаäа÷ обработки ìетаëëов äавëениеì (сì. "Вестникìаøиностроения", 2012, № 1—6).

Межäу теì актуаëüностü разработки анаëити÷е-ских (т. е. не ÷исëенных, а с вывоäоì рас÷етныхфорìуë) инженерных и техноëоãи÷еских теорийвовсе не снизиëасü, оäнако зна÷итеëüно уìенüøи-ëосü ÷исëо у÷еных и спеöиаëистов, способных ãра-ìотно реøатü поäобные заäа÷и.

Актуаëüностü анаëити÷еских нау÷ных работ обу-сëовëена теì, ÷то в посëеäнее вреìя резко возросëароëü теорети÷еских рас÷етов (и, соответственно, ихнаäежноãо ìатеìати÷ескоãо обеспе÷ения) при про-ектировании техноëоãи÷еских проöессов. В связис быстрыì развитиеì техники, появëениеì новыхспособов обработки ìетаëëов техноëоãи уже нераспоëаãаþт вреìенеì äëя накопëения и обработ-ки практи÷еских äанных. Преäваритеëüная реаëи-заöия проектируеìых проöессов в ëабораторныхусëовиях оказывается поä÷ас неприеìëеìо äоро-ãостоящей, особенно коãäа она не поäкрепëенасоответствуþщиìи проãнозныìи рас÷етаìи. Оäноäеëо — быстро и с ìаëыìи затратаìи уто÷нитü оп-тиìаëüные параìетры проöесса, уже преäсказан-ные теорети÷ески, и совсеì äруãое äеëо — на ощупüискатü эти параìетры экспериìентаëüно при зна-÷итеëüноì ÷исëе возìожных со÷етаний и боëüøоìäиапазоне их изìенения.

Заäа÷а техноëоãа иëи конструктора, спеöиаëи-зируþщеãося в тоì иëи иноì виäе обработки ìе-таëëов, — выбратü оптиìаëüный вариант техноëо-ãии, конструкöиþ инструìента, параìетры обору-äования. Ранüøе äëя этоãо провоäиëи боëüøоекоëи÷ество преäваритеëüных экспериìентов äëяпроверки возìожности осуществëения проекти-руеìоãо техноëоãи÷ескоãо проöесса и опреäеëенияеãо оптиìаëüных параìетров. Сеãоäня ìоäерниза-öия существуþщих и особенно внеäрение новыхтехноëоãи÷еских проöессов обработки затруäненыиз-за необхоäиìости уìенüøения сроков и расхо-äов на поäãотовку произвоäства в связи с жесткойконкуренöией и неäостато÷ностüþ инвестиöий. За-÷астуþ это привоäит к невозìожности изãотовëе-ния экспериìентаëüноãо оборуäования и возраста-ниþ роëи теорети÷еских ìетоäов проектирования,требуþщих существенно ìенüøих затрат. При этоìк то÷ности и наäежности рас÷етных форìуë преäъ-явëяþтся все боëее высокие требования, обусëов-ëенные особенностяìи совреìенных техноëоãи÷е-ских проöессов, наприìер такиìи, как необхоäи-ìостü созäания зна÷итеëüных äефорìируþщих сиëи повыøенная вероятностü разруøения заãотовкипри все боëее øироко испоëüзуеìой ìаëоотхоäной

объеìной øтаìповке, основанной на хоëоäноì äе-форìировании.

От техноëоãа, проектируþщеãо совреìенныйтехноëоãи÷еский проöесс, связанный с пëасти÷е-скиì äефорìированиеì ìетаëëа, требуется уже нетоëüко рас÷етная оöенка энерãосиëовых параìет-ров, знание которых необхоäиìо äëя поäбора ирас÷ета на про÷ностü и жесткостü техноëоãи÷еско-ãо оборуäования, но и оöенка äефорìируеìостиìетаëëа, устой÷ивости еãо пëасти÷ескоãо äефорìи-рования, а также техноëоãи÷еской насëеäственно-сти, выражаþщейся в распреäеëении ìехани÷ескихсвойств ìатериаëа, еãо структуре и ãеоìетри÷ескойто÷ности форìы поëу÷аеìоãо изäеëия.

В настоящее вреìя особое вниìание уäеëяетсяне тоëüко уëу÷øениþ ка÷ества ìетаëëопроäукöии,но и ìаксиìаëüноìу снижениþ энерãети÷еских иìатериаëüных затрат при ее произвоäстве. Важнуþроëü при этоì иãрает äаëüнейøее соверøенство-вание проöессов обработки ìетаëëов, напряìуþзависящее от их проектирования. Разработке тео-рети÷еских ìетоäов опреäеëения оптиìаëüных па-раìетров высокоэффективных совреìенных про-öессов обработки и посвящены анаëити÷еские на-у÷ные работы автора äанной статüи.

В посëеäнее вреìя øироко приìеняется МКЭ,который избавëяет поëüзоватеëей покупных стан-äартных проãраìì от необхоäиìости ãëубокоãо по-ниìания сущности тех иëи иных инженерных рас-÷етов на коìпüþтере. В äанной статüе не буäеìпоäробно останавëиватüся на вопросах то÷ности инаäежности этоãо невероятно попуëярноãо ìетоäа —это буäет сäеëано в сëеäуþщих статüях öикëа. От-ìетиì тоëüко, ÷то инженер иëи техноëоã при ис-поëüзовании МКЭ иìеет äеëо не с описываþщиìипроöесс пëасти÷еской äефорìаöии функöионаëü-ныìи зависиìостяìи, из которых сразу ясно, кактот иëи иной фактор вëияет на важнейøие пара-ìетры техноëоãи÷ескоãо проöесса, а с набороì от-äеëüных ÷исеë, ÷то во ìноãих сëу÷аях затруäняетанаëиз происхоäящих физи÷еских явëений и непозвоëяет без ìноãо÷исëенных пробных рас÷етовопреäеëитü ãëавные вëияþщие факторы и направ-ëенностü их изìенения, которая обеспе÷ивает оп-тиìаëüностü проöесса обработки ìетаëëа.

В преäставëяеìоì öикëе статей автор, буäу÷ипрофессороì кафеäры "Прикëаäная ìеханика" изаниìаясü ìноãо ëет кроìе техноëоãи÷еских про-бëеì прикëаäной ìеханики и теорети÷ескиìи ìе-тоäаìи их реøения, с÷еë öеëесообразныì в пре-äеëüно äоступной äëя пониìания форìе поäеëитüсяс заинтересованныìи ÷итатеëяìи своиìи разìыø-ëенияìи о сути, пробëеìах и ìетоäах ìеханики,поäробно проиëëþстрировав их новыìи спеöиаëü-но разработанныìи реøенияìи заäа÷ теории пëа-сти÷ности (преиìущественно в обëасти обработкиìетаëëов äавëениеì), иìеþщиìи не тоëüко обще-


теорети÷еское, но и прикëаäное зна÷ение. Кроìетоãо, буäет преäставëена инфорìаöия из ìаëоизве-стных труäноäоступных исто÷ников.

Автор буäет с÷итатü своþ заäа÷у выпоëненной,есëи ÷итатеëи со÷тут пубëикуеìое изëожение äо-воëüно сëожных пробëеì и вопросов ìеханики и ееприëожений äостато÷но простыì и äохоä÷ивыì.

Прежäе всеãо öеëесообразно уто÷нитü ряä об-щих понятий, относящихся к теìе этоãо öикëа, по-скоëüку ìноãоëетнее изу÷ение автороì äанноãо во-проса показаëо, ÷то их ÷асто пониìаþт превратно.Не касаясü истории созäания основных понятий ипоëу÷ения уравнений ìеханики äефорìируеìоãотверäоãо теëа, соøëеìся на работы [1, 2] иëи книãу[3, с. 27—112] и перейäеì к непосреäственноìурассìотрениþ вопроса.

Первые попытки созäания теории äефорìируе-ìоãо тверäоãо теëа строиëисü на преäпоëожении осуществовании инäивиäуаëüных ÷астиö типа ато-ìов иëи ìоëекуë, отäеëенных äруã от äруãа неко-торыì расстояниеì и связанных сиëаìи взаиìноãопритяжения иëи оттаëкивания. Есëи бы такуþ тео-риþ уäаëосü äовести äо практи÷ескоãо приìене-ния, то ее сëеäоваëо бы назватü дискретной меха-никой деформируемого твердого тела.

Оäнако äостато÷но быстро стаëо понятно, ÷тона пути нау÷ноãо изу÷ения на основе äискретнойìоäеëи строения тверäоãо теëа стоят искëþ÷итеëü-ные ìатеìати÷еские труäности. А с у÷етоì тоãо,÷то в созäании теории äефорìируеìоãо тверäоãотеëа у÷астие приниìаëи такие веëи÷айøие ìатеìа-тики, как Эйëер, Лаãранж, Коøи, Пуассон, ìожноутвержäатü, ÷то эти ìатеìати÷еские труäности бы-ëи и остаþтся äо настоящеãо вреìени непреоäоëи-ìыìи. Достато÷но напоìнитü, ÷то äаже при ìно-ãо÷исëенных зна÷итеëüных äопущениях, о которыхре÷ü впереäи, äо сих пор не сìоãëи поëностüþ кор-ректно реøитü такуþ сравнитеëüно простуþ заäа÷утеории пëасти÷ности, как пëоская осаäка с трени-еì бесконе÷но äëинной пряìоуãоëüной поëосы.В связи с этиì не прихоäится наäеятüся на кор-ректное реøение в скороì вреìени äанной заäа÷и(не ãоворя уже о боëее сëожных заäа÷ах) с у÷етоìразëи÷ных äискретных особенностей внутреннеãоиëи поверхностноãо строения тверäых теë.

Матеìати÷еские труäности обусëовиëи необхо-äиìостü принятия зна÷итеëüноãо äопущения — пе-рехоäа к ãипотезе о спëоøной (т. е. непрерывной)среäе, в связи с ÷еì появиëосü понятие механики

сплошной среды, называеìой также механикой кон-тинуума (в ìатеìатике континууì озна÷ает непре-рывнуþ совокупностü). Составной ÷астüþ ìехани-ки спëоøной среäы явëяется также ãиäроìеханика,вкëþ÷аþщая в себя и аэроìеханику, оäнако äаëеебуäут рассìотрены тоëüко разäеëы ìеханики, не-посреäственно относящиеся к тверäоìу теëу, т. е.разäеëы ìеханики äефорìируеìоãо тверäоãо теëа.

В поëноì соответствии с ãипотезой спëоøностив континуаëüной ìеханике ãеоìетри÷еские пëощаäирассìатриваеìых се÷ений теëа всеãäа опреäеëяþт впреäпоëожении спëоøноãо (без пустот) запоëнениявеществоì. Так поступаþт, наприìер, при обработ-ке резуëüтатов опытов на простое растяжение, хотяо÷евиäно, ÷то ëþбой образеö всеãäа иìеет как äе-фекты поверхности, так и разëи÷ные äефекты внут-реннеãо строения, привоäящие к наëи÷иþ пустот.Несìотря на то, ÷то äва тверäых теëа из-за разëи÷-ных ìакро- и ìикронеровностей поверхностей прак-ти÷ески никоãäа не соприкасаþтся ìежäу собой повсей поверхности виäиìоãо контакта, в соответст-вии с той же ãипотезой спëоøности äëя характери-стики контакта äвух теë ввоäят понятие номиналь-ной площади контакта — преäпоëаãается наëи÷иеспëоøноãо контакта в преäеëах всей иäеаëüной ãео-ìетри÷еской пëощаäи соприкосновения äвух теë.

Оäнако оперируя с непрерывной среäой, в öе-ëях анаëиза все же ìысëенно теëо äеëят на ìате-риаëüные ÷астиöы, называеìые также бесконе÷ноìаëыìи эëеìентаìи, которые вырезаны произвоëü-но (наприìер в виäе произвоëüно ориентирован-ных пряìоуãоëüных параëëеëепипеäов иëи усе÷ен-ных призì), но всегда предполагается, что ониплотно прилегают друг к другу.

Основопоëаãаþщиì äëя ìеханики явëяется тре-тий закон Нüþтона, соãëасно котороìу действиядвух материальных точек друг на друга равны по ве-личине и противоположны по направлению.

Напоìниì, ÷то ìы øироко испоëüзуеì терìин"напряжение", который в совреìенноì пониìанииввеë в науку Барре äе Сен-Венан: напряжение — этоинтенсивностü ëþбых сиë (внеøних, поверхност-ных и внутренних), характеризуеìая сиëой, прихо-äящейся на еäиниöу пëощаäи их äействия. Не сëе-äует забыватü, ÷то в прироäе естü тоëüко сиëы, анапряжений не существует (вызывает уäивëение,÷то в некоторых нау÷но-техни÷еских статüях обсу-жäается их прироäа). Напряжение — это условноепонятие, спеöиаëüно ввеäенное äëя обëеã÷енияанаëиза и корректное тоëüко в сëу÷ае принятия ãи-потезы спëоøной (т. е. непрерывной) среäы. Прирассìотрении реаëüных ìатериаëов с позиöий ихìоëекуëярной структуры возäействие ìоëекуëы"сфери÷еской" форìы на äруãуþ ìоëекуëу сиëойпритяжения иëи оттаëкивания ÷ерез пустоту уженевозìожно преäставитü в виäе сиëы, возäейст-вуþщей на эëеìент пëощаäки. Ина÷е ãоворя, äëяäискретной ìеханики привеäенная выøе форìу-ëировка понятия "напряжение" неприеìëеìа.

Всëеäствие свойства непрерывности спëоøнойсреäы к ней ìожно приìенитü анаëиз бесконе÷ноìаëых веëи÷ин, т. е. теориþ непрерывных функ-öий, называеìуþ также äифференöиаëüныì и ин-теãраëüныì ис÷исëениеì. Оäно это уже обëеã÷аетрас÷еты, веäü при созäании ìеханики äискретной


среäы потребоваëосü бы испоëüзоватü наìноãо бо-ëее сëожный и неуäобный ìатеìати÷еский аппаратразрывных функöий, вкëþ÷аþщий такие понятия,как функöия Хэвисайäа, знаковая функöия sign,функöия Грина, äеëüта-функöия Дирака, интеãраëСтиëтüеса и äр., которые в общеобразоватеëüныеìатеìати÷еские курсы техни÷еских вузов äаже невкëþ÷ены (автор изу÷аë их саìостоятеëüно в связис интересоì к ìатеìатике). Оäнако и ìатеìати÷е-ский аппарат, необхоäиìый äëя реøения заäа÷ вìеханике спëоøной среäы, во ìноãих сëу÷аях от-ëи÷ается боëüøой сëожностüþ.

Поэтоìу при изу÷ении ìеханики äефорìируе-ìоãо тверäоãо теëа стараþтся ìаксиìаëüно обëеã-÷итü выбор конкретных параìетров и взятых изäруãих наук законов, которые приäется ввоäитü всобственные уравнения и краевые условия: началь-ные, опреäеëяþщие на÷аëüное состояние теëа, играничные, описываþщие вëияние окружаþщихтеë иëи среäы на протекаþщие в рассìатриваеìоìтеëе проöессы. Так, выбираþт äостато÷но простыеìатеìати÷еские описания кривых упро÷нения ìа-териаëов, наибоëее простые законы контактноãотрения (об этоì поäробнее äаëее), способы опре-äеëения коэффиöиентов трения, зависиìости раз-ëи÷ных свойств ìатериаëов от теìпературы, ìно-ãие параìетры приниìаþт постоянныìи в проöес-се äефорìирования и т. ä.

Как писаë веëи÷айøий у÷еный в обëасти ìеха-ники А. А. Иëüþøин, "иäеаëизаöия реаëüноãо те-ëа, нахоäящеãося в опреäеëенных усëовиях, т. е.сохранение за ниì ëиøü основных ìехани÷ескихсвойств и отбрасывание второстепенных, быëа все-ãäа основой ìеханики; äостато÷но вспоìнитü роëüабсоëþтно тверäоãо теëа в äинаìике, иäеаëüнойжиäкости и ãаза в аэроãиäроäинаìике, иäеаëüно уп-руãоãо теëа в строитеëüной ìеханике и äр." [4, с. 7].

Несìотря на боëüøое ÷исëо разнообразных ре-øений, наøеäøих успеøное практи÷еское приìе-нение, быëо бы неправиëüно переоöениватü воз-ìожности и äиапазон испоëüзования ìеханики äе-форìируеìоãо тверäоãо теëа. Ввиäу бесконе÷нойсëожности прироäы и ее неис÷ерпаеìости ëþбоепознание не ìожет охватитü иссëеäуеìый объектпоëностüþ. И на основе ìеханики äефорìируеìо-ãо тверäоãо теëа неëüзя поëу÷итü ответы на вопро-сы, постановка которых принöипиаëüно искëþ÷а-ется принятыми в этой науке ãипотезаìи, принöи-паìи иëи упрощенныìи ìоäеëяìи. Это в первуþо÷ереäü относится к так называеìыì структурнымнапряжениям, зависящиì от истории созäания теëаи реаëüных особенностей еãо внутренней и поверх-ностной структуры.

Нау÷ные äискуссии по ìеханике äефорìируе-ìоãо тверäоãо теëа и ëи÷ный опыт автора показаëи,÷то боëüøе всех критикуþт тех, кто заниìается ìа-теìати÷ескиì обеспе÷ениеì äанной науки, у÷еные,

не поëу÷ивøие ни оäной зна÷иìой в этой обëастифорìуëы, оäнако преäъявëяþщие к иссëеäованияìäруãих повыøенные требования (наприìер, у÷естüатоìарное строение вещества, äисëокаöии, поверх-ностные несоверøенства, уто÷ненные законы кон-тактноãо трения, наибоëее то÷ные законы упро÷-нения и т. ä.) иëи объявëяþщие реøеннуþ заäа÷уабсоëþтно беспоëезной.

В 1950 ã. при Акаäеìии наук СССР состояëосüäискуссионное всесоþзное совещание по вопросуо путях äаëüнейøеãо развития теории пëасти÷но-сти. Повоäоì äëя äискуссии явиëасü опубëикован-ная в 1949 ã. статüя А. А. Иëüþøина, в которой онс позиöий ìехаников сфорìуëироваë основные за-äа÷и теории пëасти÷ности. Мноãие уже успеøнореøенные А. А. Иëüþøиныì новые заäа÷и вызва-ëи неìаëое "нау÷ное" разäражение коëëеã-у÷еных.Наибоëüøее вниìание в этой äискуссии быëо уäе-ëено как раз основноìу ìесту и зна÷ениþ в теориипëасти÷ности ãипотезы о спëоøноì непрерывноìстроении ìатерии. Эта ãипотеза в ìеханике явëя-ется наибоëее уязвиìой и вызывает споры с äавнихвреìен, поскоëüку связана с фиëософскиìи про-бëеìаìи ìирозäания. Так, за нескоëüко веков äонаøей эры состояëся ëеãенäарный спор ìежäу убе-жäенныìи сторонникаìи ãипотезы непрерывностиìатерии Анаксаãороì и Аристотеëеì и таëантëи-выìи преäвестникаìи совреìенной атоìисти÷е-ской теории Деìокритоì и Эпикуроì (ìотивы, ко-торыìи кажäый у÷астник этоãо спора оправäываëсвои воззрения, ìожно найти в известной поэìеТита Лукреöия Кара "О прироäе вещей").

Поскоëüку 60 ëет назаä (как, впро÷еì, и сеãоäня)ни оäин из сторонников "правиëüноãо äискретноãопоäхоäа" не сìоã наäежно спроектироватü ни ко-рабëü, ни ракету, ни высотный äоì, то äискуссия1950 ã. быëа поäытожена такиìи сëоваìи тоãäаø-неãо презиäента Акаäеìии наук СССР С. И. Вави-ëова [5, с. 351]: "Мы тверäо уверены в оøибо÷ностиìнения ìеханистов, но так же, как и они, все жевынужäены поëüзоватüся при изу÷ении ìира поня-тиеì о ÷астиöе — теëе, скорости, сиëе и т. ä.". На-поìниì, ÷то вопреки сëоваì об оøибо÷ности ìне-ния ìеханистов иìенно С. И. Вавиëов указываë наматематическую гипотезу, как на веäущий ìетоäпознания совреìенной физики. Веëикий франöуз-ский ìатеìатик, физик и ìеханик А. Пуанкаре так-же с÷итаë, ÷то законы науки преäставëяþт собойпроизвоëüные соãëаøения (конвенöии), которыеäоëжны сëужитü наибоëее уäобноìу и поëезноìуописаниþ соответствуþщих явëений.

К ãëубокоìу сожаëениþ, ÷ëен-корреспонäентАН СССР А. А. Иëüþøин так никоãäа и не быëизбран акаäеìикоì АН СССР, ÷то несоìненно не-справеäëиво, у÷итывая боëüøое ÷исëо и зна÷иìостüеãо нау÷ных äостижений в обëасти ìеханикиспëоøной среäы [6], которые ëеãëи в основу рож-


äавøейся в ìуках и напаäках ìеханики äефорìи-руеìоãо тверäоãо теëа.

Сеãоäня ìеханика äефорìируеìоãо тверäоãо те-ëа äеëится на äве основные составëяþщие: теориюупругости и теорию пластичности. Приìенитеëüнок инженерныì рас÷етаì она также иìеет äва упро-щенных ответвëения: сопротивëение ìатериаëови строитеëüнуþ ìеханику, которые в этоì öикëестатей рассìатриватüся не буäут. Иноãäа к ìехани-ке äефорìируеìоãо тверäоãо теëа относят и реоло-гию — науку о те÷ении вещества, устанавëиваþ-щуþ общие законы образования и развития вовреìени äефорìаöии этоãо вещества в разëи÷ныхтерìоäинаìи÷еских и физико-хиìи÷еских усëови-ях. Оäнако поскоëüку реоëоãия рассìатривает те-÷ение ëþбоãо вещества (тверäоãо, жиäкоãо, упру-ãоãо, пëасти÷ноãо, вязкоãо и т. ä.), то она, строãоãоворя, явëяется наибоëее общиì саìостоятеëü-ныì разäеëоì ìеханики спëоøной среäы. Эта нау-ка äоëжна отве÷атü на вопрос, каковы äефорìаöиии напряжения в конкретной то÷ке заäанной среäыв опреäеëенный ìоìент вреìени при известных те-кущих параìетрах внеøнеãо возäействия и еãо ис-тории в проøëоì. К реоëоãии относятся, в ÷астно-сти, теории поëзу÷ести и вязкопëасти÷ности, кото-рые зäесü также рассìатриватüся не буäут.

Остановиìся боëее поäробно ëиøü на теориипëасти÷ности как наибоëее важной составëяþщейìеханики äефорìируеìоãо тверäоãо теëа äëя обра-ботки ìетаëëов äавëениеì иëи резаниеì. Заìетиì,оäнако, ÷то рассìатриваеìые äаëее поäразäеëениятеории пëасти÷ности в поëной ìере относятся и ко÷енü бëизкой к ней теории упруãости, боëüøая÷астü преäставëений которой испоëüзуется в тео-рии пëасти÷ности.

Теория пëасти÷ности поäразäеëяется на ìате-ìати÷ескуþ и прикëаäнуþ. Математическая тео-рии пластичности (иноãäа называеìая строгойтеорией пластичности) заниìается построениеìобщих уравнений теории пëасти÷ности и изыскани-еì способов то÷ноãо реøения заäа÷ ìеханики пëа-сти÷ески äефорìируеìоãо теëа. Прикладная теорияпластичности заниìается разработкой упрощенныхìетоäов реøения заäа÷ ìеханики пëасти÷ески äе-форìируеìоãо теëа путеì ввеäения äопоëнитеëüныхãипотез физи÷ескоãо (наприìер, наäеëение теëасвойстваìи иäеаëüной пëасти÷ности) иëи ãеоìетри-÷ескоãо характера (наприìер, ãипотезы пëоских се-÷ений иëи иных преäпоëожений относитеëüно ха-рактера переìещений, позвоëяþщих исхоäитü не изпоëной систеìы уравнений теории пëасти÷ности).

Заìетиì, ÷то ãраниöа ìежäу ìатеìати÷еской иприкëаäной теорияìи пëасти÷ности в опреäеëен-ной степени усëовна, поскоëüку во ìноãих заäа÷ахискëþ÷итеëüные труäности непосреäственноãо ин-теãрирования уравнений теории пëасти÷ности(т. е. поëу÷ения то÷ноãо реøения) вынужäаþт ÷ас-

то обращатüся к прибëиженныì ìетоäаì. Оäнакоесëи эти прибëиженные ìетоäы относятся ëиøü кìатеìати÷еской стороне вопроса — к реøениþтоëüко саìих уравнений общей теории пëасти÷но-сти с поìощüþ, наприìер, разëожения в ряäы иëиприбëиженноãо интеãрирования, т. е. при этоì непривëекаþтся какие-ëибо новые физи÷еские иëиãеоìетри÷еские ãипотезы, то такие ìетоäы и реøе-ния также, как правиëо, относят к ìатеìати÷ескойтеории пëасти÷ности.

Поìиìо ãëавной ãипотезы спëоøности и еесëеäствий, рассìотренных ранее, ìеханика äефор-ìируеìоãо тверäоãо теëа и теория пëасти÷ностииìеþт и öеëый ряä äруãих пробëеìных ãипотез, та-ких как закон парности касатеëüных напряжений,усëовия пëасти÷ности и законы упро÷нения, зави-сиìости ìежäу напряженияìи и äефорìаöияìи,форìуëировки вариаöионных принöипов. Все этипробëеìы буäут поäробно рассìотрены в посëе-äуþщих статüях öикëа.

Кëасси÷еские работы основатеëей ìатеìати÷е-ской теории пëасти÷ности, относящиеся к посëеä-ней трети XIX — первой поëовине XX века, с о÷е-виäностüþ показываþт, ÷то их авторы прежäе все-ãо исхоäиëи из впоëне конкретных заäа÷, стоявøихпереä инженераìи. Веëиких ìехаников о÷енü бес-покоиëи соответствие и степенü прибëижения ихìатеìати÷еских построений к реаëüныì проöессаìпëасти÷ности, иìевøиì ìесто в инженерной прак-тике. Дëя обëеã÷ения пониìания нау÷ных иäей иобоснований норìаëüные (σ) и касатеëüные (τ)напряжения, ëинейные (ε) и уãëовые (γ) äефорìа-öии обозна÷аëи разныìи букваìи, ÷то позвоëяëо÷итатеëяì сразу же ощутитü разëи÷ия ìежäу ниìи.В поäавëяþщеì боëüøинстве сëу÷аев при обсуж-äении äаже общих пробëеì ìеханики приìеняëиразвернутуþ форìу уравнений и неìноãо реже —тензорнуþ (сì., наприìер, книãи [7—9] иëи сбор-ник основопоëаãаþщих кëасси÷еских статей [10]).

Оäнако анаëиз известных автору совреìенныхтруäов по ìатеìати÷еской теории пëасти÷ности по-казывает пряìо противопоëожнуþ тенäенöиþ. Ны-неøние теоретики факти÷ески не интересуþтся, со-ответствуþт ëи принятые иìи ìатеìати÷еские заäа-ния параìетров наãружения иëи законы повеäениясреäы какоìу-нибуäü реаëüноìу техни÷ескоìу иëиприроäноìу объекту. В основноì стараþтся приäу-ìатü ìатеìати÷ескуþ постановку заäа÷и, отëи÷аþ-щуþся от уже иìеþщихся: есëи преäøественникрассìотреë синусоиäаëüнуþ наãрузку, то приìеì еестепенной; есëи он иссëеäоваë совìестное те÷ениеäвух тонких сëоев с разныìи свойстваìи, то иссëе-äуеì те÷ение уже трех тонких сëоев äа с еще боëееразныìи свойстваìи. Такиì образоì, акаäеìи÷е-ская ìатеìати÷еская теория все боëее отрывается отпотребностей, т. е. от практики. Язык ìатеìати÷е-скоãо описания все боëее форìаëизуется, абстраãи-


руется и становится все ìенее восприниìаеìыì÷исто физи÷ески. Практи÷ески никоãäа не указыва-þт, какоìу реаëüноìу техни÷ескоìу объекту соот-ветствует та иëи иная иссëеäуеìая теорети÷ескаяìоäеëü и, соответственно, не обосновываþт, по÷еìуэта ìоäеëü наибоëее аäекватно описывает ìехани-÷еское повеäение реаëüноãо объекта.

В совреìенных теорети÷еских статüях ÷астовстре÷аþтся фразы типа "рассìотриì ìоäифиöи-рованный стерженü Шенëи" (из оäной из статей этафраза и взята). Объяснитü, ÷то в реаëüности преä-ставëяет собой этот "ìоäифиöированный стерженü",не сìоã ни оäин из авторов поäобных статей. По-пробуеì все же хотя бы образно преäставитü себереаëüнуþ ситуаöиþ.

В 1946 ã. анãëийский акаäеìик теоретикФ. Р. Шенëи сфорìуëироваë и рассìотреë заäа÷уо пëасти÷еской потере устой÷ивости иäеаëüнойопорной коëонны, преäпоëожив, ÷то в проöессепотери устой÷ивости происхоäит оäновреìенноеувеëи÷ение осевой сжиìаþщей наãрузки. С неìа-ëыì труäоì такуþ ситуаöиþ ìожно преäставитü ввиäе сëеäуþщеãо экстраваãантноãо сëу÷ая: увиäев,÷то поä äействиеì веса товарноãо поезäа ìетаëëи-÷еские опорные коëонны ìоста потеряëи устой-÷ивостü и ìост на÷аë паäатü, ìаøинист встре÷ноãопассажирскоãо поезäа, растерявøисü, направиë напаäаþщий ìост и свой поезä, увеëи÷ив теì саìыìнаãрузку в проöессе паäения.

Посëеäоватеëü Шенëи эту заäа÷у ìоäифиöиро-ваë, приняв, ÷то сжиìаþщая наãрузка увеëи÷ива-ется в арифìети÷еской проãрессии. Эту ситуаöиþìожно преäставитü, наприìер, так: оöепеневøиеот увиäенноãо воäитеëи-äаëüнобойщики не жìутна торìоза, и их оäинаково наãруженные ãрузовикиоäин за äруãиì паäаþт на обруøиваþщийся ìост.

Даëее оäин посëеäоватеëü посëеäоватеëя Шен-ëи äëя защиты äокторской äиссертаöии по ìехани-ке äефорìируеìоãо тверäоãо теëа (автор быë еãооппонентоì) ìоäифиöированнуþ заäа÷у еще разìоäифиöироваë, преäпоëожив, ÷то наãрузка увеëи-÷ивается не в арифìети÷еской проãрессии, а поэкспоненöиаëüноìу закону. Дëя описания соответ-ствуþщей жизненной ситуаöии воображения ужене хватает. Возìожно, на паäаþщий ìост оäин заäруãиì на÷аëи прыãатü о÷евиäöы, жеëая ëи÷но ощу-титü всþ преëестü пëасти÷еской потери устой÷иво-сти и преäваритеëüно по о÷ереäи взвеøиваясü, ÷то-бы не наруøатü экспоненöиаëüноãо закона. Впе-÷атëяþщая поëу÷иëасü картина!

В пубëикаöиях акаäеìи÷еской иëи бëизкой к нейнаправëенности ÷асто не äеëается и öенных äëяпракти÷еских приëожений вывоäов из поëу÷енныхрезуëüтатов. Наприìер, в у÷ебнике [11, с. 18] ÷ита-еì: "покажеì, ÷то интенсивностü напряжений про-порöионаëüна кваäратноìу корнþ из ìиниìаëüноãосреäнекваäрати÷ноãо откëонения ãëавных напряже-

ний заäанноãо напряженноãо состояния от напря-жений некотороãо равноосноãо напряженноãо со-стояния". Даëее это äоказывается ìатеìати÷ески.Оäнако при этоì не сказано, какуþ же конкретнуþнау÷нуþ иëи практи÷ескуþ поëüзу иìеет äоказа-теëüство этой туìанной форìуëировки, наприìер,поìожет ëи это äоказатеëüство реøитü хотя бы оäнузаäа÷у прикëаäной теории пëасти÷ности.

По сравнениþ с прикëаäной теорией пëасти÷-ности так называеìая теория обработки металловдавлением (ОМД) в своеì траäиöионноì виäе (äа-ëее буäеì иìетü в виäу тоëüко ее ответвëение поìеханике äефорìирования, не касаясü физики ихиìии) не тоëüко приниìает боëüøое ÷исëо äопоë-нитеëüных äопущений физи÷ескоãо и ãеоìетри÷е-скоãо характера, но и сìеëо разруøает ìатеìати-÷еские систеìы общих уравнений теории пëасти÷-ности, отказываясü от рассìотрения боëüøинстваиз них и заìеняя оставøиеся преäеëüно упрощен-ныìи собственныìи "инженерныìи" уравнения-ìи. Так, вìесто кëасси÷еской систеìы уравненийравновесия в частных производных, поëу÷енных äëябесконе÷но ìаëых эëеìентов среäы, при анаëизеконкретных операöий ОМД испоëüзуþт иëи всеãооäно упрощенное уравнение равновесия, записан-ное в простых произвоäных и тоëüко äëя поверх-ности контакта с инструìентоì (инженерный ìе-тоä Е. П. Унксова), иëи так называеìый ìетоä тон-ких се÷ений, разбивая рассìатриваеìое теëо наконе÷ные в оäноì иëи äвух направëениях эëеìен-ты (рисунок) и вывоäя äëя них упрощенные урав-нения равновесия также в простых произвоäных(как, наприìер, в работах [12, 13]).

Межäу теì в совреìенной теории пëасти÷ностив тоì сëу÷ае, есëи в хоäе реøения уäается свестизаäа÷у к уравненияì в простых произвоäных (сì.,наприìер, заäа÷у о те÷ении пëасти÷еской ìассы всхоäящеìся кони÷ескоì канаëе [14, с. 478—481]),то она с÷итается реøенной то÷но и äо конöа ее вбоëüøинстве сëу÷аев уже не реøаþт (äëя теорети-ков это неинтересно), так как äаже есëи какое-ëи-бо уравнение в простых произвоäных не иìеет то÷-ноãо реøения, записываеìоãо в виäе набора эëе-ìентарных функöий, то еãо всеãäа ìожно реøитü сëþбой напереä заäанной то÷ностüþ с поìощüþизвестных прибëиженных ìетоäов. Поэтоìу, кактоëüко поëу÷ено уравнение равновесия, наприìерпо ìетоäу Е. П. Унксова, ìожно с÷итатü, ÷то заäа-

P

Выделение конечного элемента при анализе операции ОМДметодом тонких сечений


÷а уже реøена (в посëеäуþщих статüях öикëа буäетпоказана коëоссаëüная разниöа в ìатеìати÷ескойсëожности реøений уравнений в ÷астных и про-стых произвоäных). В резуëüтате ìатеìати÷ескоерассìотрение оäних и тех же проöессов И. Л. Пер-ëиныì [12, 13] и ÷ëеноì-корреспонäентоì АНСССР В. В. Сокоëовскиì [14] не иìеет ни÷еãо об-щеãо, ни оäноãо поëностüþ совпаäаþщеãо исхоä-ноãо иëи коне÷ноãо уравнения.

Такиì образоì, прикëаäная, а теì боëее ìате-ìати÷еская теории пëасти÷ности явëяþтся о÷енüсìутныìи прообразаìи соответствуþщей траäиöи-онныì понятияì ìатеìати÷еской теории ОМД.Оäнако в посëеäнее вреìя появиëасü и "нетраäи-öионная" ìатеìати÷еская теория ОМД, а то÷нее —ее показное изëожение, которое буäет поäробнорассìотрено в сëеäуþщей статüе öикëа.


1. Воронцов А. Л. Об истории созäания фунäаìен-таëüных понятий ìеханики äефорìируеìоãо тверäоãотеëа. Ч. 1; Ч. 2 // Вестник ìаøиностроения. 2006. Ч. 1 —№ 11. С. 80—85, Ч. 2 — № 12. С. 82—88.

2. Воронцов А. Л. Об истории созäания фунäаìен-таëüных понятий ìеханики äефорìируеìоãо тверäоãотеëа. Ч. 3; Ч. 4 // Вестник ìаøиностроения. 2007. Ч. 3 —№ 4. С. 86—92, Ч. 4 — № 5. С. 83—92.

3. Воронцов А. Л. Техноëоãи÷еские заäа÷и теориипëасти÷ности. Т. 1. М.: Маøиностроение, 2006. 474 с.

4. Ильюшин А. А. Пëасти÷ностü. М.—Л.: ГИТТЛ.1948. 376 с.

5. Безухов Н. И. Теория упруãости и пëасти÷ности.М.: ГИТТЛ, 1953. 420 с.

6. Ильюшин А. А. Труäы. Т. 1. М.: Физìатëит, 2003.352 с.

7. Прагер В., Ходж Ф. Г. Теория иäеаëüно пëасти÷е-ских теë. М.: ИИЛ, 1956. 398 с.

8. Хилл Р. Матеìати÷еская теория пëасти÷ности. М.:ГИТТЛ, 1956. 407 с.

9. Прагер В. Пробëеìы теории пëасти÷ности. М.:ГИФМЛ, 1958. 136 с.

10. Теория пëасти÷ности / Сб. статей поä реä.Ю. Н. Работнова. М.: ГИИЛ, 1948. 452 с.

11. Малинин Н. Н. Прикëаäная теория пëасти÷ностии поëзу÷ести. М.: Маøиностроение, 1975. 400 с.

12. Перлин И. Л., Ерманок М. З. Теория воëо÷ения.М.: Метаëëурãия, 1971. 448 с.

13. Перлин И. Л., Райтбарг Л. Х. Теория прессованияìетаëëов. М.: Метаëëурãия, 1975. 448 с.

14. Соколовский В. В. Теория пëасти÷ности. М.: Выс-øая øкоëа, 1969. 608 с.

Сеpия статей"Пpоблемы теоpии и пpактики pезания матеpиалов"

УДК 621.9.06

П. М. ЧЕРНЯНСКИЙ, ä-р техн. наук (МГТУ иì. Н. Э. Бауìана), теë.: 8-499-178-77-67

Ïîñëåäåéñòâèå ìåõàíè÷åñêîé ñèñòåìû ñòàíêîâ

В соответствии с теорией сиëовых сìещений1

станок ìожно преäставитü как упруãофрикöион-нуþ систеìу, вкëþ÷аþщуþ в себя äва типовых эëе-ìента — упруãости и трения, которые характеризу-

þт зависиìостü соответственно жесткости и сиëытрения от внеøней сиëы. Эти эëеìенты составëяþтìоäуëü, обëаäаþщий принöипиаëüныìи свойства-ìи систеìы. Мноãообразие зависиìостей жестко-сти и сиë трения от внеøних сиë обусëовëиваетсозäание ìножества ìоäуëей äëя описания разно-образных техноëоãи÷еских систеì.

Установëено, ÷то в беззазорных упруãофрикöи-онных систеìах посëе разãрузки сохраняþтся оста-то÷ные сиëовые сìещения:

Yо.ì = T/k;

Yо = , (1)

ãäе Yо.ì и Yо — остато÷ные сиëовые сìещения со-ответственно ìоäуëя и систеìы; Ti, ki — сиëы тре-ния и жесткостü i-ãо ìоäуëя; n — ÷исëо ìоäуëей;c — поряäковый ноìер сëаãаеìоãо.

Äîêàçàíî íàëè÷èå îñòàòî÷íûõ ñìåùåíèé â áåççàçîð-íîé óïðóãîôðèêöèîííîé ñèñòåìå, ýêâèâàëåíòíûõ îñòà-òî÷íîé ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè, êîòîðàÿ âûçûâàåò ïî-ñëåäåéñòâèå è ñíèæàåò òî÷íîñòü îáðàáîòêè.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: æåñòêîñòü, ýëåìåíò óïðóãîñòè,ýëåìåíò òðåíèÿ, ïîñëåäåéñòâèå, òî÷íîñòü.

Existence of residual displacements in backlash-freesymmetrical multiprocessing system has been proved. Ab-sorbed residual displacements energy is matched potentialenergy which activates aftereffect and runout accuracy-robbing.

Keywords: stiffness factor, elasticity detail, friction de-tail, aftereffect, accuracy.

1 Чернянский П. М. Основы проектирования то÷ныхстанков. Теория и рас÷ет. М.: КНОРУС, 2010. 240 с.

i 1=

n

∑ Tii 1=

c

∑⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 1

ki

---



Остато÷ные сìещения быëи обнаружены ужепри первых экспериìентаëüных иссëеäованиях же-сткости станков и техноëоãи÷еских систеì. С÷ита-ëосü, ÷то остато÷ные сìещения характеризуþт суì-ìарное вëияние зазоров и пëасти÷еских äефор-ìаöий. Но в рассìатриваеìоì сëу÷ае иссëеäоваëиупруãофрикöионные систеìы, которые не иìеþтни зазоров, ни пëасти÷еских äефорìаöий, а оста-то÷ные сìещения набëþäаþтся. Соãëасно выраже-ниþ (1) остато÷ные сìещения зависят от жесткостии сиë трения систеìы. Установëенные зависиìостиотражаþт объективнуþ законоìерностü, которойпоä÷иняþтся ëþбые ìехани÷еские систеìы, т. е.выявëен новый ìеханизì образования остато÷ныхсìещений.

С увеëи÷ениеì ÷исëа n ìоäуëей, а äëя техноëо-ãи÷еских систеì — ÷исëа звенüев остато÷ные сиëо-вые сìещения интенсивно увеëи÷иваþтся.

Yо = T(n2 + n)/2k. (2)

Эта теорети÷ески установëенная зависиìостüэкспериìентаëüно поäтвержäена иссëеäованияìина физи÷еских ìоäеëях из оäинаковых ìоäуëей сжесткостüþ k и сиëой T трения.

Каково прикëаäное зна÷ение остато÷ных сиëо-вых сìещений упруãофрикöионных систеì? Из-вестно, ÷то при обработке с раäиаëüной поäа÷ейна токарных, øëифоваëüных, фрезерных и äруãихстанках при позиöионировании то÷ностü форìи-руется в ìоìент окон÷ания поäа÷и и снижения сиëрезания от ноìинаëüной веëи÷ины äо нуëя. Оста-то÷ное сиëовое сìещение опреäеëяет относитеëü-ное поëожение инструìента и заãотовки по окон-÷ании резания, а сëеäоватеëüно, то÷ностü обра-ботанных äетаëей и то÷ностü позиöионированияпосëе прекращения поäа÷и.

Рассеяние жесткости и сиë трения в звенüяхпривоäа поäа÷ привоäит к изìенениþ остато÷ноãосìещения, как и сëеäует из зависиìости (1), а так-же рассеяниþ то÷ности обработки. На рисунке при-веäена схеìа øëифования с раäиаëüной поäа÷ей.Шëифоваëüнуþ бабку с привоäоì жесткостüþ k исиëой T трения в направëяþщих ìожно преäста-витü как оäноìоäуëüнуþ упруãофрикöионнуþ

систеìу. Зäесü Yо — разностü наибоëüøих и наи-

ìенüøих остато÷ных сиëовых сìещений, ÷то соот-ветствует наибоëüøей поãреøности обработки нараäиус Δr = Yо. Есëи принятü вес поäвижных ÷ас-

тей равныì 2000 Н, коэффиöиент трения в направ-ëяþщих скоëüжения μ = 0,3, жесткостü привоäаk = 40 Н/ìкì, то остато÷ное сиëовое сìещениесоставит Yо = 15 ìкì; при направëяþщих ка÷ения

μ = 0,03 и Yо = 1,5 ìкì. Зна÷ения остато÷ных сìе-

щений и поãреøностей обработки настоëüко зна-÷итеëüны, ÷то их сëеäует у÷итыватü.

Известные приеìы снижения сиë трения в стан-ках, такие как приìенение спеöиаëüных ìатериа-ëов, сìазо÷ных ìатериаëов, заìена трения скоëü-жения трениеì ка÷ения, наëожение коëебаний напоäвижный узеë станка в конöе öикëа резания иëипозиöионирования и äр. повыøаþт то÷ностü пере-ìещений в нескоëüко раз.

Не иìея строãой ìатеìати÷еской зависиìостито÷ности обработки от сиë трения, конструкторыискаëи реøения по снижениþ сиë трения опыт-ныì путеì. Известны конструкöии øëифоваëüныхбабок с направëяþщиìи скоëüжения иëи ка÷ения,повора÷иваþщиìися вокруã некоторой оси. Приперехоäе от направëяþщих скоëüжения к направ-ëяþщиì ка÷ения уìенüøаþтся сиëа трения, оста-то÷ные сìещения, стабиëизируется поäа÷а, ÷тоо÷енü важно äëя äанной ãруппы станков, с ìикро-ìетровыìи поäа÷аìи.

Остато÷ные сиëовые сìещения в öеëоì сëеäуетрассìатриватü как потенöиаë повыøения рассея-ния то÷ности обработки при раäиаëüной поäа÷еинструìента в äиапазоне возìожных изìененийотноøения сиëы трения к жесткости привоäа по-äа÷. Кроìе тоãо, по остато÷ныì сиëовыì сìеще-нияì ìожно суäитü и о äруãих проöессах форìи-рования то÷ности обрабатываþщих станков.

Зависиìостü (1) поëу÷ена äëя беззазорных упру-ãофрикöионных систеì. Не у÷итывает она и пëа-сти÷еских äефорìаöий. Сëеäоватеëüно, остато÷-ные сиëовые сìещения по своей сути явëяþтсяупруãиìи сìещенияìи Yуп, т. е. Yо = Yуп. Тоãäа из

зависиìости (1) сëеäует, ÷то произвеäение Yоk

преäставëяет собой остато÷нуþ сиëу Fо.уп упруãо-

сти, которая уравновеøивается сиëой трения сис-теìы, т. е. иìееì:

äëя ìоäуëя:

Yоk = Yупk = Fо.уп = T, (3)

äëя систеìы:

Fо.уп = Yоiki. (4)

Yo

Fo.уп

T

k

Схема шлифования с радиальной подачей (k — жесткостьпривода, T — сила трения в направляющих) i 1=

n

∑i 1=

c

∑


Данная законоìерностü просëеживается и нафизи÷еской ìоäеëи: при разãрузке систеìы сиëаìиFуп упруãости сиëа T трения (сì. рисунок) уравно-

веøивает остато÷нуþ сиëу Fо.уп упруãости.

Свойства упруãофрикöионных систеì, описы-ваеìые зависиìостяìи (3) и (4), ìожно воспри-ниìатü как закон: в упруãофрикöионной систеìепосëе разãрузки сохраняþтся остато÷ные сиëы уп-руãости, уравновеøенные сиëаìи трения этой сис-теìы. Это распространяется на все ìехани÷ескиесистеìы, по крайней ìере, в усëовиях зеìноãо тя-ãотения.

Интеãраëüные остато÷ные сиëы упруãости нахо-äятся ÷ерез остато÷ные сìещения Yо систеìы по

зависиìости (1), которые äëя упруãофрикöионнойсистеìы ìоãут бытü тоëüко упруãиìи: Yо = Yо.уп,

÷то необхоäиìо всеãäа иìетü в виäу. В противноìсëу÷ае из уравнения (2) сëеäует, ÷то жесткостü k

систеìы зависит от сиë трения: k = , ÷то

катеãори÷ески невозìожно, так как сиëа тренияравна остато÷ныì сиëаì упруãости систеìы, а ос-тато÷ное сìещение — остато÷ныì упруãиì сìе-щенияì.

Остато÷ные сиëы упруãости как напряженияраспреäеëены ìежäу äетаëяìи и стыкуþщиìисяобъектаìи реаëüной техноëоãи÷еской систеìы, т. е.посëе разãрузки систеìа нахоäится в напряженноìсостоянии. Снятü эти напряжения поëностüþ непозвоëяþт распреäеëенные сиëы трения систеìы.При всякоì сëу÷айноì возäействии на такуþ сис-теìу, наприìер в виäе коëебаний äаже с аìпëиту-äой в сотые äоëи ìикроìетра, сиëы трения на ка-кое-то ìãновение уìенüøаþтся и остато÷ные сиëыупруãости вызываþт сìещения в систеìе äо веëи-÷ины, при которой устанавëивается новое равно-весное состояние на äруãоì уровне — при ìенüøихсиëах трения и остато÷ных сиëах упруãости.

Какова же роëü остато÷ных сиë упруãости? Онипоääерживаþт конструкöиþ в напряженноì со-стоянии. При всякоì, äаже ìãновенноì, снижениисиë трения остато÷ные сиëы упруãости явëяþтсятой äвижущей сиëой, которая вызывает сìещениесистеìы и изìенение ее то÷ности без виäиìыхпри÷ин.

В экспериìентах с сиëовыìи сìещенияìи прииссëеäовании и проверке станков на жесткостü÷асто сìещения, зареãистрированные сразу посëеразãрузки, существенно отëи÷аþтся от сìещений,зареãистрированных ÷ерез некоторое вреìя. Это

обстоятеëüство, заìе÷енное еще в на÷аëе XX в. наобразöах из ìетаëëа, поëу÷иëо название "посëеäей-ствие". При этоì внеøние сиëы не изìеняþтся, инет возìущаþщих возäействий. Анаëити÷еские вы-ражения (3) и (4) устанавëиваþт сиëу — остато÷-нуþ сиëу упруãости, которая и вызывает посëеäей-ствие в техноëоãи÷еских систеìах.

Остато÷ные сиëы упруãости постоянно изìеня-þт сиëовые сìещения, а сëеäоватеëüно то÷ностüстанков и обработки. Наëи÷ие остато÷ных сиëовыхсìещений и остато÷ных сиë упруãости преäопре-äеëяет их проявëение в характеристике сиëовыхсìещений (ХСС). До настоящеãо вреìени сущест-воваëо ìнение: пëощаäü петëи, оãрани÷енная ХСС,эквиваëентна работе сиë трения. Оäнако рас÷ет ианаëиз составëяþщих работ ìоäуëя при наãрузке-разãрузке показаë, ÷то кроìе работ сиë трения ХССсоäержит работу Aп.о потенöиаëüной остато÷ной

энерãии. С у÷етоì зависиìости (3) остато÷нуþпотенöиаëüнуþ энерãиþ ìожно преäставитü какфункöиþ остато÷ных сиëовых сìещений Yо и ос-

тато÷ной сиëы Fо.уп упруãости:

Aп.о = k/2 = YоFо.уп/2. (5)

Соãëасно выражениþ (5) пëощаäü, оãрани÷ен-ная ХСС, вкëþ÷ает в себя не тоëüко работу сиë тре-ния, но и потенöиаëüнуþ энерãиþ, которая всеãäанаправëена на изìенение равновесия систеìы привсякоì сëу÷айноì изìенении ее жесткости и сиëтрения. В реаëüной техноëоãи÷еской систеìе сìе-щаþтся инструìент и заãотовка, изìеняется то÷-ностü обработки. При этоì сëеäует у÷итыватü, ÷тоза öикë обработки заãотовки сиëы резания ìоãутìноãократно увеëи÷иватüся и уìенüøатüся, в ре-зуëüтате ÷еãо всеãäа буäет иìетü ìесто остато÷наяпотенöиаëüная энерãия.

Существуþт ìоäуëи и реаëüные конструкöиибез виäиìых остато÷ных сиëовых сìещений и ос-тато÷ных сиë упруãости. Но и в этих сëу÷аях иìе-þтся такие сиëы, как вес äетаëей и соответствуþ-щие сиëы трения, сëеäоватеëüно, äоëжны бытü инезависиìые эëеìенты трения, и остато÷ные си-ëовые сìещения, ìожет бытü, ìенее зна÷итеëüные.В äанной работе рассìотрен наибоëее общий сëу÷ай.

Экспериìентаëüно быëи иссëеäованы физи÷е-ские ìоäеëи эëеìентов трения в виäе поëзунов(изìеряëи их танãенöиаëüные сиëовые сìещения),оäнако остато÷ные сìещения набëþäаëисü и вøпинäеëüных узëах, ãäе преобëаäаþт изãиб и нор-ìаëüные сиëовые сìеøения.

T

Yo

----n

2n+( )

2---------------

Yo2


УДК 621.91.01

С. В. ШВЕЦ, канä. техн. наук (Суìский ГУ, Украина, ã. Суìы), e-mail: [email protected]

Îïòèìèçàöèÿ ðåæèìîâ òî÷åíèÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè âèðòóàëüíîãî îáîðóäîâàíèÿ

При проектировании токарной операöии основ-ныìи характеристикаìи проöесса явëяþтся пара-ìетры режиìа резания (v, S, r); параìетры ëезвия(γ, α, ϕ, λ, β, r, ρ); стойкостü T инструìента; ìа-øинное вреìя τ; параìетры øероховатости об-работанной поверхности (Rz, Ra); теìпература θрезания; коэффиöиент Kl укоро÷ения стружки; со-ставëяþщие сиëы резания (Px, Py, Pz); напряже-ние σ; износ h ëезвия; форìа и веëи÷ина B нароста;показатеëи свойств обрабатываеìоãо и инструìен-таëüноãо ìатериаëов (Mо, Mи). Такиì образоì, ис-хоäные äанные — ìножество I = {v, S, t, γ, α, ϕ, λ,β, r, ρ, Mо, Mи}. При÷еì, при оптиìизаöии перехо-äа неизìенныìи остаþтся тоëüко свойства обраба-тываеìоãо ìатериаëа, т. е. Mо, при усëовии, ÷то äе-таëü не поäверãается преäваритеëüноìу физи÷еско-ìу возäействиþ (высокие и низкие теìпературы,пëасти÷еское äефорìирование и т. ä.).

Остаëüные эëеìенты ìножества I поäбираþт та-киì образоì, ÷тобы обеспе÷итü необхоäиìые стой-костü (T ), требуеìуþ øероховатостü поверхности(Rz, Ra), ìаксиìаëüнуþ произвоäитеëüностü (τ) иìиниìаëüнуþ стоиìостü обработки (C). Цеëü про-ектирования — оптиìизаöия эëеìентов ìножестваY = {T, Rz, Ra, τ, C}.

Эëеìенты ìножества W = {θ, Kl, Px, Py, Pz, σ, h, B}испоëüзуþт при контроëе и анаëизе проектирова-ния, обобщении практи÷еских набëþäений и объ-яснении резуëüтатов нау÷ных иссëеäований.

Траäиöионно ìножество Y форìируется на ос-новании эìпири÷еских выражений, которые не от-

ражаþт физи÷еские ìоäеëи, оãрани÷ены их пара-ìетраìи и требуþт ãроìозäких баз äанных. Это вы-звано теì, ÷то резание — сëожнейøая коìбинаöияпростых разруøаþщих и äефорìируþщих проöес-сов. В зоне резания набëþäаþтся неоäнороäнаяäефорìаöия, знакопереìенная наãрузка ìатериëа;естü зоны, нахоäящиеся в пëасти÷ескоì состоянии,естü — в упруãоì состоянии. В отäеëüных зонахпроисхоäят разруøение и ÷ерез некоторое вреìясхватывание (сварка трениеì). Поэтоìу ÷истыìипоëоженияìи теорий äефорìаöий и разруøенийсаìостоятеëüно неëüзя отобразитü проöесс струж-кообразования, так как кажäая ëокаëüная зона ре-зания характеризуется присущиì тоëüко ей со-стояниеì.

Проöесс резания описывается функöиейCo = (I, Y, W). Чисëо неизвестных, к сожаëениþ,превосхоäит ÷исëо уравнений, отражаþщих про-öесс резания. Поэтоìу øирокое распространениепоëу÷иëи эìпири÷еские выражения, явëяþщиесянекиì "÷ерныì ящикоì". За÷астуþ режиì резанияустанавëиваþт на основании практи÷ескоãо опыта.Сëеäоватеëüно, при проектировании нет вескихäоказатеëüств тоãо, ÷то принятые реøения явëя-þтся оптиìаëüныìи и относитеëüно обеспе÷ениястойкости инструìента и высокой произвоäитеëü-ности, и относитеëüно требуеìоãо ка÷ества обра-ботанной поверхности. Поэтоìу естü необхоäи-ìостü в соверøенствовании физи÷еской ìоäеëипроöесса резания и разработке соответствуþщейìатеìати÷еской ìоäеëи.

Предельная работа инструмента

Чтобы уравнятü ÷исëо неизвестных и ÷исëо урав-нений ìатеìати÷еской ìоäеëи необхоäиìо усовер-øенствоватü физи÷ескуþ ìоäеëü проöесса. Есëи наäанноì уровне науки о резании ìетаëëов не уäает-ся при ìатеìати÷ескоì ìоäеëировании объеäи-нитü äостижения терìоäинаìики и статисти÷ескойфизики, то сëеäует изìенитü физи÷ескуþ ìоäеëü,т. е. испоëüзоватü такой коìпëексный фактор, ко-торый объеäиняет поëожения статистики и терìо-äинаìики.

Такой коìпëексной веëи÷иной явëяется работа.Разëи÷аþт преäеëüно возìожнуþ работу конкрет-ноãо ëезвия из конкретноãо ìатериаëа и работу,выпоëненнуþ систеìой резания в текущий ìоìентвреìени.

Преäеëüнуþ (наибоëüøуþ) работу пëастин изразëи÷ных ìатериаëов ìожно установитü экспе-

Ïðåäñòàâëåíà óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ ôèçè÷åñêàÿ ìî-äåëü ïðîöåññà ðåçàíèÿ, êîòîðàÿ ðàñøèðåíà íîâûìè ïîíÿ-òèÿìè: ÊÏÄ ñèñòåìû ðåçàíèÿ, ïðåäåëüíàÿ ðàáîòà èíñòðó-ìåíòà, ïîêàçàòåëü ïëàñòè÷íîñòè ìàòåðèàëà. Ðàñ÷åòíàÿïðîãðàììà ïîçâîëÿåò ðàññ÷èòàòü õàðàêòåðèñòèêè ïðîöåñ-ñà ðåçàíèÿ áåç ïðåäâàðèòåëüíûõ ñîâìåñòíûõ èñïûòàíèéèíñòðóìåíòàëüíîãî è îáðàáàòûâàåìîãî ìàòåðèàëîâ.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: ñèñòåìû ðåçàíèÿ, ðàáîòà, ÊÏÄñèñòåìû ðåçàíèÿ, ñòîéêîñòü èíñòðóìåíòà, ðåæèì ðåçà-íèÿ, ïàðàìåòðû øåðîõîâàòîñòè, ìîäåëü.

Cutting operation improved physical analog was set out.Its improvements include some advanced ideas: cutting sys-tem efficiency, tool maximum permissible performance,material plasticity index. Design program makes it possibleto calculate cutting operation performance without prelim-inary integration tests of instrumental and work materials.

Keywords: cutting systems, work, cutting system effi-ciency, tool life, cutting conditions, roughness parameters,analog.


риìентаëüно [1—3], но ìожно и расс÷итатü эту ве-ëи÷ину.

При правиëüно выбранноì ìатериаëе износ ин-струìента преиìущественно зависит от устаëостныхявëений, которые развиваþтся поä äействиеì öик-ëи÷ескоãо наãружения ìикронеровностей, иìеþ-щихся на поверхности, обрабатываеìыì ìатериа-ëоì. При этоì выпоëняется некоторая работа.

Эëеìентарная работа при разруøении сëоя ин-струìентаëüноãо ìатериаëа иìеет виä: dA = σвudW,ãäе σв — преäеë про÷ности при сжатии инструìен-таëüноãо ìатериаëа; u — преäеëüное, разруøаþщее÷исëо öикëов äëя инструìентаëüноãо ìатериаëа;dW — разруøенный в резуëüтате изнаøивания эëе-ìентарный объеì. Тоãäа A = σвu dW.

Выбрав зна÷ения заäнеãо уãëа α, уãëа ε при вер-øине, вспоìоãатеëüноãо уãëа ϕ' в пëане, раäиуса rпри верøине и износа h по заäней поверхности,ìожно расс÷итатü изноøенный объеì [4]:

W = 7,384•105 .

Такиì образоì, по заäанноìу износу h по заä-ней поверхности äëя конкретноãо ëезвия, наибоëü-øуþ работу, а сëеäоватеëüно, и преäеëüнуþ работувсей систеìы резания расс÷итываеì по форìуëе

A = σвuW(h). (1)

В выражении (1) ìножитеëü u ìожно корректи-роватü в сторону уìенüøения, есëи ìеханизì из-наøивания отëи÷ается от устаëостноãо (повыøен-ные абразивные свойства обрабатываеìоãо ìате-риаëа, высокая теìпература в зоне резания).

Работа в системе резания

Расс÷итатü то÷но работу при разëи÷ных усëови-ях резания в настоящее вреìя неëüзя. Оäнако ìож-но поëу÷итü прибëиженное зна÷ение, приниìая заисхоäнуþ веëи÷ину уäеëüнуþ работу разруøенияобразöа при станäартноì испытании и КПД сис-теìы резания.

При станäартноì испытании уäеëüная работапри разруøении образöа:

A0 = σ(ε)dε, (2)

ãäе σ(ε) — напряжение, зависящее от относитеëü-ной äефорìаöии ε; εв — преäеëüная относитеëüнаяäефорìаöия.

В связи со сëожностüþ проöессов, происхоäя-щих при уäаëении стружки с поверхности заãотов-ки, расхоä энерãии при этоì боëüøе, ÷еì при раз-рыве испытуеìоãо образöа. Отноøение уäеëüнойработы при разруøении образöа при станäартноì

испытании [сì. форìуëу (2)] к уäеëüной работе в

систеìе резания, которая составëяет A1 = , ìож-

но принятü за КПД ω систеìы резания, которыйнахоäиì по форìуëе [2]

ω = σ(ε)dε. (3)

КПД систеìы резания явëяется показатеëеì эф-фективности испоëüзования потребëяеìой энер-ãии. Оäнако установитü то÷ное зна÷ение Pz в фор-ìуëе (3) äëя конкретных усëовий обработки ìожнотоëüко экспериìентаëüно, сëеäоватеëüно, теряетсяпроãнозируþщая способностü рассìатриваеìой ìе-тоäики. Поэтоìу преäëожено КПД систеìы реза-ния расс÷итыватü по форìуëе

ω = 0,91(1 – kS)v0,14S 0,48t 0,15, (4)

ãäе kS — коэффиöиент, у÷итываþщий пëасти÷е-ские свойства обрабатываеìоãо ìатериаëа.

Как уже отìе÷аëосü [3], в сиëу особенностейпроöесса резания, то÷ностü рас÷етов параìетроврежиìа всеãäа невысока. Поэтоìу резуëüтаты, по-ëу÷енные при испоëüзовании форìуëы (4), ìожнос÷итатü уäовëетворитеëüныìи. Такиì образоì, поìехани÷ескиì свойстваì обрабатываеìоãо ìатериа-ëа и КПД систеìы резания расс÷итываеì уäеëüнуþработу при реаëизаöии конкретноãо проöесса то-÷ения:

A1 = . (5)

В сëу÷ае ÷етко опреäеëенных ãрани÷ных усëо-вий äëя ìноãократно приìеняеìоãо проöесса ìож-но установитü зависиìостü Pz = Pz(v, S, t) и ис-поëüзоватü äëя опреäеëения КПД систеìы резанияфорìуëу (3).

Учет пластичности обрабатываемого материала

На рис. 1 показаны зависиìости танãенöиаëü-ной составëяþщей Pz сиëы резания, коэффиöиентаKl усаäки стружки и параìетра Ra øероховатостиот скорости v резания при то÷ении стаëи 45. Приувеëи÷ении скорости резания танãенöиаëüная со-ставëяþщая Pz сиëы резания и коэффиöиент усаä-ки стружки уìенüøаþтся и, äостиãнув ìиниìаëü-ных зна÷ений, увеëи÷иваþтся äо некотороãо ìак-сиìуìа, затеì снова уìенüøаþтся. На÷иная с этойскорости резания снижается и параìетр øерохова-тости обрабатываеìой поверхности. О÷евиäно, ÷тоснижение сиëы резания и коэффиöиента усаäкистружки при еще сохраняþщейся наибоëüøей øе-роховатости обработанной поверхности при скоро-сти резания >50 ì/ìин связаны с повыøенныìипëасти÷ескиìи äефорìаöияìи в зоне резания.

∫

t0,41

r0,35

h2,11

ϕ'( )0,25

αε1,92

---------------------------

0

εв

∫

Pz

St----

St

Pz

----0

εв

∫

A0

ω----


Сопоставëение зависиìостей, привеäенных нарис. 1, с ìикрофотоãрафияìи зоны стружкообра-зования (рис. 2), показаëо, ÷то äанный интерваëскоростей резания соответствует наибоëее интен-сивноìу образованиþ нароста.

Микрофотоãрафии на рис. 2 поëу÷ены при ре-зании ìоëибäеновоãо спëава, но вëияние скоростирезания на основные характеристики стружкообра-зования прибëизитеëüно такое же, как и при реза-нии стаëи [5]. Сëеäоватеëüно, показатеëи Pz, Kl, Ra

зависят от пëасти÷еской äефорìаöии в зоне реза-ния. Кроìе тоãо, с увеëи÷ениеì пëасти÷ности ìа-териаëа расøиряется интерваë скоростей резания,при котороì пëасти÷еские äефорìаöии особенноразвиты, и обëастü ìаксиìаëüных пëасти÷еских äе-форìаöий сìещается в сторону высоких скоростей.

Вëияние скорости резания и свойств обрабаты-ваеìоãо ìатериаëа на коэффиöиент kS аппрокси-ìируется выражениеì

kS = 0,33 ,

ãäе η = — показатеëü пëасти÷ности обрабаты-

ваеìоãо ìатериаëа [2], ГПа–1. Зависиìости изìе-нения kS от скорости резания äëя ìатериаëов раз-ной пëасти÷ности показаны на рис. 3.

При резании существуþт äва основных фактора,связанных с ìеханизìоì стружкообразования, ко-торые оказываþт вëияние на параìетры øерохо-ватости обработанной поверхности: ãеоìетри÷е-ский — совокупностü ãеоìетри÷еских параìетров ипараìетров äвижения ëезвия, и пëасти÷еский —развитие пëасти÷еской äефорìаöии в зоне реза-ния. О÷евиäно, ÷то на øероховатостü поверхностивëияþт зазубренностü режущей кроìки и вибра-öии, но эти факторы не явëяþтся сëеäствиеì реза-ния, а опреäеëяþтся ка÷ествоì инструìента, обо-руäования и приспособëений.

Дëя рас÷ета параìетров øероховатости испоëü-зуеì форìуëы [6]:

Rz = S +

+ ; (6)

Rz = r – ; (7)

Rz = r(1 – cosϕ) +

+ Ssinϕcosϕ – sinϕ ; (8)

Rz = r(1 – cosϕ' ) + Ssinϕ' cosϕ' –

– sinϕ' . (9)

Ra, ìкì

6

4

2

Kl

2,5

2,0

1,5

Pz, Н

150

100

50

0 20 40 60 80 v, ì/ìин

Рис. 1. Влияние скорости резания на параметр шероховато-сти Ra, коэффициент Kl укорочения стружки и главную со-

ставляющую Pz силы резания (обрабатываеìый ìатериаë —

стаëü 45; поäа÷а S = 0,26 ìì/об; ãëубина резания t = 0,5 ìì)

1 2 3

4 5 6 7

Рис. 2. Корни стружек при резании молибденового сплаваЦМ-2А [5] [тоëщина среза a = 0,2 ìì; v = 15 (1); 20 (2);30 (3); 40 (4); 80 (5); 101 (6); 143 (7) ì/ìин]

v 350+

580η0,24

-----------------⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

e

v 350+

580η0,24

-----------------⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 6

–

εв

σв

----

kS

1,0

0,8

0,6

0,40 50 100 150 200 250 300

v, ì/ìин

0,5

0,7

η = 1,2

η = 0,3

Рис. 3. Влияние скорости резания на коэффициент kS при

разных значениях h

tgϕ' tgϕtgϕ' tgϕ+-------------------

r

tgϕ ' tgϕ+------------------- tgϕ ' 1 1

ϕcos---------–⎝ ⎠

⎛ ⎞ tgϕ 1 1ϕ 'cos

-----------–⎝ ⎠⎛ ⎞+

4r2

S–2

----------------

S ϕ 2r S ϕsin–( )sin

S ϕ' 2r S ϕ'sin–( )sin


Есëи осü x совìеститü со среäней ëинией про-фиëя поверхности, то среäнее арифìети÷еское от-кëонение профиëя опреäеëяется как

Ra = . (10)

ãäе l — äëина базовой ëинии; xa, xb, ..., xn — коор-äинаты, оãрани÷иваþщие функöиþ y(x) на оси x.

Разработан аëãоритì äëя автоìати÷ескоãо выбо-ра оäной из указанных выøе форìуë [2].

Шероховатостü поверхности форìируется в за-висиìости от со÷етания ãеоìетрии ëезвия и поäа-÷и. Оäнако это еще не окон÷атеëüный ìикрореëü-еф, поскоëüку происхоäят еще и пëасти÷еские äе-форìаöии. При боëüøих скоростях резания, коãäапëасти÷еские äефорìаöии незна÷итеëüны, рас÷ет-ные зна÷ения Ra совпаäаþт с экспериìентаëüныìи.

С увеëи÷ениеì пëасти÷еской äефорìаöии в зо-не резания (при снижении скорости резания) экс-периìентаëüные зна÷ения Ra зна÷итеëüно отëи÷а-þтся от рас÷етных.

Анаëиз форì ìикронеровностей с у÷етоì усëо-вий стружкообразования [2, 7, 8] позвоëиë уста-новитü три основные при÷ины возникновения пëа-сти÷еской составëяþщей. Во-первых, возìоженсäвиã сосеäних сëоев в резуëüтате разруøения с по-сëеäуþщиì "заëе÷иваниеì" в пëасти÷еской зоне уверøины ëезвия, которая ìожет развиватüся и вы-хоäитü на наружнуþ поверхностü заãотовки. И по-сëе прохоäа ëезвия остается на остато÷ноì ãребеø-ке в виäе нароста. Во-вторых, в резуëüтате наëи÷ияпëасти÷еской зоны переä верøиной ëезвия раäиускривизны ëинии скоëüжения, по которой ìетаëëотäеëяется от заãотовки, ìенüøе раäиуса при вер-øине ëезвия. В-третüих, происхоäит пëасти÷ескоеизìенение остато÷ноãо ãребеøка в резуëüтате не-разруøаþщих äефорìаöий в основной пëоскости.

Есëи при обработке ìатериаëов, обëаäаþщих втой иëи иной ìере свойстваìи пëасти÷ности, уверøины ëезвия созäается пëасти÷еская зона, то÷астü ее, бëаãоäаря своей поäвижности, ìожет вы-теснятüся на обработаннуþ поверхностü, изìеняяпараìетры øероховатости (рис. 4, сì. обëожку).

Такиì образоì, на верøине ìикронеровностиобразуется нарост, высота котороãо оãрани÷ивает-ся вспоìоãатеëüной режущей кроìкой. Веëи÷инапëасти÷ескоãо вытеснения ìетаëëа опреäеëяетсякоэффиöиентоì kS.

При то÷ении стаëи 45 со скоростüþ резанияv m 49 ì/ìин наростов на ìикронеровностях небыëо, оäнако раäиусы кривизны впаäин, ìикро-неровностей отëи÷аëисü от раäиуса при верøинеëезвия (рис. 5, сì. обëожку). Среäний раäиус кри-визны впаäины составиë R = 0,28 ìì (раäиус приверøине ëезвия r = 0,8 ìì), т. е. раäиус кривизныëинии скоëüжения, по которой стружка отäеëяется

от заãотовки, составëяет kR ÷астей раäиуса r приверøине ëезвия. При этоì kR = 1—2,5kS. Сëеäова-теëüно, øероховатостü увеëи÷ивается не в резуëü-тате увеëи÷ения высоты ìикронеровности, а в ре-зуëüтате увеëи÷ения ãëубины впаäины.

Расс÷итатü Rz и Ra при зна÷итеëüных пëасти÷е-ских äефорìаöиях в зоне резания ìожно по выра-женияì (6)—(10), поäставив вìесто поäа÷и S фик-тивнуþ поäа÷у Sф = S(1 + kS), а вìесто раäиуса приверøине ëезвия фиктивный раäиус Rф = rkR.

Пëасти÷еское изìенение ìикронеровности ìа-ëо, поэтоìу еãо ìожно не рассìатриватü.

Последовательность расчета

Исхоäныìи äанныìи äëя рас÷ета явëяþтся по-казатеëи ìехани÷еских свойств ìатериаëа, разìе-ры заãотовки, показатеëи физико-ìехани÷ескихсвойств ìатериаëа и параìетры режущей ÷астиинструìента, еãо преäеëüный износ по заäней по-верхности, параìетры относитеëüноãо äвижения,распоëожения инструìента и заãотовки (рис. 6,сì. обëожку).

По форìуëе (2) расс÷итываеì A0, а КПД систе-ìы резания — по выраженияì (3) иëи (4).

Уäеëüноþ работу резания расс÷итываеì пофорìуëе (5), затеì — танãенöиаëüнуþ сиëу реза-ния Pz = A1St. По выражениþ (1) опреäеëиì наи-боëüøуþ работу A резания, ÷то позвоëит расс÷и-

татü стойкостü инструìента: T = .

По форìуëаì (6)—(10), у÷итывая вëияние пëа-сти÷еской äефорìаöии (kS, kR), расс÷итаеì пара-ìетры Rz, Ra.

Вреìя, необхоäиìое äëя поëной обработки за-

ãотовки τ = , ãäе L — äëина заãотовки, n — ÷ас-

тота вращения.Такиì образоì, опреäеëиì основные состав-

ëяþщие ìножества Y. Дëя контроëя проектирова-ния расс÷итаеì эëеìенты ìножества W. Поëнаяработа резания Ac = AvStτ. Есëи Ac l A, то износинструìента äостиã крити÷ескоãо зна÷ения.

Расхоä ресурса работоспособности составëяет

R = .

Расхоä энерãии ìожно оöенитü как по КПДсистеìы резания, так и по коэффиöиенту усаäкистружки. Соãëасно работаì [2, 9] коэффиöиентукоро÷ения стружки функöионаëüно связан с уäеëü-ной работой A1 резания и преäеëоì σп.ö пропор-öионаëüности обрабатываеìоãо ìатериаëа:

Kl = ,

1l-- y x( ) dx

0

xa

∫ y x( ) dx

xa

xb

∫ ... y x( ) dx

xn

l

∫+ + +⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

A

Pzv-------

L

nS-----

Ac

A----

e

A1

2σп.ö

-----------χ 1+


ãäе χ = — показатеëü упро÷нения об-

рабатываеìоãо ìатериаëа (σв — преäеë про÷ности,εв — äефорìаöия разруøения, εп.ö — ìаксиìаëüнаяупруãая äефорìаöия).

Теìпературу резания опреäеëиì как θ = k(A1)q.

Зна÷ения k и q устанавëиваþт экспериìентаëüно.При проектировании токарной операöии необ-

хоäиìо контроëироватü теìпературу резания, таккак при θ l θкр инструìентаëüный ìатериаë теряетрежущие свойства.

Такиì образоì, ìехани÷еские свойства инстру-ìентаëüноãо и обрабатываеìоãо ìатериаëов позво-ëяþт установитü взаиìосвязü ìежäу основныìи ха-рактеристикаìи проöесса резания.

У÷итывая присущуþ проöессу то÷ения стохас-ти÷ностü, ìожно сäеëатü вывоä, ÷то поëноãо сов-паäения рас÷етных и практи÷еских резуëüтатов неìожет бытü вообще. И эта пробëеìа неразреøиìаäо тех пор, пока не буäет выяснен ìеханизì вëия-ния скорости резания на внутреннþþ энерãиþ вобрабатываеìоì ìатериаëе при öеëенаправëенноìразруøении.

Преиìущества новой конöепöии рас÷етов за-кëþ÷аþтся в тоì, ÷то преäëожен ãибкий, уäобныйäëя автоìатизированных рас÷етов ìатеìати÷ескийаппарат. Резуëüтаты рас÷етов соответствуþт экспе-риìентаëüныì иссëеäованияì (рис. 7). Особенноважно, ÷то ìатеìати÷еская ìоäеëü позвоëяет рас-с÷итатü характеристики проöесса резания при то-÷ении без совìестных испытаний инструìентаëü-ноãо и обрабатываеìоãо ìатериаëов. Кроìе тоãо,äанный рас÷етный коìпëекс ìожно аäаптироватüк конкретныì усëовияì произвоäства в сëу÷аеуто÷нения зависиìости Pz от режиìа резания. Есëирас÷еты базируþтся на изìерениях сиëы резанияпри то÷ении, то их поãреøностü буäет опреäеëятüсятоëüко отëи÷иеì показатеëей ìехани÷еских свойств

инструìентаëüноãо ìатериаëа от среäнестатисти-÷еских зна÷ений.

На основании усоверøенствованной физи÷е-ской ìоäеëи проöесса резания разработана ìатеìа-ти÷еская ìоäеëü, которая соäержит новые в теориирезания понятия: КПД систеìы резания, преäеëü-ная работа инструìента, показатеëü пëасти÷ностиìатериаëа.

Данная ìатеìати÷еская ìоäеëü ìожет развиватü-ся, т. е. она не тоëüко отображает знания теориирезания ìетаëëов, но и способна попоëнятüся но-выìи.

Рас÷етная проãраììа коìпактна, не требуетбоëüøих баз äанных. В базу äанных äëя обраба-тываеìых ìатериаëов вкëþ÷аþт параìетры зави-сиìостей напряжений от äефорìаöий, поëу÷енныепри станäартных испытаниях на про÷ностü, а так-же коэффиöиент и показатеëü степени в выраже-нии теìпературы резания. Наприìер, есëи ìатери-аë заãотовки стаëü 45, то σв = 0,7 ГПа, εв = 0,55,

σпö = 0,36 ГПа, εпö = 0,0017; k = 11•104, q = –1,2.Параìетры кривой "растяжение—сжатие" ìожнозаäаватü в виäе зависиìости σ = σ(ε). В базу инст-руìентаëüных ìатериаëов вхоäят: преäеë про÷но-сти при сжатии, крити÷еская теìпература и пре-äеëüное ÷исëо öикëов. Так, äëя инструìентаëüноãоìатериаëа Т15К6 иìееì: σв = 1,1 ГПа, θкр = 800 °C,

u = 105.Проектирование по преäëоженной ìетоäике

преäставëяет собой выбор приеìëеìых параìет-ров обработки в проöессе то÷ения на виртуаëüноìоборуäовании.


1. Швец С. В. Рас÷ет режиìов резания // Сверхтвер-äые ìатериаëы. 2001. № 1. С. 88—91.

2. Швец С. В. Систеìный анаëиз теории резания.Суìы: СуìГУ, 2009. 212 с.

3. Швец С. В. Новая конöепöия рас÷етов характери-стик проöесса резания // Вестник ìаøиностроения.2010. № 5. С. 51—56.

4. Швец С. В. Матеìати÷еская ìоäеëü проöесса ре-зания при то÷ении // Наäежностü инструìента и опти-ìизаöия техноëоãи÷еских систеì. Сб. нау÷. тр. 2010.№ 26. С. 286—292.

5. Зорев Н. Н., Фетисова З. М. Обработка резаниеìтуãопëавких спëавов. М.: Маøиностроение, 1966. 226 с.

6. Исаев А. И. Вëияние ìатериаëа режущей ÷астиинструìента на ÷истоту обработанной поверхности //Чистовая обработка конструкöионных ìетаëëов. М.:Маøãиз, 1951. С. 66—69.

7. Швец С. В. Рас÷ет øероховатости обработаннойповерхности при то÷ении // Коìпрессорное и энерãети-÷еское ìаøиностроение. 2009. № 4(18). С. 27—32.

8. Швец С. В., Яненко М. Б. Опреäеëение параìет-ров øероховатости при то÷ении // Вiсник суìсüкоãоäержавноãо унiверситету. 2006. № 12(96). С. 116—124.

9. Швець С. В. Систеìний пiäхiä äо теорiï рiзання.Киïв: УМК ВО, 1992. 120 с.

σвln σп.öln–

εвln εп.öln–--------------------------

0,4

h, ìì

10,3

0,2

0,1

0,050 20 40 60 Т, ìин

2

21

Рис. 7. Сравнение расчетных (2, 3) и экспериментальных(1, 4) значении износа инструментальных материалов ВК6(1, 2) и Т30К4 (3, 4) (обрабатываемый материал Х18Н9Т,v = 90 м/мин, S = 0,07 мм/об; t = 0,1 мм)


Металлургическое оборудование и прокатное производство

УДК 621.771.014

В. Б. ПРОТАСЬЕВ, ä-р техн. наук, Н. Н. БАТОВА, канä. техн. наук (Туëüский ГУ), e-mail: [email protected]

Ìîäåðíèçàöèÿ âèíòîâûõ âàëêîâäëÿ õîëîäíîé ïîïåðå÷íî-âèíòîâîé ïðîêàòêè

Попере÷но-винтовая прокатка (ПВП) ìеëкихäетаëей, преäставëяþщих собой теëа вращения,явëяется высокопроизвоäитеëüныì и автоìатизи-рованныì проöессоì, схеìа котороãо показана нарис. 1. Каëиброванный пруток 2 поäается ìежäуãëаäкиì направëяþщиì 1 и профиëüныì 3 ваëка-ìи. Ваëок 3 форìирует изäеëие путеì постепенно-ãо увеëи÷ения профиëüной реборäы, и в итоãе от-äеëяет сфорìировавøееся изäеëие 6 от еще несфорìированноãо. Верхняя 4 и нижняя 5 провоä-ки уäерживаþт пруток в зоне äефорìирования.Провоäку 5 настраиваþт так, ÷тобы öентр пруткараспоëаãаëся нескоëüко ниже пëоскости O1O2, ÷тообеспе÷ивает стабиëüное базирование прутка. Гëаä-кий ваëок распоëаãаþт обы÷но ãоризонтаëüно, апрофиëüный — поä уãëоì ε, ÷то обеспе÷ивает пе-реìещение прутка вäоëü ãëаäкоãо ваëка и провоäокпоä äействиеì осевой сиëы Fo.

Диаìетры ãëаäкоãо ваëка (dã) и ãëаäкой ÷асти(dп) профиëüноãо ваëка äоëжны бытü строãо оäи-наковые, в противноì сëу÷ае проскаëüзываниефорìируþщеãося изäеëия по оäноìу из них äеста-биëизирует проöесс ПВП.

Попере÷но-винтовая прокатка разработана вСССР поä руковоäствоì акаäеìика А. Н. Цеëиковаи успеøно приìеняется в разных странах в ìассо-воì произвоäстве при изãотовëении то÷ных заãо-товок øаров, роëиков и в ряäе сëу÷аев изäеëий, нетребуþщих äоработки.

Дëя поëу÷ения ка÷ественных заãотовок в работе[1] сфорìуëированы основные требования к ПВП:1) äефорìаöии не äоëжны превыøатü äопустиìыхäëя прокатываеìоãо ìетаëëа зна÷ений; 2) ÷исëоöикëов обжатия (иëи ÷исëо оборотов заãотовки) запериоä ее форìирования äоëжно бытü ìиниìаëüноäостато÷ныì. Оäнако эти требования противоре÷атäруã äруãу, так как äëя выпоëнения первоãо нужно

увеëи÷итü äëину форìируþщей ÷асти, а второãо —уìенüøитü ее.

В периоä форìирования (рис. 2) заãотовки по-переìенно испытываþт разнонаправëенные на-ãрузки: то÷ки 4 и 2 (рис. 2, а) испытываþт сжатие,то÷ки 1 и 3 — растяжения; при повороте заãотовкина 90° то÷ки 1 и 3 испытываþт сжатие, а то÷ки 4и 2 — растяжение (рис. 2, б). Серäöевина заãотовкистановится рыхëой, и этот потенöиаëüно возìож-ный äефект, который ìожет бытü устранен при пра-виëüноì проектировании проöесса, сужает обëастüиспоëüзования ПВП.

В работе [2] преäëожена ìетоäика рас÷ета про-фиëüноãо ваëка, позвоëяþщая зна÷итеëüно сокра-титü ÷исëо öикëов обжатий путеì неравноìерноãоизìенения высоты реборäы. Дефорìаöионные ха-рактеристики при этоì не превыøаþт äопустиìыхзна÷ений. Дефорìаöии испытывает в основноìпереìы÷ка, соеäиняþщая форìируеìые изäеëия(рис. 3). Есëи при боëüøеì äиаìетрах переìы÷ки

Ðàññìîòðåíû âîçìîæíîñòè ÷åðåäîâàíèÿ ôîðìèðóþ-ùèõ è êàëèáðóþùèõ ó÷àñòêîâ íà âèíòîâûõ âàëêàõ ñ öå-ëüþ ñíèæåíèÿ íàãðóçîê è ïîâûøåíèÿ êà÷åñòâà ïðîêàòû-âàåìûõ èçäåëèé.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: âèíòîâûå âàëêè, ïîïåðå÷íî-âèí-òîâàÿ ïðîêàòêà, ïðóòîê, ôîðìèðóþùèé è êàëèáðóþùèéó÷àñòêè.

Possibilities of alternation of form and calibrate com-plementarity-determining regions on screw rolls with theaim of load dropping and improvement in quality of rollableproducts were considered.

Keywords: screw rolls, oblique rolling, rod, form andcalibrate complementarity-determining regions.

l к 6dп

l ф

dã

А А

ε

321

FFo

O1 O2

5

А–А

4

Осü профиëü-ноãо ваëка

Осü ãëаäкоãоваëка

Рис. 1. Схема холодной ПВП

4

1

2

3

a) б)

4

1

2

3

Рис. 2. Схема обжатия цилиндрической части формируемойзаготовки при ее повороте на 90°


назна÷итü боëüøее обжатие, а при ìенüøеì —ìенüøее, то ìожно уìенüøитü ÷исëо öикëов обжа-тия и устранитü рыхëостü серäöевины. Дефорìа-öии при этоì буäут нахоäитüся в äопустиìых пре-äеëах. Зависиìости, привеäенные в работе [2],обеспе÷иваþт равноìерное äефорìирование пере-ìы÷ки, ÷то особенно важно.

У траäиöионной конструкöии профиëüных ваë-ков естü оäин существенный неäостаток: форìи-руþщая ÷астü (lф) ваëка (сì. рис. 1) иìеет реборäу,изìеняþщуþся по высоте с переìенныì øаãоìвäоëü оси ваëка, а каëибруþщая ÷астü (lк) — ребор-äу, постояннуþ по высоте и с постоянныì øаãоì.

Иссëеäования ПВП показаëи, ÷то äëя окон÷а-теëüной каëибровки заãотовки äостато÷но ÷етырех—пяти оборотов, и тоãäа при äиаìетре прокатываеìо-ãо изäеëия d = 5ј6 ìì и äиаìетре öиëинäри÷еской÷асти ваëков dп = 180ј200 ìì уãëовуþ протяжен-ностü каëибруþщеãо у÷астка ìожно уìенüøитü äо20 и 30° вìесто траäиöионных 180 иëи äаже 360°.

Форìируþщий у÷асток испытывает зна÷итеëü-ные наãрузки, и за оäин оборот изäеëия не успеваетоткаëиброватüся вновü сфорìированная за с÷етувеëи÷ения высоты реборäы ÷астü торöевоãо про-фиëя. На рис. 3 показаны äва поëожения форìируе-ìоãо изäеëия: на÷аëо öикëа о÷ереäноãо обжатия(рис. 3, а) и еãо окон÷ание (рис. 3, б). ПриращениеΔh соответствует объеìу ìетаëëа Δw, который äоë-жен переìеститüся в сфорìировавøуþся ÷астü из-äеëия: Δw = w1 – w2, ãäе w1 и w2 — объеìы ìетаëëав переìы÷ках соответственно в на÷аëе и в конöеöикëа обжатия.

Есëи этоãо не происхоäит, наãрузка перераспре-äеëяется на сëеäуþщий öикë обжатия и т. ä., ÷тоäестабиëизирует проöесс форìирования изäеëия.На торöах изäеëий набëþäается øеëуøение по-верхности, ÷то косвенно поäтвержäает наëи÷иеизбыто÷ных наãрузок. Исправитü это ìожно, есëипосëе кажäоãо оäноãо—äвух öикëов обжатий про-воäитü каëибровку изäеëия в те÷ение оäноãо еãооборота, т. е. периоäи÷ески выпоëнятü посëеäова-теëüно форìирование и каëибровку.

Рас÷ет профиëüноãо ваëка в принöипе анаëоãи-÷ен рас÷ету, привеäенноìу в работе [2]. Нужно тоëü-

ко состыковатü форìируþщие и каëибруþщие у÷а-стки в соответствии с рас÷етной схеìой, привеäен-ной на рис. 4. На развертке по äиаìетру показанаøирина b реборäы по ее основаниþ, расс÷итаннаяисхоäя из равенства объеìов изäеëия в на÷аëе и кон-öе öикëов обжатия по рекоìенäаöияì работы [1].

Есëи форìируþщий у÷асток опреäеëяется уãëо-вой ϕ и ëинейной l коорäинатаìи и известна øири-на b основания реборäы, то уãоë каëибруþщеãо у÷а-стка ìожно опреäеëитü по форìуëе Δϕ = (d360/D)m,ãäе m = 0,5ј1 — ÷исëо оборотов изäеëия на каëиб-руþщеì у÷астке. У÷асток 1—2, соответствуþщийуãëу Δϕ, образуется переìещениеì то÷ки 1 в поëо-жение 2 поä уãëоì α1:

tgα1 = dl/dϕ. (1)

С äостато÷ной äëя рас÷ета то÷ностüþ форìуëу(1) ìожно заìенитü боëее уäобной: tgα1 = Δl/Δϕ,ãäе Δϕ = 0,5°ј1°; Δl — приращение коорäинаты l,соответствуþщее уãëу Δϕ. Шаã на у÷астке 1—2 оп-реäеëяеì по форìуëе T = 360Δl/Δϕ. Высота h ребор-äы на форìируþщих у÷астках постепенно возрас-тает, а на каëибруþщих у÷астках 1—2 (сì. рис. 4)остается постоянной.

Правиëüностü конструкöии профиëüноãо ваëкаìожно оöенитü с поìощüþ 3D ìоäеëи.

Такиì образоì, ìоäернизаöиþ профиëüных ваë-ков ìожно свести к выпоëнениþ сëеäуþщих реко-ìенäаöий:

1) обжатия переìы÷ки äоëжны бытü пропор-öионаëüны ее äиаìетру, а äефорìаöии — постоян-ныìи по веëи÷ине;

2) форìируþщие у÷астки äоëжны ÷ереäоватüсяс каëибруþщиìи, без увеëи÷ения общей äëиныпрофиëüноãо ваëка.


1. Грановский С. П. Прокатка в винтовых каëибрахøаров и заãотовок äëя öиëинäри÷еских и втуëо÷ных изäе-ëий // Произвоäство то÷ных заãотовок ìаøиностроитеëü-ных äетаëей прокаткой. М.: НИИинфорìтяжìаø, 1968.

2. Протасьев В. Б., Юдин Д. И. Проектированиеваëков äëя хоëоäной попере÷но-винтовой прокатки //Сб. нау÷. тр. ìежäунар. конф. "Кëиновая прокатка в ìа-øиностроении". Минск, 2002.

Осü изäеëия

w1 w2

Δh

he

h1

a) б)

Рис. 3. Схема формирования изделия за один цикл обжатия

α1

1

ϕ

l

T

b

2

l 0 h

Δϕ

1

2

ϕ ϕ

Рис. 4. Схема стыковки промежуточного калибрующегоучастка с формирующим


ÎPÃÀÍÈÇÀÖÈß È ÝÊÎÍÎÌÈÊÀ

ÏPÎÈÇÂÎÄÑÒÂÀ

УДК 658.5:62-226.2

А. А. КУТИН, ä-р техн. наук, М. В. ТУРКИН (МГТУ "СТАНКИН", ã. Москва), e-mail: [email protected]

Ïîâûøåíèå ýôôåêòèâíîñòè èçãîòîâëåíèÿêîìïðåññîðíûõ ëîïàòîê ãàçîòóðáèííûõ äâèãàòåëåéíà îñíîâå ïðîèçâîäñòâåííûõ ÿ÷ååêçàìêíóòîãî òåõíîëîãè÷åñêîãî öèêëà

Повыøение произвоäитеëüности изãотовëениясëожных изäеëий ìаøиностроения — актуаëüнаязаäа÷а оте÷ественной обрабатываþщей проìыø-ëенности [1]. В ãазотурбинноì äвиãатеëе (ГТД)коìпрессорная ëопатка — оäна из саìых сëожныхи оäновреìенно ìассовых äетаëей, во ìноãоì оп-реäеëяþщая наäежностü и коне÷нуþ себестоиìостüсовреìенноãо ГТД, т. е. обеспе÷иваþщая еãо кон-курентоспособностü. Поэтоìу оптиìизаöия произ-воäства коìпрессорных ëопаток — важное направ-ëение повыøения конкурентоспособности оте÷е-ственноãо äвиãатеëестроения.

В настоящее вреìя на боëüøинстве преäприятийäвиãатеëестроитеëüной отрасëи РФ испоëüзуетсяìноãоуровневая систеìа орãанизаöии произвоäст-ва, сëоживøаяся в 50-е ãоäы проøëоãо стоëетия,которая основана на аäìинистративноì äеëениипроизвоäства на корпуса и вхоäящие в них öеха,сãруппированные в соответствии с типоì произ-

воäства: заãотовитеëüное, ìехани÷еское, ìеханосбо-ро÷ное, сборо÷ное и т. ä. В отäеëüноì öехе произ-воäственное оборуäование ãруппируется по принöи-пу общности сëужебноãо назна÷ения, т. е. созäаþтсяотäеëüные у÷астки из øëифоваëüных, фрезерных,токарных, сверëиëüных и т. ä. станков. При поäоб-ной орãанизаöии произвоäства в зависиìости оттехноëоãии изãотовëения изäеëия (заãотовки) по-сëеäоватеëüно прохоäят у÷астки, на которых вы-поëняþтся необхоäиìые операöии. По окон÷анииопераöии изäеëие поступает на проìежуто÷ныйскëаä, ãäе нахоäится äо переäа÷и еãо на сëеäуþщуþопераöиþ. Посëе окон÷ания обрабатываþщих опе-раöий изäеëия направëяþтся на скëаä ãотовой про-äукöии, откуäа поступаþт на аãреãатнуþ иëи окон-÷атеëüнуþ сборку [2].

При такой орãанизаöии произвоäственноãопроöесса крайне сëожна систеìа ìарøрутов пере-ìещения изäеëий как ìежäу произвоäственныìоборуäованиеì öеха, так и ìежäу öехаìи, ÷то при-воäит к такиì неãативныì посëеäствияì äëя преä-приятия, как сëожностü пëанирования и управëенияпроизвоäственныì проöессоì, боëüøая проäоë-житеëüностü öикëов изãотовëения изäеëий, боëü-øие объеìы незаверøенноãо произвоäства (НЗП)и ìежопераöионные сроки äëя äетаëüно-сборо÷-ных еäиниö (ДСЕ), äубëирование вспоìоãатеëüныхопераöий, потери при транспортировке изäеëий,необхоäиìостü в ìноãоступен÷атой систеìе техно-ëоãи÷еской поäãотовки произвоäства.

Пере÷исëенные неäостатки существуþщей про-извоäственной структуры ìноãократно усиëиваþт-ся с повыøениеì сëожности изäеëий, так как уве-ëи÷иваþтся ÷исëо необхоäиìых техноëоãи÷ескихопераöий и то÷ностü их выпоëнения, ÷то еще боëü-øе усëожняет ìарøрут äвижения изäеëий.

Повыситü эффективностü произвоäственныхоте÷ественных систеì ìаøиностроитеëüных преä-приятий ìожно путеì перехоäа на ìоäуëüный

Ðàññìîòðåíû ïðèíöèïû ôîðìèðîâàíèÿ ìîäåëè ïðî-öåññà èçãîòîâëåíèÿ äåòàëåé ãàçîòóðáèííûõ äâèãàòåëåé.Ïðåäëîæåí àëãîðèòì, îñíîâàííûé íà ôîðìèðîâàíèèêðèòåðèÿ ñòðóêòóðíîé îðãàíèçàöèè äëÿ ïîñòðîåíèÿ ïðî-èçâîäñòâåííîé ÿ÷åéêè çàìêíóòîãî òåõíîëîãè÷åñêîãîöèêëà.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: îïòèìèçàöèÿ ïðîèçâîäñòâà, ãèá-êîå ïðîèçâîäñòâî, ìîäåëèðîâàíèå ïðîöåññà, êðèòåðèéîïòèìèçàöèè, ãðóïïîâàÿ òåõíîëîãèÿ, ïðîèçâîäñòâåííàÿÿ÷åéêà, ãàçîòóðáèííûé äâèãàòåëü, ëîïàòêà êîìïðåñ-ñîðà.

Foundations of formation of model of manufacture ofgas turbine engine components were examined. One offersalgorithm based on forming criterion of constructive stage-management with aim to generate cell of closed-circuitwork cycle.

Keywords: production optimization, adaptable produc-tion, process simulation, optimization criterion, batch-fab-rication technique, work cell, gas turbine engine, compres-sor blade.


принöип орãанизаöии произвоäства, соãëасно ко-тороìу в кажäоì из произвоäственных ìоäуëейпроизвоäство орãанизовано по принöипу произ-воäственных я÷еек (ПЯ). Кажäая из ПЯ преäстав-ëяет собой у÷асток заìкнутоãо произвоäственноãоöикëа, на котороì техноëоãи÷еское оборуäованиераспоëожено по хоäу техноëоãи÷ескоãо проöесса.Распоëожение оборуäования по виäаì обработкисоãëасно ìарøрутно-операöионныì техноëоãи÷е-скиì проöессаì резко сокращает ãрузопотоки иобеспе÷ивает крат÷айøие пути прохожäения ДСЕпо всеì этапаì произвоäственноãо öикëа, ÷то всвоþ о÷ереäü уìенüøает объеìы НЗП и увеëи÷и-вает коэффиöиент заãрузки оборуäования.

Группирование деталейи производственного оборудования

Важнейøей заäа÷ей при построении ПЯ заìк-нутоãо öикëа явëяется опреäеëение ãрупп соответ-ствия изãотовëяеìых äетаëей и оборуäования, не-обхоäиìоãо äëя их произвоäства.

Дëя структурной оптиìизаöии путеì построе-ния ПЯ заìкнутоãо техноëоãи÷ескоãо öикëа объек-тоì иссëеäования выбраëи произвоäство коìпрес-сорных ëопаток ГТД. У÷итывая øирокуþ ноìенк-ëатуру типов коìпрессорных ëопаток и сëожностüтехноëоãи÷еских проöессов их изãотовëения, рас-сìотриì тоëüко ëопатки коìпрессоров низкоãоäавëения (КНД) АЛ-31Ф, АЛ-31ФН, АЛ-31ФМ1 иАИ-222-25, серийно выпускаеìых ФГУП "НПЦãазотурбостроения "Саëþт" äëя турбореактивныхäвиãатеëей.

Соãëасно аëãоритìу ãруппирования äетаëей иоборуäования [3] сфорìируеì ìатриöу соответст-вия äëя серийно выпускаеìых коìпрессорных ëо-паток, испоëüзуя ìарøрутно-операöионнуþ тех-ноëоãиþ и пере÷енü приìеняеìых станков, а такжепровеäеì посëеäоватеëüнуþ сортировку ряäов икоëонок этой ìатриöы. Окон÷атеëüно поëу÷еннаяìатриöа соответствия преäставëена в табë. 1.

Соответствие ноìеров в табë. 1 äетаëяì преä-ставëено ниже, а произвоäственноìу оборуäова-ниþ табë. 2.

Исхоäя из окон÷атеëüно отсортированной ìат-риöы соответствия, ìожно выäеëитü три основныеãруппы äетаëей и еäиниö оборуäования:

1) рабо÷ие ëопатки (РЛ) КНД АЛ-31Ф иАЛ-31ФМ1 (1, 9, 5, 8, 4, 12 в табë. 1);

2) направëяþщие ëопатки (НЛ) КНД АЛ-31Ф(6, 2, 10 в табë. 1);

3) направëяþщие ëопатки КНД АИ-222-25 (3, 7,11 в табë. 1).

Кроìе тоãо, из табë. 1 ìожно выäеëитü обору-äование, которое испоëüзуþт при изãотовëении всехäетаëей (35; 36; 31; 16; 34; 26).

Отìетиì, ÷то при построении ìатриöы соот-ветствия не рассìатриваëисü операöии заãотови-теëüноãо произвоäства ëопаток, так как поëу÷ение

Номер деталив табл. 1

Обозначение детали

1 . . . . . . . . . . РЛ ст. I КНД АЛ-31Ф2 . . . . . . . . . . НЛ ст. I КНД АЛ-31Ф3 . . . . . . . . . . НЛ ст. I КНД АИ-222-254 . . . . . . . . . . РЛ ст. I КНД АЛ-31ФМ15 . . . . . . . . . . РЛ ст. II КНД АЛ-31Ф6 . . . . . . . . . . НЛ ст. II КНД АЛ-31Ф7 . . . . . . . . . . НЛ ст. II КНД АИ-222-258 . . . . . . . . . . РЛ ст. II КНД Изä. АЛ-31ФМ19 . . . . . . . . . . РЛ ст. III КНД АЛ-31Ф10 . . . . . . . . . НЛ ст. III КНД АЛ-31Ф11 . . . . . . . . . НЛ ст. III КНД АИ-222-2512 . . . . . . . . . РЛ ст. III КНД АЛ-31ФМ1

Таблица 1

Окончательно отсортированная матрица соответствия

Ноìер обо-руäованияв табë. 1

Ноìер äетаëи

1 9 5 8 4 12 6 2 10 3 7 11

36 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

35 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

31 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

16 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

34 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

26 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

33 1 1 1 1 1 1 1 1 1

12 1 1 1 1 1 1

5 1 1 1 1 1 1

2 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1

10 1 1 1 1 1 1

8 1 1 1 1 1 1

7 1 1 1 1 1 1

20 1 1 1 1 1 1

37 1 1 1 1 1 1

18 1 1 1

15 1 1 1

23 1 1 1

29 1 1 1

28 1 1 1

21 1 1 1

17 1 1 1

11 1 1 1

4 1 1 1

3 1 1 1

32 1 1 1

30 1 1 1

27 1 1 1

25 1 1 1

24 1 1 1

19 1 1 1

22 1 1 1

13 1 1 1

14 1 1 1

9 1 1 1

6 1 1 1


заãотовок требует испоëüзования сëожноãо кузне÷-но-øтаìповоãо оборуäования, переìещение кото-роãо эконоìи÷ески невыãоäно.

Экспериментальное определение показателейпроизводственного процесса

Основой ìоäеëи, позвоëяþщей оöенитü эффек-тивностü ìероприятий по выстраиваниþ произ-воäственной я÷ейки заìкнутоãо техноëоãи÷ескоãоöикëа, явëяется анаëити÷еское выражение äëя ко-ëи÷ественной оöенки произвоäитеëüности P и ееизìенения, соäержащее константы α, β, γ, δ и θ,которые поäëежат опреäеëениþ путеì изìерения

произвоäитеëüности äëя разëи÷ных зна÷ений пара-ìетров произвоäственноãо проöесса, отражаþщихфакти÷еское состояние произвоäственной систеìыöеха на ìоìент изãотовëения äанной партии äета-ëей [4]:

P = α , (1)

ãäе Q — ÷исëо ãоäных äетаëей, поëу÷енных из пар-тии; Tн — норìированное вреìя изãотовëения äе-таëей; Tп — вреìя перенаëаäки при сìене ноìенк-ëатуры; V — объеì партии; A — общая произвоä-ственная пëощаäü; d — расстояние, на котороеäетаëü переìещается ìежäу операöияìи обработ-ки; W — среäний уровенü НЗП; M — ìеся÷ная про-ãраììа выпуска äетаëей.

Параìетры произвоäственноãо проöесса, вхоäя-щие в выражение (1), опреäеëиëи сëеäуþщиì об-разоì.

Произвоäитеëüностü P расс÷итаëи исхоäя изфакти÷еской проäоëжитеëüности Tф.ö öикëа из-ãотовëения и ÷исëа Vот äетаëей в партии, отãру-женной в öех-потребитеëü (öех узëовой сборки):P = Vот/Tф.ö.

Факти÷ескуþ проäоëжитеëüностü произвоäст-венноãо öикëа опреäеëиëи как вреìя, в те÷ение ко-тороãо партия äетаëей нахоäиëасü в öехе по äан-ныì сопровоäитеëüной карты.

Норìированное вреìя Tн изãотовëения äетаëейопреäеëиëи по норìаì отäеëа труäа и заработнойпëаты (ОТиЗ) ФГУП "НПЦ ãазотурбостроения"Саëþт". Труäоеìкостü изãотовëения кажäой äета-ëи опреäеëяëи исхоäя из режиìов обработки и ус-реäненных ìежотрасëевых норì.

Вреìя Tп перенаëаäки оборуäования при сìененоìенкëатуры расс÷итаëи по резуëüтатаì экспери-ìентаëüных изìерений проäоëжитеëüности пере-наëаäки еäиниö оборуäования, испоëüзуеìых приобработке выбранной ãруппы äетаëей:

Tп = Tãпр + TЧПУ + Tф + Tø + Tпоë,

ãäе Tãпр, TЧПУ, Tф, Tø, Tпоë — вреìя перенаëаäкисоответственно станков ãоризонтаëüно-протяж-ных; с ЧПУ; фрезерных; øëифоваëüных; поëиро-ваëüных.

Чисëо Q ãоäных äетаëей, поëу÷енных из партиизапуска, опреäеëиëи по äанныì öеховоãо бþро тех-ноëоãи÷ескоãо контроëя (БТК).

Объеì V партии — из сопровоäитеëüной ìар-øрутной карты и по факту сäа÷и заãотовок öехоì-поставщикоì äëя кажäой партии.

Общая произвоäственная пëощаäü A öеха за-фиксирована соãëасно пëанировке öеха-изãотови-теëя (öех № 23 ФГУП "НПЦ ãазотурбостроения"Саëþт").

Таблица 2

Расшифровка номеров оборудования в матрице соответствия

Ноìер оборуäо-

ванияв табë. 1

Наиìенование

1 Горизонтаëüно-фрезерный станок 6Т82Г2 Горизонтаëüно-фрезерный станок 6Т82-293 Горизонтаëüно-фрезерный станок FNK-25A4 Горизонтаëüно-фрезерный станок 6Т83Г5 Протяжной станок 7Б576 Сверëиëüный станок В2-407 Сверëиëüный станок 2Н1258 Копироваëüно-фрезерный поëуавтоìат ФК-3009 Вертикаëüно-фрезерный станок 6Т12-1

10 Вертикаëüно-фрезерный станок 6Р1211 Вертикаëüно-фрезерный станок ФВ-32Х132А12 Токарный станок 16К2013 Токарно-винторезный станок DLG-5H14 Токарно-винторезный станок 16Б16КА

15 Пëоскоøëифоваëüный станок высокой то÷ности 3Г71М

16 Поëироваëüная бабка

17 Ленто÷ный поëироваëüно-øëифоваëüный ста-нок Spacesaver 1004A Bader

18 Шëифоваëüный станок FNK-25A19 Виброøëифоваëüная установка R320ECKF Rosler20 Абразивно-отрезной станок21 Токарно-ëобовой станок с ЧПУ ТЛ-1000К22 Станок с ЧПУ SINUMERIK MA-655

23 Вертикаëüно-фрезерный станок с ЧПУUWF-851 Hermle

24 Вертикаëüно-фрезерный станок с ЧПУUWF-721 Hermle

25 Токарный станок BOEHRINGER NG20026 Станок с ЧПУ Cincinnati Arrow VMC-75027 Вертикаëüно-фрезерный станок с ЧПУ 6М13СН28 Установка заëивки ìо÷евины29 Установка выпëавки ìо÷евины30 Установка заëивки и выпëавки ВУДа31 Пе÷ü СЭВ-5,532 Мое÷ная ìаøина MCF-125033 Мое÷ная ìаøина MC-7534 Установка ПОМКЛ35 Установка ЛЮМ1-ОВ36 Ванна äëя травëения37 Высоко÷астотный ãенератор RS-64

Q

Tн

-----Tн

Tп

------⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ β

Q

V----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ γ

A

d2

----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ δ

M

w----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ θ


Расстояние d расс÷итаëи ìетоäоì "Диаãраììыспаãетти" [5] на основе ìарøрутно-операöионнойтехноëоãии и пëанировки öеха.

Данные о среäнеì уровне НЗП взяëи из еже-ìеся÷ных веäоìостей незаверøенноãо произвоäст-ва, составëяеìых пëаново-äиспет÷ерскиì отäеëоì(ПДО) ФГУП "НПЦ ãазотурбостроения "Саëþт".

Меся÷нуþ проãраììу M выпускаеìых äетаëейопреäеëиëи по пëану отãрузки проäукöии öеха-из-ãотовитеëя.

Исхоäя из уже опреäеëенных ãрупп соответст-вия äетаëей и оборуäования и соãëасно описаннойìетоäике опреäеëяëи зна÷ения параìетров произ-воäственно-техноëоãи÷ескоãо проöесса äëя äетаëейпервой ãруппы — рабо÷их ëопаток КНД АЛ-31Ф.

Дëя уìенüøения вëияния сëу÷айных и систе-ìати÷еских произвоäственных факторов на ÷исто-ту экспериìента äанные фиксироваëисü äëя пар-тий äетаëей, изãотовëенных с ìарта 2010 ã. поиþнü 2011 ã.

Формирование моделипроизводственного процесса

Важнейøиì эëеìентоì структурной оптиìиза-öии произвоäства явëяется наëи÷ие ìоäеëи, аäек-ватно описываþщей сутü изìенений саìоãо произ-воäственноãо проöесса.

Дëя опреäеëения зна÷ений констант α, β, γ, δ, θи окон÷атеëüноãо форìирования ìоäеëи, описы-ваþщей изìенение произвоäитеëüности изãотовëе-ния коìпрессорных ëопаток испоëüзоваëи äанныеэкспериìентаëüных иссëеäований параìетров из-ãотовëения рабо÷их ëопаток коìпрессора низкоãоäавëения АЛ-31Ф.

Дëя нахожäения прибëиженных зна÷ений кон-стант α, β, γ, δ и θ быë приìенен ìетоä ãраäиент-ноãо спуска, при этоì ãрани÷ныìи усëовияìи оп-тиìизаöии быëи техни÷еские возìожности произ-воäственной систеìы öеха. Поëу÷иëи сëеäуþщиезна÷ения: α = 2,94; β = 0,62; γ = 1,37; δ = 0,82;θ = 0,85.

Такиì образоì, зависиìостü, описываþщая про-извоäственно-техноëоãи÷еский проöесс изãотовëе-ния рабо÷их ëопаток КНД АЛ-31Ф и АЛ-31ФМ1,приниìает виä:

P = 2,94 . (2)

Провериì то÷ностü и аäекватностü вывеäеннойзависиìости, сравнив зна÷ения произвоäитеëüно-сти, поëу÷енные с ее поìощüþ, с факти÷ескиìизна÷енияìи, поëу÷енныìи экспериìентаëüно. Изтабë. 3 виäно, ÷то расхожäения теорети÷еских ифакти÷еских зна÷ений произвоäитеëüности нахо-äятся в преäеëах 8 %, т. е. зависиìостü (2) справеä-ëива äëя описания проöесса изãотовëения рабо÷их

ëопаток КНД АЛ-31Ф и АЛ-31ФМ1. Отìетиì, ÷топри рас÷ете произвоäитеëüности норìированноевреìя Tн изãотовëения äетаëей выбираëи, у÷иты-вая разìер партии запуска.

Из табë. 3 виäно также, ÷то рас÷етная произво-äитеëüностü Pр всеãäа превыøает факти÷ескуþ Pф.Это объясняется наëи÷иеì усëовно-систеìати÷е-ских факторов, которые не у÷итываþтся в разрабо-танной ìоäеëи. Кроìе тоãо, наибоëüøие расхож-äения набëþäаþтся при объеìе партии запускабоëüøе 500 øт., ÷то обусëовëено сëу÷айныìи со-бытияìи (поëоìка инструìента, станка иëи отсут-ствие оснастки), которые не у÷итываþтся уравне-ниеì (2), но ìоãут оказыватü вëияние на проäоë-житеëüностü öикëа изãотовëения äетаëей.

Основныìи усëовно-сëу÷айныìи фактораìи,вëияþщиìи на то÷ностü ìоäеëи произвоäственно-техноëоãи÷ескоãо проöесса, явëяþтся: отсутствиенеобхоäиìоãо инструìента и оснастки; поëоìкаиспоëüзуеìых приспособëений иëи инструìента;нерабо÷ее состояние необхоäиìоãо произвоäствен-ноãо оборуäования; изнаøивание испоëüзуеìыхсреäств изìерения.

Непосреäственное вëияние кажäоãо из пере÷ис-ëенных факторов усиëивается с увеëи÷ениеì раз-ìера партии запуска и объеìа НЗП, нахоäящеãосяв систеìе.

Построение производственной ячейкизамкнутого технологического цикла

Группирование äетаëей и произвоäственноãооборуäования позвоëиëо, испоëüзуя аëãоритì рас-становки посëеäнеãо [6], разработатü принöипи-аëüнуþ пëанировку (рисунок) произвоäственнойя÷ейки заìкнутоãо техноëоãи÷ескоãо öикëа по из-ãотовëениþ рабо÷их ëопаток коìпрессора ГТД.При этоì оборуäование, необхоäиìое äëя выпоë-нения спеöиаëüных операöий техноëоãи÷ескоãопроöесса (напайка реëита, ëþìинесöентный кон-троëü и терìообработка), не воøëо в состав произ-воäственной я÷ейки, так как оно сконöентриро-вано на спеöиаëизированных у÷астках, иìеþщихспеöиаëüнуþ инфраструктуру.

Q

Tн

-----Tн

Tп

------⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 0,62

Q

V----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 1,37

A

d2

----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 0,82

M

w----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 0,85

Таблица 3

Расчетная Pр и фактическая Pф производительности процесса

изготовления лопаток КНД АЛ-31Ф и АЛ-31ФМ1

Обозна÷е-ние äетаëи

V, øт. W, норìо-÷ Pр, øт./÷ Pф, øт./÷

99.01.80.016 371 3376 0,17 0,1699.01.80.017 90 1012 0,44 0,4199.01.80.017 241 2875 0,19 0,1899.01.80.017 182 3532 0,16 0,1499.01.80.017 57 1127 0,29 0,2899.01.80.018 41 2653 0,14 0,1399.01.80.018 155 2053 0,37 0,3699.01.80.018 178 1583 0,48 0,47


Важнейøиì показатеëеì эффективности ìеро-приятий по структурной оптиìизаöии произвоäст-венно-техноëоãи÷ескоãо проöесса явëяется изìе-нение интеãраëüной произвоäитеëüности у÷асткапо изãотовëениþ коìпрессорных ëопаток:

Pу÷ = Pi, (3)

ãäе Pi = α ; n — ÷исëо

типов äетаëей, выпускаеìых äанныì у÷асткоì.

При существуþщей структуре произвоäствен-ноãо проöесса среäняя интеãраëüная произвоäи-теëüностü, расс÷итанная по форìуëе (3), исхоäя изусреäненных äанных по отãрузке коìпрессорныхëопаток öеху-потребитеëþ за øестиìеся÷ный пе-

риоä, составиëа: Pс.ин = Pi = 3 øт/÷, ãäе n = 6.

Рас÷етнуþ интеãраëüнуþ произвоäитеëüностüäëя разработанной произвоäственной я÷ейки заìк-нутоãо öикëа опреäеëиì, исхоäя из новых äанныхпроизвоäственно-техноëоãи÷ескоãо проöесса пофорìуëе (3) с ранее опреäеëенныìи зна÷енияìи

констант: Pр.ин.я÷ = Pi = 11 øт/÷, ãäе n = 6.

Дëя собëþäения ÷истоты рас÷етноãо экспери-ìента объеìы партий запуска и выхоäа ãоäных äе-таëей, а также труäоеìкостü изãотовëения ëопатокоставиì прежниìи.

Произвоäитеëüностü увеëи÷иëасü всëеäствиеуìенüøения расстояния, которое äетаëи прохоäятв проöессе обработки, и вреìени перенаëаäки про-извоäственноãо оборуäования.

Такиì образоì, рас÷ет показаë возìожностüувеëи÷ения произвоäитеëüности в 4 раза на основеорãанизаöии произвоäственных я÷еек заìкнутоãоöикëа путеì структурной оптиìизаöии произвоä-ственно-техноëоãи÷ескоãо проöесса.

В ы в о ä ы

1. Построение произвоäственных я÷еек заìкну-тоãо техноëоãи÷ескоãо öикëа возìожно в сëу÷аеøироконоìенкëатурноãо и высокотехноëоãи÷ноãопроизвоäства.

2. Распоëожение произвоäственноãо оборуäова-ния по хоäу техноëоãи÷ескоãо проöесса в раìкахпостроенной произвоäственной я÷ейки позвоëяетсущественно сократитü ненорìируеìое вреìя вструктуре произвоäственноãо öикëа.

3. Построениеì произвоäственной я÷ейки ìож-но äости÷ü ÷етырехкратноãо увеëи÷ения инте-ãраëüной произвоäитеëüности.

4. Рас÷етные зна÷ения произвоäитеëüности, по-ëу÷енные с поìощüþ ìоäеëирования произвоäст-венноãо проöесса, отëи÷аþтся от экспериìентаëü-ных äанных не боëее ÷еì на 8 %.


1. Григорьев С. Н. Тенäенöии и пробëеìы ìоäерни-заöии ìаøиностроитеëüноãо произвоäства на базе оте÷е-ственноãо станкостроения // Вестник МГТУ СТАНКИН.2010. № 3. С. 7—13.

2. Калачанов В. Д., Джамай Е. В. Форìирование иоптиìизаöия ресурсноãо обеспе÷ения проãраìì авиа-строитеëüноãо произвоäства // Авиакосìи÷еская техни-ка и техноëоãия. 2005. № 4. С. 61—69.

3. Туркин М. В. Метоäика ãруппирования äетаëей иоборуäования äëя построения произвоäственных я÷еекзаìкнутоãо öикëа // Вестник Саратовскоãо ГТУ. 2011.№ 2(56). С. 154—160.

4. Кутин А. А., Туркин М. В. Критерий структурнойоптиìизаöии произвоäственноãо проöесса изãотовëениясëожных äетаëей ìаøиностроения // Известия высøиху÷ебных завеäений. Маøиностроение. 2011. № 10.С. 72—75.

5. Вумек Д., Джонс Д. Бережëивое произвоäство. М.:Аëüпина Бизнес Букс. 2008. 470 с.

6. Кутин А. А., Туркин М. В. Моäеëü расстановкиоборуäования в усëовиях построения произвоäственныхя÷еек заìкнутоãо öикëа // Вестник МГТУ "Станкин".2011. № 4. С. 11—15.

i 1=

n

∑

Q

Tн

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

i

Tн

Tп

------⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

i

βQ

V----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

i

γA

d2

----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

i

δM

w----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

i

θ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12

1314

15

16

17

18

19

20

Принципиальная планировка производственной ячейки поизготовлению рабочих лопаток компрессора ГТД (поз. 1ј20

соответствуþт ноìераì оборуäования в табë. 2)

i 1=

n

∑

i 1=

n

∑


УДК 331.101.68

Т. Н. ДЕНИСОВА, канä. экон. наук (Ураëüский феäераëüный университет, ã. Екатеринбурã), e-mail: [email protected]

Îöåíêà ýôôåêòèâíîñòè òðóäàíà ïðîìûøëåííûõ ïðåäïðèÿòèÿõÓðàëüñêîãî ôåäåðàëüíîãî îêðóãà

Сеãоäня äëя боëüøинства российских проìыø-ëенных преäприятий актуаëен такой эконоìи÷е-ский показатеëü, как эффективностü труäа, основ-ной составëяþщей котороãо явëяется произвоäи-теëüностü труäа. Оäнако этот показатеëü не отражаетвесü спектр резуëüтативности функöионированияпреäприятия, в ÷астности не у÷итывает ка÷ествотруäа и раöионаëüностü испоëüзования труäовыхресурсов. Такой показатеëü, как эффективностü тру-äа, выражает резуëüтативностü произвоäства принаиìенüøих труäовых затратах, при этоì в отëи÷иеот произвоäитеëüности труäа показывает не тоëüкокоëи÷ественные, но и ка÷ественные аспекты тру-äовой äеятеëüности, у÷итывая раöионаëüное ис-поëüзование труäовых ресурсов [1, 2].

Чеì выøе произвоäитеëüностü труäа, теì выøееãо эффективностü при неизìенноì ка÷естве рабо-ты. Дëя преäприятия важна не тоëüко выработка веäиниöу рабо÷еãо вреìени, но и то, с какиìи тру-äовыìи затратаìи она связана. Труäовые затратызависят от ÷исëенности персонаëа и эффективно-сти испоëüзования труäовых ресурсов. Поэтоìупри анаëизе эффективности труäа буäеì рассìат-риватü затраты труäа в еäиниöу рабо÷еãо вреìени су÷етоì режиìа работы и работоспособности пер-сонаëа преäприятия.

Такиì образоì, эффективностü труäа зависит отиспоëüзования труäовых ресурсов с у÷етоì затра-÷енноãо вреìени и ка÷ества работы. Эффектив-ностü труäа отражает баëанс соöиаëüной и эконо-ìи÷еской эффективностей ÷ерез призìу труäовыхотноøений на основе принöипа эконоìноãо ис-поëüзования рабо÷ей сиëы.

Дëя установëения приоритетности составëяþ-щих эффективности труäа быëа разработана анкетаäëя опреäеëения реаëüно испоëüзуеìых показате-ëей на преäприятиях Ураëüскоãо феäераëüноãо ок-руãа (УФО) путеì анкетирования спеöиаëистов,напряìуþ иëи косвенно связанных с оöенкой эф-фективности труäа — эконоìистов-норìировщи-ков, инженеров по охране труäа, работников отäеëакаäров и äр. Иссëеäование охватиëо 15 преäпри-ятий УФО, äеятеëüностü которых связана с эëек-троэнерãетикой, äобы÷ей неруäных ìатериаëов ипоëезных ископаеìых, произвоäствоì ìетаëëокон-струкöий и труб.

Опрос показаë, ÷то из ìножества эконоìи÷е-ских показатеëей, опреäеëяþщих эффективностüтруäа, на äанных преäприятиях испоëüзуþт в ос-новноì показатеëи, отражаþщие изìенение объ-еìа произвоäства, затраты на опëату и охрану труäа,уровенü ìоäернизаöии оборуäования, ÷исëенностüи структуру персонаëа, произвоäитеëüностü труäа,труäоеìкостü, фонä заработной пëаты, теку÷естüкаäров. Из показатеëей эффективности охраны тру-äа испоëüзуþт сëеäуþщие: äоëя работников, заня-тых на вреäных произвоäствах, уровенü травìатиз-ìа, уровенü забоëеваеìости, ÷исëо наруøений тех-ники безопасности в ãоä (реже). Также иссëеäуетсяряä ка÷ественных показатеëей: ÷исëо рекëаìаöий,коëи÷ество ãоäноãо проäукта.

Анаëиз поëу÷енных резуëüтатов показаë отсут-ствие на преäприятиях взаиìосвязи ìежäу реøе-нияìи по управëениþ персонаëоì и фактораìи,отражаþщиìи эффективностü труäа. Боëüøинство(80 %) из опроøенных преäприятий ка÷ественныепоказатеëи труäа корректируþт оäин раз в ãоä, ос-таëüные — оäин раз в 5 ëет и тоëüко 15 % преä-приятий провоäят ежеìеся÷ный анаëиз, остаëüныесравниваþт показатеëи текущеãо ãоäа с показате-ëяìи проøëоãо ãоäа.

Данные показатеëи испоëüзуþт äëя корректи-ровки заработной пëаты, преìий, аттестаöии пер-сонаëа и тоëüко 20 % преäприятий — äëя уëу÷øе-ния усëовий труäа работников и äëя проãноза сво-ей äеятеëüности в öеëоì. При этоì показатеëиприìеняþтся разрозненно. Так, отäеë охраны тру-äа иссëеäует коëи÷ественные труäовые показатеëифизиоëоãи÷еской направëенности, пëановый и эко-ноìи÷еский отäеëы — коëи÷ественные эконоìи-÷еские показатеëи и оäин—äва ка÷ественных пока-затеëя, но не устанавëиваþт их взаиìосвязей.

Ðàññìîòðåíû ìåòîäû îöåíêè ýôôåêòèâíîñòè òðóäàíà ïðèìåðå ïðåäïðèÿòèé Óðàëüñêîãî ôåäåðàëüíîãî îê-ðóãà. Ïðåäëîæåí ïîêàçàòåëü ðåçóëüòàòèâíîñòè òðóäà,ïîçâîëÿþùèé èíòåãðèðîâàòü êà÷åñòâåííûå è êîëè÷åñò-âåííûå ïîêàçàòåëè ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ïðåäïðèÿòèÿ.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: ýôôåêòèâíîñòü òðóäà, ðåçóëüòà-òèâíîñòü òðóäà, êà÷åñòâåííûå è êîëè÷åñòâåííûå ïîêà-çàòåëè, êëþ÷åâûå ïîêàçàòåëè ýôôåêòèâíîñòè òðóäà.

Work performance evaluation methods in terms of en-terprises of Ural federal district were examined. Measure ofwork efficiency that makes possible to integrate quality andquantity data of enterprise operation was offered.

Keywords: work effectiveness, work efficiency, qualityand quantity data, work effectiveness highlights.


Окоëо 75 % из опроøенных преäприятий тратятна охрану труäа 0,001ј0,5 % общих затрат, остаëü-ные преäприятия — 1,5ј2 %, при÷еì ни на оäноìиз них не анаëизируþт затраты, направëенные наповыøение эффективности труäа.

Иссëеäуя уровенü автоìатизаöии рас÷етов эф-фективности труäа, отìетиëи, ÷то ни на оäноìпреäприятии нет спеöиаëüной проãраììы, у÷иты-ваþщей спеöифику ее äеятеëüности, на 65 % преä-приятий испоëüзуþт общеорãанизаöионные про-ãраììы, такие, наприìер, как 1С:Преäприятие иSAP R/3.

Анаëиз пубëикаöий и иссëеäования позвоëиëивыявитü и структурироватü некоторые äанные поэффективности труäа на преäприятиях, ÷то ìожетстатü основой äëя разработки коìпëексноãо ìетоäарас÷ета эффективности труäа и ее корреëяöионнойвзаиìосвязи с систеìой управëения персонаëоì,аäаптированной к спеöифике проìыøëенных преä-приятий УФО.

Анаëиз поëу÷енных äанных показаë сëеäуþщее:низкое испоëüзование показатеëей эффектив-

ности труäа (ìенее 30 % и тоëüко траäиöионные);сëабый у÷ет ка÷ественных факторов эффектив-

ности труäа;отсутствие синерãети÷ескоãо эффекта в резуëü-

тате разäеëüноãо у÷ета и анаëиза показатеëей эф-фективности и охраны труäа;

неäостаток интеãраöии ка÷ественных и коëи÷е-ственных показатеëей;

отсутствие обоснованной и öеëесообразной пе-риоäи÷ности иссëеäований в äанной обëасти ианаëиза соответственных показатеëей;

сëабый у÷ет вëияния отрасëевоãо фактора наиссëеäуеìые показатеëи;

сëабая связü инструìентов управëения персона-ëоì с фактораìи эффективности труäа;

несоизìериìостü общих и ÷астных показатеëейэффективности труäа;

отсутствие приоритетности показатеëей эффек-тивности труäа в зависиìости от виäа äеятеëüностипреäприятия.

Такиì образоì, äëя ка÷ественной оöенки эф-фективности труäа необхоäиì коìпëекс обобщаþ-щих и ÷астных характеристик, в ка÷естве которыхсëеäует испоëüзоватü как коëи÷ественные, так ика÷ественные показатеëи, при этоì показатеëи эф-фективности ìожно разäеëитü на эконоìи÷еские исоöиаëüные.

Боëüøое зна÷ение äëя преäприятия иìеþт та-кие характеристики, как территориаëüное поëоже-ние, отрасëевая принаäëежностü, объеìы и спеöи-фика произвоäства, возраст преäприятия, степенüоппортунизìа в еãо стратеãии и ìноãое äруãое. Ко-ëи÷ественные показатеëи составëяþт основу фак-торноãо анаëиза, к ниì относятся: ÷исëенностü исостав персонаëа, теку÷естü каäров, рабо÷ее вреìя,произвоäитеëüностü труäа, фонä заработной пëаты.

В первуþ о÷ереäü провоäят анаëиз коëи÷ественныхпоказатеëей, но они непоëностüþ характеризуþтэффективностü äеятеëüности преäприятия. Поэто-ìу к иссëеäованиþ состояния труäовых ресурсовсëеäует поäхоäитü äифференöированно, опреäеëяяих зна÷ения за конкретный периоä вреìени и пëа-нируя их развитие в перспективе.

Дëя зна÷итеëüноãо эконоìи÷ескоãо эффекта отраöионаëизаöии труäа необхоäиì инструìентарий,позвоëяþщий соотнести интеãраëüный анаëиз эф-фективности труäа с äостоверной и äостато÷нойинфорìаöией о состоянии всех проöессов на преä-приятии. Основой такоãо инструìентария ìожетстатü систеìа кëþ÷евых показатеëей эффективно-сти (КПЭ) и систеìа сбаëансированных показате-ëей, поëу÷ивøие øирокое распространение вуправëении преäприятияìи за рубежоì.

Оäнако äëя анаëиза труäовой äеятеëüности преä-ëаãается рассìатриватü систеìу КПЭ, сфокусиро-ваннуþ на показатеëях эффективности труäа; бу-äеì называтü такуþ систеìу — КПЭ труäа (КПЭТ).Заäа÷а скорректированной систеìы КПЭТ и сба-ëансированных труäовых показатеëей закëþ÷ает-ся в перевоäе отäеëüных резуëüтатов труäа в коì-пëексный набор показатеëей эффективности труäа.Набор показатеëей заäает основу äëя форìирова-ния äаëüнейøеãо развития труäовых проöессов ивкëþ÷ает в себя коëи÷ественные и ка÷ественныехарактеристики äëя инфорìирования сотруäниковоб основных факторах äостиãнутых успехах и преä-поëаãаеìых в перспективе. Форìуëируя ожиäае-ìые резуëüтаты, преäприятие заявëяет их в ка÷ест-ве своей öеëи и созäает усëовия äëя их реаëизаöии,а высøее руковоäство направëяет ресурсы, уìениеи знания сотруäников на реøение заäа÷ äоëãосро÷-ной перспективы.

Базовая конöепöия сбаëансированных показа-теëей состоит в тоì, ÷то траäиöионные финансово-эконоìи÷еские показатеëи неäостато÷ны äëя все-стороннеãо опреäеëения эффективности труäа [3].Дëя реøения этих заäа÷ необхоäиìо иìетü боëее"сбаëансированный" набор показатеëей в разëи÷-ных аспектах äеятеëüности преäприятия, позво-ëяþщий контроëироватü факторы, вëияþщие наэти показатеëи, а не просто отсëеживатü резуëüта-ты. Дëя успеøноãо ìониторинãа труäовых проöес-сов не сëеäует все вниìание заострятü на оöенкетруäа проøеäøеãо периоäа, а наäо рассìатриватüте показатеëи, которые буäут вëиятü на резуëüтатытруäовой äеятеëüности в буäущеì.

Скорректированная систеìа КПЭТ и сбаëанси-рованные труäовые показатеëи — это коìпëекс по-казатеëей эффективности труäа, в поëной ìере от-ражаþщий резуëüтативностü преäприятия. Фор-ìуëировкой ожиäаеìых резуëüтатов опреäеëяетсяöеëü. Даëее созäаþтся усëовия äëя ее реаëизаöии.При этоì управëяþщий орãан преäприятия äоëжен


направëятü весü потенöиаë труäовых ресурсов нареøение поставëенных заäа÷.

Систеìу КПЭТ сëеäует внеäрятü поэтапно встроãой посëеäоватеëüности.

Этап 1. Формирование целей управления трудовы-ми ресурсами. Четко сфорìуëированные öеëи и ко-не÷ные резуëüтаты — основа успеøной äеятеëüно-сти преäприятия. При наëи÷ии нескоëüких öеëейстроят äрево, которое вкëþ÷ает в себя заäа÷и äëяотäеëüных структурных поäразäеëений. При этоìважно опреäеëитü öеëевые приоритеты и осущест-вëятü коорäинаöиþ ìежäу поäразäеëенияìи, ÷топозвоëит сэконоìитü среäства и вреìя.

Этап 2. Определение основных факторов, влияю-щих на эффективность труда и отражающих кад-ровые и экономические аспекты деятельности пред-приятия.

Этап 3. Определение КПЭТ, на основании кото-рых устанавëиваþт ìероприятия, направëенные наповыøение эффективности труäа. При этоì важноопреäеëитü оптиìаëüное их ÷исëо, отсекая все вто-ростепенные.

Основные требования к КПЭТ:оптиìаëüное ÷исëо показатеëей;еäиные рас÷еты в раìках преäприятия;связü испоëüзуеìых показатеëей с основныìи

фактораìи успеха;контроëü наä показатеëяìи, т. е. возìожностü

вëиятü на факторы успеха.Структура систеìы КПЭТ зависит от инäустри-

аëüной спеöифики преäприятия и от заäа÷ струк-турноãо поäразäеëения.

Данная систеìа КПЭТ позвоëит реøитü заäа÷у"уìноãо" контроëя и навеäения операöионноãо "по-ряäка" на проìыøëенных преäприятиях и уìенü-øитü äисбаëанс ìежäу существуþщиìи и реаëüноиспоëüзуеìыìи показатеëяìи эффективности тру-äа. Систеìа КПЭТ äоëжна опиратüся на ìетоäыкорреëяöионноãо и факторноãо анаëиза.

Испоëüзование систеìы КПЭТ носит ìноãо-пëановый характер, охватывая связи ìежäу ìоне-тарныìи (связанные с реаëизаöией проäукöии) инеìонетарныìи показатеëяìи, стратеãи÷ескиì иоперативныì управëениеì ка÷ествоì, поëу÷енны-ìи и пëанируеìыìи резуëüтатаìи, а также внут-ренниìи и внеøниìи аспектаìи труäовой äеятеëü-ности преäприятия.

В раìках систеìы КПЭТ необхоäиìо разëи÷атüпоказатеëи, опреäеëяþщие äостиãнутые резуëüта-ты и отражаþщие проöессы, которые способствуþтпоëу÷ениþ этих резуëüтатов. Обе ãруппы показа-теëей äоëжны бытü связаны ìежäу собой, так какäëя äостижения первых (наприìер опреäеëенноãоуровня произвоäитеëüности) необхоäиìо реаëизо-ватü вторые (испоëüзоватü все ìощности оборуäо-вания, повыситü безопасностü труäа и пр.). Оäнакоìенеäжеры, как правиëо, уäеëяþт вниìание пока-затеëяì первой ãруппы.

В табë. 1 преäставëена преäëаãаеìая систеìаКПЭТ. Экстенсивные показатеëи отнесены к ко-ëи÷ественныì, поскоëüку они отражаþт структуруиссëеäуеìоãо объекта, разбиение еãо на ÷асти, äо-ëþ кажäой ÷асти в öеëоì, интенсивные показате-ëи — к ка÷ественныì.

В табë. 2 привеäены основные показатеëи ис-поëüзования рабо÷еãо вреìени, труäовых ресурсов,а также ка÷ества труäа.

Показатеëü интенсивности труäа правиëüнее от-нести к ка÷ественныì критерияì, поскоëüку он за-висит не тоëüко от коëи÷ества труäа, затра÷ивае-ìоãо работникоì за опреäеëенное вреìя, но и отиспоëüзования рабо÷еãо вреìени, физи÷еских, ìо-раëüных и уìственных усиëий, теìпа и повторяе-ìости операöий, ÷исëа выпоëняеìых функöий,÷исëа обсëуживаеìых объектов, т. е. от ìатериаëü-но-техни÷еских, орãанизаöионных и соöиаëüно-эконоìи÷еских усëовий труäа и произвоäства [4].Основное зна÷ение в установëении опреäеëеннойинтенсивности труäа иìеþт степенü и характер ìе-ханизаöии произвоäства, проäоëжитеëüностü рабо-÷еãо вреìени и режиì труäа, ãрафик отäыха, орãа-низаöия, норìирование и опëата труäа, санитарно-ãиãиени÷еские усëовия, эстетика, кваëификаöияперсонаëа и еãо отноøение к труäу, усëовия жиз-ни, питание, ìеäиöинское обсëуживание. Интен-сивностü труäа зависит от возраста и поëа сотруä-ника, а также от прироäно-кëиìати÷еских факто-ров [5].

От интенсивности труäа зависят показатеëи äее-способности и воспроизвоäства персонаëа: рабо-тоспособностü, скоростü и степенü утоìëяеìости,степенü восстановëения работоспособности за вре-ìя отäыха, произвоäственный травìатизì, забоëе-ваеìостü, срок активной труäовой äеятеëüности.Все это опреäеëяет ка÷ественный характер äанноãопоказатеëя.

Эконоìи÷еский аспект интенсивности труäаопреäеëяется вëияниеì этоãо показатеëя на объеìпроизвоäиìой проäукöии и ее стоиìостü. Интен-

Таблица 1

Показатеëи эффективности труäа

Коëи÷ественныеКа÷ественные

ìонетарные неìонетарные

Выработка оäноãо рабо÷еãоВыработка оäноãо работаþщеãоТруäоеìкостü на еäиниöу проäукöииРентабеëüностü труäаПроäуктивностü труäаНорìирование труäа

Динаìика ÷ис-ëенноãо составаЭффектив-ностü испоëü-зования рабо-÷еãо вреìениКа÷ество труäа

Интенсивностü труäаСтепенü уäовëетворе-ния от труäаУровенü раöионаëиза-öии труäаСтепенü оппортунизìаНаëи÷ие неявных контрактовМотиваöия труäаДинаìика карüерноãо ростаКонкурентоспособ-ностü труäа


сификаöия, так же как и повыøение произвоäи-теëüности труäа, увеëи÷ивает коëи÷ество выпус-каеìой проäукöии за опреäеëенное вреìя [6].

К ка÷ественныì показатеëяì сëеäует отнестикоэффиöиент раöионаëизаöии труäа, так как кро-ìе оптиìаëüноãо разäеëения труäа, орãанизаöиирабо÷их ìест, ìетоäов произвоäства, режиìа труäаи отäыха äанный показатеëü характеризует соот-ветствие проöесса, преäìета и среäств труäа ожи-äанияì работника, опреäеëяет ìотиваöиþ труäа,возìожности повыøения кваëификаöии сотруäни-ков, созäания поëожитеëüных ìежëи÷ностных от-ноøений в рабо÷еì коëëективе [7].

Раöионаëизаöия труäа ìожет бытü траäиöион-ной, консервативной, отстаëой, проãрессивной ит. п. Во ìноãоì это зависит от ìетоäов, которыìиукрепëяþт труäовуþ äисöипëину на преäприятии:путеì повыøения заинтересованности в работе иëиорãанизаöией общности ëþäей äëя совìестноãотруäа; авторитарныìи иëи äеìократи÷ескиìи ìе-тоäаìи.

Наряäу с коëи÷ественныìи показатеëяìи öе-ëесообразнее ка÷ественные показатеëи внеäритü впрактику оöенки эффективности труäа. Оäнакосëеäует поìнитü, ÷то оöенка обособëенныìи пока-затеëяìи не обеспе÷ивает äостоверный корреëяöи-онный анаëиз, так как коëи÷ественные показате-ëи оöениваþтся в основноì в стоиìостных, про-öентных, инäексных веëи÷инах, а ка÷ественныепоказатеëи характеризуþт эффективностü труäапо разныì аспектаì. Поэтоìу в äопоëнение к вы-øепривеäенныì ка÷ественныì и коëи÷ественныìпоказатеëяì эффективности труäа преäëаãаетсяпоказатеëü резуëüтативности труäа, преäставëяþ-щий собой отноøение объеìа произвеäенной про-äукöии к затратаì труäа, уìноженныì на показа-теëü интенсивности труäа [8].

Оöенивая затраты труäа, сëеäует у÷итыватü то-жäественностü понятий "затраты труäа" и "затратына соäержание персонаëа", которые вкëþ÷аþт в се-бя опëату труäа, стиìуëируþщие äопëаты и наä-бавки, коìпенсаöионные выпëаты, преìии, соöи-аëüные выпëаты, коìанäирово÷ные и приравнен-ные к ниì расхоäы, страховые взносы.

Преäëаãаеìая ìетоäика оöенки кëþ÷евых пока-затеëей эффективности труäа и ввеäенный показа-теëü резуëüтативности труäа позвоëят интеãриро-ватü ка÷ественные и коëи÷ественные показатеëиоöенки эффективности труäа.


1. Генкин Б. М. Эконоìика и соöиоëоãия труäа. М.:Норìа, 2007. 448 с.

2. Жулина Е. Г. Эконоìика труäа. М.: Экзаìен, 2006.157 с.

3. Зраенко Е. С., Типнер Л. М. Приìенение сбаëан-сированной систеìы показатеëей в пëановой äеятеëüно-сти преäприятия: Новые тенäенöии в эконоìике иуправëении орãанизаöией // Сб. тр. VIII ìежäунар. на-у÷.-практ. конф. Екатеринбурã: УГТУ-УПИ, Т. 1. 306 с.

4. Панфилова Н. Ю., Маркова Ю. Н. Повыøениеэффективности работы ìаøиностроитеëüноãо преäпри-ятия на основе управëения рентабеëüностüþ труäа //Реãионаëüная эконоìика. Теория и практика. 2008.№ 16(73). С. 37—45.

5. Экономика и соöиоëоãия труäа / Поä реä. А. Я. Ки-банова. М.: ИНФРА-М, 2010. 540 с.

6. Экономика труäа: Теорети÷еский и практи÷ескийанаëиз / Поä реä. А. А. Феä÷енко. М.: Экзаìен, 2007.510 с.

7. Экономика труäа: соöиаëüно-труäовые отноøения /Поä реä. Н. А. Воëãина, Ю. Г. Оäеãова. М.: Экзаìен,2008. 736 с.

8. Денисова Т. Н. Эконоìика и эффективностü тру-äа. Екатеринбурã: УрФУ, 2010. 178 с.

Таблица 2

Основной аспект

Показатеëи эффективности труäа

экстенсивные интенсивные

Динаìика äвижения труäовых ресурсов

Чисëенностü персонаëаСтруктура (по катеãорияì, поäразäеëенияì, ква-ëификаöии)Динаìика изìенения ÷исëенности персонаëа и структуры

Доëя труäовых ресурсов, занятых тяжеëыì физи÷ескиì труäоìДоëя труäовых ресурсов, занятых на непрестижных работахДоëя труäовых ресурсов, занятых на вреäных произвоäствахУровенü травìатизìаУровенü забоëеваеìостиКоэффиöиент теку÷ести каäровКоэффиöиент абсöентизìа

Испоëüзова-ние рабо÷еãо вреìени

Рабо÷ее вреìя оäноãо работникаВнутрисìенные потери рабо÷еãо вреìениПотери рабо÷еãо вреìени за äенüПотери рабо÷еãо вреìени, связанные с бракоì, откëоненияìи от техноëоãии, наруøенияìи тру-äовой äисöипëины и пр.

Коэффиöиент сìенностиРезервы упëотнения рабо÷еãо äняСокращение вреìени на перерывы, связанные с небëаãопри-ятныìи усëовияìи труäа

Ка÷ество труäа

Проöент сäа÷и проäукöии с первоãо преäъявëенияКоëи÷ество бракованной проäукöииДоëя уìенüøенных потерü от бракаКоëи÷ество ãоäной проäукöииДоëя откëоненных рекëаìаöийКоëи÷ество проäукöии высøеãо ка÷ества

—


УДК 342.922

А. Ч. ЭРКЕНОВ, ä-р техн. наук, А. П. БЕРДАШКЕВИЧ, канä. þриäи÷. наук (Госуäарственная Дуìа РФ),e-mail: [email protected]

Íåêîòîðûå ïðèíöèïû ôîðìèðîâàíèÿ ñîâðåìåííîé äîêòðèíû èíæåíåðíîãî îáðàçîâàíèÿ

В 2011 ã. в Российской Феäераöии наìетиëасüтенäенöия роста ÷исëенности занятоãо насеëения,которая проäоëжиëасü и в 2012 ã. Оäнако уровенüбезработиöы еще остается высокиì. При этоì рос-сийские проìыøëенные преäприятия испытываþтнехватку рабо÷ей сиëы, особенно в высококваëи-фиöированных каäрах. В 2010 ã. 30 % преäприятийиспытываëи потребностü как ìиниìуì в оäнойкатеãории из занятых в произвоäстве спеöиаëüно-стей. В 2010 ã. äефиöит кваëифиöированных ра-бо÷их составиë 20,6 %; спеöиаëистов ëинейныхпоäразäеëений — 10,3 %; некваëифиöированныхрабо÷их, спеöиаëистов функöионаëüных поäразäе-ëений и руковоäитеëей ëинейных поäразäеëений —5ј10 %. С 2007 по 2010 ãã. äефиöит каäров снизиë-ся в 2—4 раза в зависиìости от катеãории.

Руковоäитеëи как успеøных преäприятий, так ииспытываþщих опреäеëенные труäности, оäина-ково объясняþт при÷ины такоãо äефиöита: систе-ìа профессионаëüноãо образования выпускает не-äостато÷ное коëи÷ество спеöиаëистов требуеìоãоуровня; неäостато÷но каäров с ìноãоëетниì опы-тоì работы. На преäприятиях не стоëü успеøных вбизнесе объясняþт это низкой заработной пëатой,так как найì новых сотруäников — основной спо-соб реøения äанной пробëеìы. Из принятых наработу спеöиаëистов разных катеãорий äо 69 % ну-жäаëисü в äопоëнитеëüноì обу÷ении. При этоì извсеãо персонаëа испытываþт потребностü в повы-øении профессионаëüных навыках: в функöионаëü-ных поäразäеëениях — 65 %, в ëинейных поäраз-äеëениях — 64 %, из кваëифиöированных рабо÷их —62 %.

В 2010 ã. 49,6 % из принявøих на работу преä-приятий преäпо÷ëи выпускников вузов, 33,7 % —выпускников у÷ебных завеäений среäнеãо профес-сионаëüноãо образования, 28,5 % — выпускников

на÷аëüноãо профессионаëüноãо образования. Какправиëо, найì выпускников связан с äопоëнитеëü-ныìи финансовыìи вëоженияìи, так как на на-÷аëüноì этапе их труäовой äеятеëüности к ниìприкрепëяþт наставников и(иëи) они прохоäят ста-жировку по конкретной спеöиаëüности. Но у вы-пускников у÷ебных завеäений естü преиìущество —они ëеãко обу÷аеìы.

В России заìетные äостижения иìеþтся в ин-женерноì образовании в обëасти поäãотовки ин-женеров-иссëеäоватеëей, которые востребованы внау÷но-техни÷еских орãанизаöиях и конструктор-ских бþро, оäнако такие спеöиаëисты неохотноиäут работатü на произвоäственные ëинии и в öехазавоäов.

У÷итывая реаëии ìаøиностроитеëüной отрас-ëи, в систеìе образования сëеäует так орãанизоватüпоäãотовку каäров, ÷тобы поëностüþ уäовëетво-ритü текущие потребности в спеöиаëистах. Дëя это-ãо наäо не тоëüко орãанизоватü ìониторинã спросаи преäëожения в труäовых ресурсах, но и отсëежи-ватü äинаìики на рынке труäа. Дëя этоãо необхо-äиìо наëаживатü связи ìежäу работоäатеëяìи исистеìой образования.

Формы сотрудничества предприятийи системы образования

Существуþт разëи÷ные форìы взаиìоäействияпреäприятий с образоватеëüныìи у÷режäенияìи.Наибоëее затратныìи äëя преäприятий явëяетсяäообу÷ение нови÷ков, которых прихоäится посы-ëатü на обу÷ение в äруãие орãанизаöии иëи опëа-÷иватü консуëüтаöии боëее опытных сотруäниковна саìоì преäприятии. Рабо÷ие и сëужащие ÷астоповыøаþт своþ кваëификаöиþ, работая в паре сопытныì работникоì, ÷то не требует пряìых за-трат, поскоëüку такое наставни÷ество нереäко неопëа÷ивается. За посëеäнее вреìя увеëи÷иëосü ÷ис-ëо преäприятий, направëяþщих на пëатное обу÷е-ние своих сотруäников в соответствуþщие у÷ебныеорãанизаöии.

В усëовиях постоянной конкуренöии и высо-кой äинаìики рынка тоëüко быстро аäаптируеìыепреäприятия с ãибкиì управëен÷ескиì аппаратоìспособны уäержатüся на пëаву. Несìотря на то, ÷тоìноãие работоäатеëи заявëяþт о потребности в пе-реобу÷ении каäров, реаëüно испоëüзуþщих это äëяповыøения эффективности произвоäства ãоразäоìенüøе. Как правиëо, основной при÷иной этоìу

Ñòàòüÿ ñîäåðæèò àíàëèç ïðàâîîòíîøåíèé ðàáîòîäà-òåëåé è ñèñòåìû îáðàçîâàíèÿ ñ öåëüþ ðåøåíèÿ ïðîáëåìòðóäîóñòðîéñòâà è ýôôåêòèâíîé ïîäãîòîâêè êàäðîâ.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: ñèñòåìà îáðàçîâàíèÿ, òðóäî-óñòðîéñòâî, ïðåäïðèÿòèå, ðàáîòîäàòåëü, òðóäîâûå ðå-ñóðñû.

The article analyzes the relations of employers and theeducation system to address the problems of employmentand effective training.

Keywords: the system of education, employment, en-terprise, the employer, the labour resources.


явëяется неäостаток среäств, а на успеøных преä-приятиях основной сäерживаþщий фактор — от-сутствие поäхоäящих проãраìì по переобу÷ениþ.

Сотруäни÷ество проìыøëенных преäприятий иу÷ебных завеäений ìожет осуществëятüся в раìкахпересе÷ения коìпетенöий, основанное на соотно-øении спроса и преäëожения на рынке труäа äëявыпускников у÷ебных завеäений и работников, на-правëенных на переобу÷ение и повыøение кваëи-фикаöии.

Сопоставëяя установëенный законоì о труäеправовой статус работоäатеëя и установëенный за-коноì об образовании статус у÷ебноãо завеäения,быëо установëено, ÷то функöии указанных субъек-тов права и по öеëяì, и по коне÷ныì резуëüтатаìне совпаäаþт и äаже не пересекаþтся.

Закон äопускает у÷астие работоäатеëей в ряäепроöеäур, вкëþ÷ая поäãотовку профессионаëüныхстанäартов образования. При провеäении ãосуäар-ственной аккреäитаöии образоватеëüных у÷режäе-ний, нау÷ных орãанизаöий относитеëüно профес-сионаëüных образоватеëüных проãраìì в составкоëëеãиаëüноãо аккреäитаöионноãо орãана вкëþ-÷аþт преäставитеëей от преäприятий, äеятеëüностüкоторых связана с äанной обëастüþ знаний. К ãо-суäарственной (итоãовой) аттестаöии обу÷аþщих-ся, освоивøих основные профессионаëüные обра-зоватеëüные проãраììы, также привëекаþт рабо-тоäатеëей. Но это у÷астие не преäписано законоìи не обязатеëüно.

К поëноìо÷ияì феäераëüных орãанов ãосуäар-ственной вëасти относятся: установëение поряäкау÷астия объеäинений работоäатеëей в разработкеи реаëизаöии ãосуäарственной поëитики в обëас-ти профессионаëüноãо образования, в тоì ÷исëе вразработке феäераëüных ãосуäарственных образо-ватеëüных станäартов и требований к äопоëни-теëüныì профессионаëüныì образоватеëüныì про-ãраììаì; форìирование пере÷ней спеöиаëüностейпрофессионаëüноãо образования; ãосуäарственнаяаккреäитаöия образоватеëüных у÷режäений профес-сионаëüноãо образования. Объеäинения работоäате-ëей соответствуþщих отрасëей и(иëи) виäов äея-теëüности, профессионаëüные сообщества и(иëи)упоëноìо÷енные иìи орãанизаöии вправе осущест-вëятü профессионаëüно-общественнуþ аккреäита-öиþ профессионаëüных образоватеëüных проãраìì.

Потребностü работоäатеëей в усëуãах систеìыобразования по сути явëяþтся требованияìи по-требитеëей. Необхоäиìостü во взаиìоäействии ра-ботоäатеëей и образоватеëüных у÷режäений возни-кает тоëüко тоãäа, коãäа на рынке труäа спрос ипреäëожения не сбаëансированы. Тоãäа вступаþтв äействие рыно÷ные ìеханизìы ìежотрасëевоãореãуëирования. В показатеëи эффективности рабо-ты систеìы образования не вкëþ÷ено труäоустрой-ство выпускников по спеöиаëüности. А работоäа-

теëи не наäеëены правоì реконструкöии систеìыобразования.

Из выøеуказанноãо ìожно преäпоëожитü, ÷тоäëя ìежотрасëевоãо взаиìоäействия преäприятий(у÷режäений) разных отрасëей эконоìики сëеäуетсозäатü особые ìеханизìы, функöионируþщиекак внутри отрасëи, так и в сìежных объектах эко-ноìики.

В систеìе образования ìожно выäеëитü нескоëü-ко спеöиаëüных секторов, отëи÷аþщихся форìойсобственности и ìеханизìаìи эконоìи÷ескоãо ре-ãуëирования. Прежäе всеãо, это ãосуäарственныйсектор систеìы образования с ãосуäарственнойфорìой собственности, который ìожно разäеëитüна äве ÷асти: с бþäжетныì финансированиеì и свнебþäжетныì финансированиеì.

Особое ìесто заниìает ìуниöипаëüный секторсистеìы образования с ìуниöипаëüной форìойсобственности, который также äеëитüся на анаëо-ãи÷ные ÷асти.

С кажäыì ãоäоì расøиряется ÷астный секторсистеìы образования с ÷астной форìой собственно-сти, который также äеëится на äве ÷асти: с бþäжет-ныì и внебþäжетныì финансированиеì. В ÷астныйсектор систеìы образования вхоäят конфессионаëü-ные, корпоративные и остаëüные неãосуäарственныеи неìуниöипаëüные у÷ебные завеäения.

Из пере÷исëенных ãрупп поëноìу ãосуäарствен-ноìу реãуëированиþ поäëежит тоëüко первая ãруп-па — ãосуäарственный сектор. В остаëüных у÷еб-ных завеäениях поä ãосуäарственное реãуëированиепоäпаäает тоëüко расхоäная ÷астü бþäжетных ас-сиãнований. Эконоìи÷еские правиëа äиктуþт рас-поряäок профессионаëüноãо реãуëирования. Про-фессионаëüные ãосуäарственные реãëаìентные ак-ты рекоìенäатеëüный характер.

Оäнако ãосуäарственный сектор неоäнороäен,прежäе всеãо, по правовоìу статусу, а сëеäоватеëü-но, и по способаì реãëаìентаöии äеятеëüности, атакже, ÷то особенно важно, иìеет ìесто неоäно-роäностü по ìежотрасëевоìу взаиìоäействиþ сис-теìы образования с рынкоì труäа. В ãосуäарст-венный сектор вхоäят у÷ебные завеäения энерãе-ти÷ескоãо коìпëекса, атоìной проìыøëенности,транспорта, связи и сиëовых структур. О÷евиäно,÷то систеìа образования, поäãотовивøая äанныхспеöиаëистов, вправе расс÷итыватü на их востре-бованностü соответствуþщиìи преäприятияìи иорãанизаöияìи. Поэтоìу систеìа взаиìноãо реãу-ëирования в ÷асти поäãотовки инженеров, напри-ìер, äëя сиëовых структур äостато÷но жестко увя-зывает спрос на спеöиаëистов и преäëожения. Этоже относится и к энерãетикаì, торфяникаì, буро-викаì, спеöиаëистаì атоìной проìыøëенности,работникаì ãиäроэëектростанöий и т. п.

Особуþ роëü на рынке труäа иãраþт спеöиаëи-сты в обëасти обсëуживания насеëения: инжене-


ры-коììунаëüщики, строитеëи, спеöиаëисты сеëü-скоãо хозяйства и пр. Зäесü ãосуäарство обязано ре-ãуëироватü поäãотовку каäров.

Относитеëüно иных направëений в образова-теëüной äеятеëüности, в которых ãосуäарство ненесет обязатеëüств по труäоустройству спеöиаëи-стов, äействуþт обы÷ные рыно÷ные ìеханизìы.У÷астие орãанов вëасти в труäоустройстве каäровтаких виäов äеятеëüности явëяется äобровоëüныì.Боëее тоãо, с у÷етоì тоãо, ÷то орãаны ãосуäарствен-ной вëасти явëяþтся субъектаìи пубëи÷ноãо пра-ва, то äействоватü они ìоãут тоëüко в соответствиис преäписанияìи закона, а не по уìоë÷аниþ иëиотсутствиþ запрета.

На основании выøеизëоженноãо о÷евиäны преä-варитеëüные вывоäы.

Правовые и аäìинистративные основания эф-фективноãо взаиìоäействия работоäатеëей и у÷еб-ных завеäений не иìеþт основы и не ìоãут опи-ратüся на правовой статус у÷ебных завеäений иëиреãëаìентаöиþ и норìы труäовоãо права.

Потребностü в коììуникаöии работоäатеëей иу÷ебных завеäений обоснована äисбаëансоì спро-са и преäëожений на рынке труäа.

Мониторинã спроса и преäëожений на рынкетруäа, а также проãноз äинаìики их äисбаëансаäоëжен статü руковоäствоì äëя выработки образо-ватеëüной поëитики в ÷асти поäãотовки каäров.

Правовое реãуëирование поäãотовки каäров,вкëþ÷ая ÷исëо принятых на обу÷ение и пере÷енüизу÷аеìых спеöиаëüностей, äоëжен устанавëиватüãосуäарственный заказ, поäкрепëенный соответст-вуþщиìи ãосуäарственныìи ресурсаìи.

Правовые аспектыгосударственного регулирования

процедуры трудоустройства

Как субъекты права, работоäатеëи функöиони-руþт в обëасти труäовоãо права, а у÷ебные завеäе-ния — в обëасти законоäатеëüства об образовании,которое относится к ãражäанскоìу праву. Функöиятруäоустройства в законоäатеëüство об образова-нии не вкëþ÷ена.

Работоäатеëи и у÷ебные завеäения ìожно отне-сти к субъектаì пубëи÷ноãо права. Это озна÷ает,÷то они иìеþт право тоëüко на äействия, которыепряìо преäписаны в законе, уставе иëи иноãо нор-ìативноãо правовоãо акта, и ни на какие иные äо-поëнитеëüные иëи отëи÷аþщиеся от преäписан-ных äействий права не иìеþт.

Труäоустройство выпускников не выäеëено нив оäной обëасти права как þриäи÷еский факт ине отнесено к катеãории особых функöионаëüныхпроöеäур, ëокаëизованных в преäеëах оäной изуказанных выøе обëасти права. Отсþäа сëеäует,÷то труäоустройство выпускников не ìожет бытü

сëужебной иëи äоëжностной функöией äëя рабо-тоäатеëя иëи у÷ебноãо завеäения. Иныìи сëоваìи,соверøенствование ãосуäарственноãо реãуëирова-ния путеì уто÷нения и äопоëнения коìпетенöийработоäатеëя и(иëи) у÷ебноãо завеäения невозìож-но, есëи не выхоäитü за раìки образоватеëüноãо за-коноäатеëüства иëи труäовоãо права.

Труäоустройство выпускников как öеëевое ор-ãанизаöионное ìероприятие требует äопоëнитеëü-ных финансовых вëожений. Уже оäно это требует,÷тобы быëи опреäеëены исто÷ники и объеìы бþä-жетноãо финансирования, а также статüи и виäырасхоäов. В противноì сëу÷ае затраты на труäоуст-ройство ìожно кваëифиöироватü как неöеëевыерасхоäы.

Сëеäует отìетитü еще оäин важный фактор.Часто ìожно сëыøатü, ÷то работоäатеëи заинтере-сованы в соверøенствовании у÷ебноãо проöесса.Привеäенный тезис как ìиниìуì не носит всеоб-щеãо характера. Деëо в тоì, ÷то боëüøинство ра-ботоäатеëей заинтересовано тоëüко в прибыëи. Ес-ëи работоäатеëü испытывает потребностü в каäрах,он ìожет сäеëатü разовые затраты, ÷тобы реøитüэту пробëеìу. Но бытü перìанентныì инвестороìäëя систеìы образования работоäатеëи не ãотовы.Искëþ÷ениеì явëяþтся крупные преäприятия, ко-торые веäут ежеãоäный набор новых каäров, иëиассоöиаöии преäприниìатеëей. На основе разовыхвзносов отäеëüных преäприятий ассоöиаöия преä-приниìатеëей ìожет статü постоянныì работоäа-теëеì, ежеãоäно приниìая на работу выпускниковфинансируеìых у÷ебных завеäений.

Такиì образоì, äëя реãуëирования проöесса не-обхоäиìа третüя сторона (у÷астник). Рассìотриìвозìожные варианты третüеãо у÷астника в про-öессе труäоустройства. Прежäе всеãо это ãосуäар-ственные орãаны вëасти и структуры, которые ку-рируþт соответствуþщие отрасëи эконоìики.Поäвеäоìственное ãосуäарственное управëение со-ответствуþщиìи орãанаìи вëасти — оптиìаëüноереøение. Поäобное управëение, наприìер, иìеетìесто в у÷ебных завеäениях сиëовых веäоìств. Ор-ãаны ãосуäарственной вëасти иìеþт äостато÷ныекоìпетенöии äëя коорäинирования проöессов поä-ãотовки каäров и созäания äëя них рабо÷их ìест.В роëи веäоìственных кураторов ìоãут выступатüи орãаны ìестноãо саìоуправëения, так как в ихкоìпетенöии, у÷итывая эконоìи÷еские реãионаëü-ные интересы, у÷аствоватü в этоì проöессе, ис-поëüзуя такие ìеханизìы, как созäание попе÷и-теëüских советов, орãанизаöия практики и стажи-ровок, обеспе÷ение инфорìаöионных канаëов ипр. Выпускники у÷ебных завеäений вправе ëи÷ноиëи ÷ерез общественные объеäинения у÷аствоватüв проöеäуре труäоустройства, как и про÷ие аффи-ëированные ëиöа.


ÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÀß ÈÍÔÎPÌÀÖÈß

УДК 621.882:621.777.22

При изãотовëении стержне-вых крепежных изäеëий резани-еì и хоëоäной øтаìповкой эф-фективно опережаþщее пëасти-÷еское äефорìирование ìетаëëа,которое, наприìер, повыøаетстойкостü режущеãо инструìен-та, уìенüøает сиëы резания итеìпературу при обработке [1].

При изãотовëении стержне-вых резüбовых изäеëий хоëоäныìпëасти÷ескиì äефорìированиеìопережаþщее упро÷нение ìетаë-ëа осуществëяется по схеìаì во-ëо÷ения и реäуöирования. Приэтоì операöия реäуöирования каксоставная ÷астü техноëоãи÷еско-ãо проöесса [2, 3] провоäится не-посреäственно на øтаìпово÷ноìоборуäовании.

Веëи÷ина обжатия опреäеëя-ется выражениеì ε = 2ln(d0/d1),которое позвоëяет оöенитü реäук-öиþ пëощаäи попере÷ноãо се÷е-ния стержневой заãотовки приобжатии с äиаìетра d0 äо äиаìет-ра d1. Обжатие при оäинарноì иäвойноì реäуöировании стерж-невой ÷асти изäеëий на оäно-позиöионных и ìноãопозиöион-ных хоëоäновысаäо÷ных автоìа-тах ìожет составëятü соответст-венно 0,14ј0,74 и 1,10 [4].

От веëи÷ины обжатия зави-сит äефорìаöионное упро÷нение(накëеп) ìетаëëа по всеìу попе-ре÷ноìу се÷ениþ äефорìирован-ной заãотовки и степенü еãо не-равноìерности в отäеëüных зо-нах [3], ÷то поäтвержäается изìе-

нениеì тверäости. Это вëияет напро÷ностü изãотовëяеìых стерж-невых крепежных изäеëий. Кро-ìе тоãо, зна÷итеëüное вëияниена ìехани÷еские свойства, а сëе-äоватеëüно, на äоëãове÷ностüрезüбовых соеäинений оказыва-ет соäержание уãëероäа в стаëи(рисунок). Соãëасно äанныì ра-боты [5], оптиìаëüныì явëяет-ся соäержание уãëероäа окоëо0,4 %, ÷то соответствует стаëяì 35(0,32ј0,39 % C), 45 (0,42ј0,49 % C)и 40Х (0,36ј0,43 % C).

Рассìотриì изìенение преäе-ëов про÷ности и выносëивостипри ìехани÷еских испытанияхøпиëек М16Ѕ1,5 с накатаннойрезüбой при реäуöировании стерж-невых заãотовок (опережаþщеепëасти÷еское äефорìированиеìетаëëа) с разëи÷ныì обжатиеì.

В табëиöе привеäены зна÷е-ния обжатия ε при реäуöиро-вании и соответствуþщие отно-ситеëüные изìенения преäеëовпро÷ности и выносëивости ста-ëей 20 и 35. Преäеëы выносëи-вости опреäеëены по форìуëеР. Б. Хейвуäа [6]:

σ–1 = ξσв ,

ãäе ξ = 0,15 — коэффиöиентäëя уãëероäистых стаëей (σв << 1100 МПа); d — äиаìетр резüбы.

N, 103 öикëов

100

80

60

400,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 С, %

С

AВ D

E

Зависимость долговечности резьбовыхсоединений от содержания углерода встали

25 d+25 3d+--------------

О. В. ГЕРАСИМОВА, канä. техн. наук, В. Я. ГЕРАСИМОВ, ä-р техн. наук(Курãанский ГУ, ã. Курãан), e-mail: [email protected]

Ïîâûøåíèå ïðî÷íîñòè ðåçüáîâûõ èçäåëèé íà îñíîâå îïåðåæàþùåãî ïëàñòè÷åñêîãî äåôîðìèðîâàíèÿ ìåòàëëà

Ïðåäëîæåíî ïîâûøåíèå ïðî÷íîñòè ñòåðæíåâûõ ðåçüáîâûõ èçäåëèé, èñ-ïûòûâàþùèõ ñòàòè÷åñêèå è öèêëè÷åñêèå ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ, ïóòåìïðèìåíåíèÿ îïåðåæàþùåãî ïëàñòè÷åñêîãî äåôîðìèðîâàíèÿ ìåòàëëà.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: ðåçüáîâûå ñîåäèíåíèÿ, ïðî÷íîñòü, ðåäóöèðîâàíèå, îá-æàòèå.

Hardening rod threaded makes which experience static and periodic tensilestresses, by means of application of outstrip plastic behaviour of metal was offered.

Keywords: screw joints, strength, reducing, crimping.

Относительное изменение пределов прочности и выносливости стержневых резьбовых изделий при разных обжатиях заготовок

Обжатие εΔσв/σв.о äëя стаëи Δσ–1/σ–1о äëя стаëи

20 35 20 35

0 0 0 0 0

0,10 9,0 6,5 8,9 6,7

0,20 27,0 27,5 27,0 27,4

0,30 41,0 51,0 40,4 51,2

0,35 40,0 55,3 40,0 55,4


Анаëиз поëу÷енных резуëüта-тов показаë:

1. При реäуöировании стерж-невых заãотовок из стаëей 20 и 35их преäеëы про÷ности и вынос-ëивости изìеняþтся оäинаково,÷то свиäетеëüствует об иäенти÷-ности накопëения упро÷няþщеãоэффекта и еãо вëияния на ìеха-ни÷еские свойства изãотовëенныхкрепежных изäеëий.

2. Наибоëüøий äефорìаöион-но-упро÷няþщий эффект äости-ãается при повыøенных обжати-ях, которыì соответствует упро÷-нение ìетаëëа преиìущественнов öентраëüной зоне реäуöирован-ных заãотовок вбëизи проäоëüнойоси. Иìенно эта зона восприни-ìает основнуþ ÷астü растяãиваþ-щей наãрузки при затяжке резü-бовоãо соеäинения и переìенныхрастяãиваþщих напряжениях.

3. Приìенение стаëей с повы-øенныì соäержаниеì уãëероäапривоäит к уëу÷øениþ ìехани-÷еских свойств резüбовых изäе-ëий на 25ј38 % при боëüøих об-жатиях.

Такиì образоì, опережаþ-щее пëасти÷еское äефорìирова-ние ìетаëëа повыøает про÷ностüстержневых резüбовых изäеëий.Поэтоìу реäуöирование стреж-невых заãотовок при преäвари-теëüноì äефорìаöионноì упро÷-нении ìетаëëа весüìа эффектив-но при правиëüноì выборе стаëии оптиìаëüной веëи÷ине обжатия.


1. Подураев В. Н., Ярослав-цев В. М., Ярославцева Н. А. Эф-фективностü обработки резаниеì с

опережаþщиì пëасти÷ескиì äефор-

ìированиеì // Вестник ìаøино-

строения. 1972. № 12. С. 58—61.

2. Холодная объеìная øтаìпов-

ка: Справо÷ник / Поä реä. Г. А. На-

вроöкоãо. М.: Маøиностроение,

1973. 496 с.

3. Владимиров Ю. В., Гераси-

мов В. Я. Техноëоãи÷еские основы

хоëоäной высаäки стержневых кре-

пежных изäеëий. М.: Маøинострое-

ние, 1984. 120 с.

4. Навроцкий Г. А., Кроха В. А.

О веëи÷инах äефорìаöии ìетаëëа

при высаäке стержневых изäеëий на

хоëоäновысаäо÷ных автоìатах //

Кузне÷но-øтаìпово÷ное произвоä-

ство. 1977. № 5. С. 19—21.

5. Биргер И. А., Иосилевич Г. Б.

Резüбовые соеäинения. М.: Маøи-

ностроение, 1973. 256 с.

6. Хейвуд Р. Б. Проектирование с

у÷етоì устаëости. М.: Маøинострое-

ние, 1969. 504 с.

УДК 539.3:626

Н. Л. ВЕЛИКАНОВ, ä-р техн. наук (Каëининãраäский ГТУ), С. И. КОРЯГИН, ä-р техн. наук(Баëтийский ФУ иì. И. Канта, ã. Каëининãраä), e-mail: [email protected]

Íàïðÿæåííî-äåôîðìèðîâàííîå ñîñòîÿíèåäâóõñëîéíûõ òðóá è êîëîíí

Трубы — ìассовая и востребованная в ìаøино-строении проäукöия, к которой преäъявëяþтсяособенно высокие требования. Важное зна÷ениеиìеþт то÷ностü разìеров и иäеаëüная ÷истота по-верхности труб [1—6]. Принöипиаëüно новые ка-÷ественные характеристики äоëжны иìетü трубы,ориентированные на приоритетные отрасëи. Таки-ìи явëяþтся преöизионные трубы, произвоäствокоторых привеëо не тоëüко к развитиþ ìетаëëур-

ãии в обëасти выпëавки принöипиаëüно новых ста-ëей и спëавов из öветных ìетаëëов (преöизион-ных), но и к ка÷ественноìу обновëениþ необхоäи-ìоãо оборуäования.

К новыì относятся ìноãосëойные трубы, преä-назна÷енные ãëавныì образоì äëя ìаãистраëüныхãазопровоäов. Приìенение ìноãосëойных труб по-звоëяет повыситü наäежностü трубопровоäа и поä-нятü äавëение ãаза äо 10 МПа. Так, äве ìаãистраëииз ìноãосëойных труб заìеняþт три траäиöион-ные. Мноãосëойные трубы бываþт äвухсëойные и÷етырех-, пятисëойные. В первоì сëу÷ае труба об-разуется навивкой по винтовой спираëи нескоëü-ких сëоев øирокой стаëüной ëенты на öентраëü-нуþ трубу (основу); во второì — труба свариваетсяиз отäеëüных ìноãосëойных обе÷аек, кажäая из ко-торых образуется навивкой стаëüной руëонной по-ëосы по спираëи Архиìеäа. Контроëü ìетаëëа исварных соеäинений ìноãосëойных труб осущест-вëяется способаìи äефектоскопии.

Ïðèâåäåíû ðåøåíèÿ çàäà÷ íà ðàñòÿæåíèå è ñæàòèåäâóõñëîéíûõ òðóá è êîëîíí â äâóõ âçàèìíî ïåðïåíäè-êóëÿðíûõ íàïðàâëåíèÿõ ñ ó÷åòîì ñèë òðåíèÿ.

Êëþ÷åâûå ñëîâà: äâóõñëîéíûå òðóáû, êîëîííû,ñæàòèå, ðàñòÿæåíèå, òðóáîáåòîí, ïðî÷íîñòü.

Problem solutions on stretching and pressure at twoorthogonally related directions of double-layer pipes andcolumns taking into account frictional forces were pre-sented.

Keywords: double-layer pipes, columns, pressure,stretching, tube concrete, strength.



Стаëüные ãоря÷еäефорìированные биìетаë-ëи÷еские трубы приìеняþт äëя транспортировкипуëüпы из абразивных ìатериаëов.

В разных странах øироко испоëüзуþт конструк-öии из бетона, закëþ÷енноãо в стаëüнуþ обойìу.Трубобетонные коëонны иìеþт небоëüøуþ ãиб-костü, но обëаäаþт искëþ÷итеëüно высокой несу-щей способностüþ при относитеëüно ìаëых попе-ре÷ных се÷ениях. Они явëяþтся приìероì уäа÷но-ãо со÷етания наибоëее öенных свойств ìетаëëа ибетона. При проäоëüноì сжатии трубобетонноãоэëеìента реактивное боковое äавëение, äействуþ-щее со стороны стаëüной обоëо÷ки на бетонное яä-ро, созäает äëя бетона бëаãоприятные усëовия ра-боты — объеìное сжатие. Про÷ностü бетона присжатии существенно возрастает. Стаëüная обойìабëаãоäаря бëаãоприятноìу вëияниþ внутреннеãоäавëения тверäой среäы сохраняет ìестнуþ устой-÷ивостü.

Сжатые трубобетонные эëеìенты (äаже с яäроìиз высокопро÷ноãо бетона) отëи÷аþтся пëасти÷-ныì характероì работы в преäеëüноì состоянии,÷то искëþ÷ает опасностü внезапноãо разруøениякак отäеëüной конструкöии, так и зäания в öеëоì[4, 5]. Отсутствие проäоëüной и попере÷ной арìа-туры в бетонноì яäре позвоëяет поëу÷итü боëее ка-÷ественнуþ укëаäку бетонной сìеси, ÷то поëожи-теëüно сказывается на про÷ности бетона. Изоëяöиябетонноãо яäра от окружаþщей среäы созäает бо-ëее бëаãоприятные усëовия äëя еãо работы поä на-ãрузкой.

Ввиäу ненаäобности опаëубо÷ноãо оборуäова-ния изãотовëение трубобетонных эëеìентов зна÷и-теëüно обëеã÷ается и становится выãоäнее как потруäозатратаì, так и по стоиìости. Отсутствие ìе-тоäики рас÷ета про÷ности трубобетонных коëонн,

аäекватно оöениваþщей их напряженно-äефорìи-рованное состояние, сäерживает øирокое их при-ìенение.

Рассìотриì рас÷етные схеìы бетонной коëон-ны (рисунок, а) и стаëüной трубы (рисунок, б), вкоторуþ она закëþ÷ена. Опреäеëиì äавëение ìеж-äу стаëüþ и бетоноì, поëаãая в отëи÷ие от работы[7], ÷то ìежäу стаëüþ и бетоноì естü трение (Fтр —сиëа трения) и известны все разìеры и проäоëüноесжиìаþщее äавëение p.

Относитеëüные уäëинения по осяì X и Y опре-äеëяеì по форìуëаì работы [7]:

(1)

ãäе σx, σy и σz — напряжения по осяì; μ — коэф-фиöиент Пуассона; E — ìоäуëü упруãости ìатериа-ëа при растяжении (сжатии).

Испоëüзуя упрощеннуþ схеìу [7], с у÷етоì си-ëы трения опреäеëиì растяжение трубы по окруж-ности:

εxс = , (2)

ãäе q — попере÷ное сжиìаþщее äавëение; d —внутренний äиаìетр трубы; kã (иëи kв) — коэффи-öиент трения по ãоризонтаëи (иëи по вертикаëи).

Расøирение бетона в попере÷ноì направëениисоãëасно выражениþ (1) иìеет виä:

εxб = – + . (3)

Приравняв уравнения (2) и (3), поëу÷иì:

= – +

+ . (4)

Из зависиìости (4) опреäеëиì äавëение

q = p . (5)

В зависиìостях (2)ј(5) инäекс "с" относится кстаëи, инäекс "б" — к бетону.

p

q

Y

X

Fтр Fтр Fтр Fтр

X

Y

p

q q q

а) б)

εxσx

E---- μ

E--- σy σz+( );–=

εyσy

E---- μ

E--- σx σz+( ).–=

qd 1 kã–( )

2hEc

-------------------

q 1 kã–( )

Eб

-----------------μб

Eб

----- p q 14kвl1

πd----------–⎝ ⎠

⎛ ⎞+

qd 1 kã–( )

2hEc

-------------------q 1 kã–( )

Eб

-----------------

μб

Eб

----- p q 14kвl1πd

----------–⎝ ⎠⎛ ⎞+

μб

d

2h-----

1 kã–( )Eб

Ec

-------------------- 1 kã–( ) μб 14kвl1πd

----------–⎝ ⎠⎛ ⎞–+

----------------------------------------------------------------------------


Тоãäа растяãиваþщее окружное напряжение

σ = qd/(2h). (6)

При отсутствии сиë трения из зависиìости (5)

поëу÷иì реøение, äанное в работе [3]:

q = p . (7)

Рассìотриì äвухсëойнуþ трубу, к внутреннеìу

сëоþ которой приëожено сжиìаþщее äавëение p.

Окружное растяжение наружноãо сëоя трубы опре-

äеëиì по форìуëе:

εx1 = . (8)

Окружное растяжение внутреннеãо сëоя трубы

опреäеëиì по форìуëе

εx2 = –

– . (9)


q = p

. (10)

В зависиìостях (8)ј(10) инäекс "1" относится к

наружноìу сëоþ, инäекс "2" — к внутреннеìу.

Пустü внутри трубы äействует äавëение q1. То-ãäа окружное растяжение внутреннеãо сëоя трубыопреäеëиì по форìуëе

εx11 = –

– . (11)


q11 =

. (12)

Зависиìостü (12) опреäеëяет взаиìное äавëениеìежäу внутренниì и наружныì сëояìи трубы.

Поëу÷енные резуëüтаты позвоëяþт оöенитü на-пряженно-äефорìированное состояние äвухсëой-ных труб и коëонн и ìоãут бытü испоëüзованы винженерной практике.


1. Бородавкин П. П., Березин В. Л. Сооружение ìа-ãистраëüных трубопровоäов. М.: Неäра, 1977. 407 с.

2. Бородавкин П. П. Механика ãрунтов в трубопро-воäноì строитеëüстве. М.: Неäра, 1986. 224 с.

3. Аксельрад Э. Л., Ильин В. П. Рас÷ет трубопрово-äов. Л.: Маøиностроение, 1972. 240 с.

4. Долженко А. А. Трубобетонные конструкöии настроитеëüстве произвоäственноãо зäания // Проìыø-ëенное строитеëüство. 1965. № 6. С. 23—26.

5. Лукша Л. К. Про÷ностü трубобетона. Минск:Высø. øк., 1977. 95 с.

6. Ланчаков Г. А., Зорин Е. Е., Степаненко А. И. Ра-ботоспособностü трубопровоäов: В 3-х ÷. // Ч. 3. Диаã-ностика и проãнозирование ресурса. М.: ООО "Неäра-Бизнесöентр", 2003. 291 с.

7. Тимошенко С. П. Сопротивëение ìатериаëов /Т. 1. Эëеìентарная теория и заäа÷и. М.: Физìатãиз,1960. 380 с.

μб

d

2h-----

Eб

Ec

----- 1 μб–+

---------------------------

qd 1 kã–( )

2h1E1

-------------------

qd 1 kã–( )

2h2E2

-------------------

μ2

E2

-----qd 1 kã–( )

2h2

-------------------4kвl1πh2

----------q– p+⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

μ2

d

2--

1 kã–( )E2

h1E1

-------------------1 kã–( )

h2

--------------+⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

–

--------------------------------------------------- →

μ2 14kвl1πh2

----------– d

2h2

------- 1 kã–( )+⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

–

----------------------------------------------------------→

qd 1 kã–( ) q1+

2h1E1

----------------------------

μ1

E1

-----qd 1 kã–( ) q1+

2h1

----------------------------4kвl1πh1

----------q– p+⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

μ2pq1d

2h2

------- μ2 1–( )+

d

2--

1 kã–( )E2

h1E1

-------------------1 kã–( )

h2

--------------+⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

–

--------------------------------------------------- →

μ2 14kвl1πh2

----------– d

2h2

------- 1 kã–( )+⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

–

----------------------------------------------------------→


Ïîçäðàâëÿåì ñ þáèëååìÄÐÀÃÓÍÎÂÀ ÞÐÈß ÃÐÈÃÎÐÜÅÂÈ×À

Чëену-корреспонäенту РАН, äо-ктору техни÷еских наук, профессо-ру Юриþ Гриãорüеви÷у Драãунову18 ноября 2012 ã. испоëниëосü 70 ëет.Труäовуþ äеятеëüностü Юрий Гри-ãорüеви÷ на÷аë в ОКБ "Гиäропресс",ãäе проøеë путü от инженера-конс-труктора äо ãенераëüноãо конструк-тора и äиректора, возãëавëяя ФГУПОКБ "Гиäропресс" с 1998 по 2007 ãã.С 2007 по 2008 ãã. Ю. Г. Драãуновбыë советникоì äиректора ОАО"Атоìэнерãопроì", а в 2008 ã. стаëпервыì заìеститеëеì ãенераëüноãоäиректора ОАО "Объеäиненные ìа-øиностроитеëüные завоäы". С 1 иþëя2009 ã. и по настоящее вреìя Ю. Г. Драãунов — äи-ректор и ãенераëüный конструктор ОАО "Нау÷но-иссëеäоватеëüский и конструкторский институтэнерãотехники иìени Н. А. Доëëежаëя".

Ю. Г. Драãунов — известный спеöиаëист и ру-ковоäитеëü иссëеäований по обоснованиþ конс-трукторских реøений, обеспе÷иваþщих безопас-ностü экспëуатаöии АЭС с ВВЭР, которые успеøноэкспëуатируþтся в России, Арìении, Финëянäии,Чехии, Сëовакии, Венãрии, Боëãарии и на Украи-не. Поä еãо руковоäствоì разработаны проектыреакторных установок äëя АЭС в Китае (АЭС"Тянüванü"), Иране (АЭС "Буøер") и Инäии (АЭС"Куäанкуëаì").

Работы, выпоëненные Ю. Г. Драãуновыì на сты-ке таких нау÷ных направëений, как ìатериаëовеäе-ние, физи÷еская хиìия, тепëофизика, ìеханикаразруøений, позвоëиëи созäатü технику с увеëи÷ен-ныì срокоì сëужбы. Они явëяþтся основой äëяразработки реакторных установок ВВЭР äëя АЭСновоãо покоëения, охëажäаеìых тяжеëыì жиäкоìе-таëëи÷ескиì тепëоноситеëеì, при созäании кото-рых испоëüзуþт наработки по яäерныì паропроиз-воäящиì установкаì äëя атоìных поäвоäных ëоäок.

Юрий Гриãорüеви÷ явëяется автороì 59 изобре-тений и боëее 400 пубëикаöий. Еãо нау÷ная äе-ятеëüностü охватывает иссëеäования по про÷ности,безопасности и анаëизу риска. Как оäин из созäа-теëей реакторов со свинöово-висìутовыì тепëоно-ситеëеì äëя атоìных поäвоäных ëоäок Ю. Г. Дра-ãунов внес боëüøой вкëаä в анаëиз уникаëüноãоопыта экспëуатаöии реакторов äанноãо типа и еãоиспоëüзование в разработке реактора СВБР-100,преäназна÷енноãо äëя ãражäанской атоìной энер-

ãетики. Юрий Гриãорüеви÷ назна÷енруковоäитеëеì проекта, коорäинато-роì работ институтов отрасëи по со-зäаниþ реакторной установки äëяЯЭДУ ìеãаваттноãо кëасса.

Ю. Г. Драãунов орãанизует иссëе-äования и приниìает у÷астие в со-зäании суäовых и косìи÷еских яäер-ных энерãети÷еских установок, со-зäании и внеäрении коìпëексныхавтоìатизированных систеì управ-ëения яäерныìи энерãети÷ескиìиустановкаìи, систеì ìониторинãа иäиаãностики оборуäования атоìныхэëектростанöий, реаëизаöии обяза-теëüств России по ìежäунароäноìу

проекту терìояäерноãо реактора ИТЭР.С 1995 по 2005 ãã. Юрий Гриãорüеви÷ выпоëняë

обязанности преäставитеëя России в ìежäунароä-ной рабо÷ей ãруппе МАГАТЭ по управëениþ ре-сурсоì АЭС.

В настоящее вреìя Ю. Г. Драãунов явëяется ÷ëе-ноì экспертноãо совета в обëасти суäостроения,корабëестроения и суäореìонта Коìиссии советаФеäераöии Феäераëüноãо собрания РФ по наöио-наëüной ìорской поëитике; ÷ëеноì экспертноãосовета № 1 Высøей аттестаöионной коìиссии;÷ëеноì секöии атоìной энерãетики ìежвеäоìст-венноãо совета по присужäениþ преìий Прави-теëüства РФ в обëасти науки и техники; ÷ëеноì ра-бо÷ей ãруппы Нау÷но-коорäинаöионноãо советаФЦП "Иссëеäования и разработки по приоритет-ныì направëенияì развития нау÷но-техноëоãи÷ес-коãо коìпëекса России на 2007—2014 ãã." по при-оритетноìу направëениþ "Энерãетика и энерãо-сбережение"; заìеститеëеì преäсеäатеëя нау÷но-техни÷ескоãо совета ОАО "НИКИЭТ"; ÷ëеноì äо-кторскоãо äиссертаöионноãо совета при ОАООКБ "Гиäропресс"; ÷ëеноì у÷еноãо совета МГТУиì. Н. Э. Бауìана; завеäуþщиì кафеäрой "Яäер-ные реакторы и установки".

Юрий Гриãорüеви÷ — ëауреат преìии СоветаМинистров СССР за созäание нау÷ных основ ивнеäрение отжиãа корпусов реакторов ВВЭР-440äëя повыøения безопасности атоìных станöий(1991 ã.). За боëüøой вкëаä в развитие атоìнойэнерãетики он уäостоен по÷етноãо звания "Засëу-женный конструктор РФ" (1995 ã.), наãражäен Ор-äеноì По÷ета (2003 ã.), наãражäен по÷етной ãраìо-той Преäсеäатеëя Правитеëüства РФ.

Редакция и редколлегия журнала "Вестник машиностроения" желают Юрию Григорьевичуздоровья, долголетия, благополучия и дальнейшей плодотворной работы.


Âûñòàâêà "Íåôòåãàç—2012"

На территории ЦВК "Экспоöентр" в иþне тра-äиöионно прохоäит ìежäунароäная выставка обо-руäования и техноëоãий äëя нефтеãазовоãо коìп-ëекса. На ÷етырнаäöатой ìежäунароäной выставке"Нефтеãаз" быëа преäставëена проäукöия веäущихпроизвоäитеëей нефтеãазоäобываþщеãо и нефте-перерабатываþщеãо оборуäования из 32 стран.

ООО "Бугульминский опытный завод нефтеавтоматики"

Сетчатый фильтр МИГ-Ф-40-1,6 äëя о÷исткиот ìехани÷еских приìесей сырой и товарной не-фти приìеняется на узëах у÷ета нефти. Теìперату-ра нефти от 5 äо 60 °С; пëотностü 700÷1200 кã/ì3;ìехани÷еских приìесей — не боëее 0,5 %, парафи-на — 9 %, сернистых соеäинений — не боëее 3 %;нефтепроäукты (бензин, керосин, äизеëüное топ-ëиво, ìазут) при теìпературе от 5 äо 80 °C; пëот-ностü 700÷1000 кã/ì3; соäержание ìехани÷ескихприìесей — не боëее 0,5 %.

Индукционный сигнализатор положения СПИ-01äëя контроëя прохожäения скребка ÷ерез устüескважины при о÷истке от парафина фонтанных,коìпрессорных и оборуäованных поãружныìиэëектронасосаìи нефтяных скважин, оборуäован-ных установкой äепарафинизаöии. Сиãнаëизаторвыäает сиãнаë в ìоìент прохожäения ÷ерез неãоскребка на станöиþ управëения установки äепара-финизаöии скважин. Рабо÷ая среäа сиãнаëизатора:нефтü, воäа, прироäный ãаз; теìпература рабо÷ейсреäы 70 °C. Сиãнаëизатор работает при теìпера-туре окружаþщей среäы от –60 äо +45 °C и от-носитеëüной вëажности 95 ± 3 % при теìпературе25 °C. При рабо÷еì напряжении 6,3 ± 0,2 В сиëатока 35 ìА. Габаритные разìеры сиãнаëизатора300 Ѕ 140 Ѕ 110 ìì; ìасса 8 кã.

Влагомер сырой нефти BOECH-АКВАСЕНС со-стоит из перви÷ноãо преобразоватеëя ПП BOECHи бëока обработки äанных БОД BOECH, он преä-назна÷ен äëя непрерывноãо изìерения объеìноãосоäержания нефти и воäы в воäонефтяной сìесипосëе преäваритеëüной сепараöии свобоäноãо ãазаи вы÷исëения среäнеãо объеìноãо соäержания не-фти при работе в коìпëекте с ìассовыì с÷ет÷икоìжиäкости. Изìеряеìая среäа — сырая нефтü; теì-пература от 5 äо 85 °C; ìассовое соäержание соëей0,3÷15 %; остато÷ное соäержание ãаза в воäонефтя-ной сìеси не боëее 5 %.

Сигнализатор наличия пламени СНП-1 äëя кон-троëя пëаìени с выäа÷ей сиãнаëа о ãаøении пëа-ìени основных и запаëüных ãореëок ãазоиспоëüзу-

þщих установок с тепëовой ìощностüþ äо 5 МВт,äавëениеì ãаза äо 0,8 Н/сì2. Сиãнаëизатор ìожетработатü в автоноìноì режиìе с управëяþщиì вы-хоäоì на испоëнитеëüные ìеханизìы и в систеìахавтоìатизаöии. Сиãнаëизатор работает при теìпе-ратуре окружаþщей среäы от –4 äо +50 °C; пита-þщее напряжение 220 В; потребëяеìая ìощностü12 Вт; заäержка выхоäноãо сиãнаëа 1 с. Габарит-ные разìеры сиãнаëизатора 154 Ѕ 107 Ѕ 148 ìì;ìасса 2 кã.

Датчик уровня жидкости ДУЖ-1М äëя контро-ëя уровня жиäкости и разäеëа äвух несìеøиваþ-щихся жиäкостей в разëи÷ных техноëоãи÷еских ап-паратах, при работе в коìпëекте со втори÷ныìприбороì с искробезопасныìи вхоäаìи испоëüзу-ется в техноëоãи÷еских аппаратах, ãäе возìожнообразование взрывоопасных сìесей. Теìператураокружаþщей среäы от –50 äо +45 °C. Параìетрырабо÷ей среäы (воäа, сырая нефтü): теìпература от5 äо +60 °C; рабо÷ее äавëение 1,6 МПа; пëотностüнефти 0,78÷0,92 ã/сì2.

Блок управления станком-качалкой БУС-4 ис-поëüзуется äëя управëения асинхронныì эëектро-äвиãатеëеì с короткозаìкнутыì ротороì привоäастанка-ка÷аëки и защиты эëектропривоäа и тех-ноëоãи÷ескоãо оборуäования в сëу÷ае аварийноãорежиìа. Возìожно ру÷ное, автоìати÷еское и про-ãраììное управëение. На всех режиìах обеспе-÷ивается защитное откëþ÷ение эëектроäвиãатеëястанка-ка÷аëки при обрыве фазы иëи реìней øтанã,при ìаксиìаëüных переãрузках, повыøении иëипонижении äавëения в трубопровоäе. В автоìати-÷ескоì режиìе обеспе÷ивается: автоìати÷ескийпуск эëектроäвиãатеëя ÷ерез установëенное вреìя,а также посëе восстановëения напряжения сети,есëи быë перерыв в снабжении эëектроэнерãией.В проãраììноì режиìе обеспе÷ивается вкëþ÷ениеи откëþ÷ение станка-ка÷аëки соãëасно заäаннойпроãраììе. Вреìя заäержки автоìати÷ескоãо пус-ка станка-ка÷аëки 3÷120 с; вреìя работы станка-ка÷аëки по заäанной проãраììе 24 ÷; при пере-ãрузке (боëее 130 %) вреìя остановки станка-ка-÷аëки 4÷120 с. Потребëяеìая ìощностü 150 Вт,питаþщее напряжение 380 В; ãабаритные разìеры850 Ѕ 720 Ѕ 320 ìì; ìасса 60 кã.

АСУ ТП дожимной насосной станции äëя авто-ìатизаöии контроëя и управëения произвоäствоì,ìониторинãа работы оператора. Систеìа контроëяи управëения станöией преäставëяет собой про-ãраììно-аппаратный коìпëекс, в котороì заäа÷иконтроëя и управëения техноëоãи÷ескиì проöес-


соì реøаþтся на сëеäуþщих усëовиях: перви÷ныесреäства автоìатизаöии (äат÷ики, преобразовате-ëи, приборы ìестноãо контроëя, испоëнитеëüныеустройства), их назна÷ение — преобразование тех-ноëоãи÷еских параìетров в инфорìаöионные сиã-наëы и преобразование управëяþщих сиãнаëов вуправëяþщие возäействия; оборуäование с ëокаëü-ныìи систеìаìи автоìатизаöии (бëоки äозировкиреаãента, путевые поäоãреватеëи, узëы у÷ета нефти,ãаза и эëектроэнерãии); станöии управëения äëясбора и перви÷ной обработки инфорìаöии, реаëи-заöия аëãоритìов проãраììно-ëоãи÷ескоãо управ-ëения и автоìати÷ескоãо реãуëирования, защиты ибëокировок, обìен äанныìи и реаëизаöия коìанä;на автоìатизированноì рабо÷еì ìесте оператораосуществëяется сбор äанных в режиìе реаëüноãовреìени, ìониторинã техноëоãи÷ескоãо проöесса.Сервер базы äанных осуществëяет äоëãосро÷ноехранение оперативной инфорìаöии.

ООО "Гусевский арматурный завод "Гусар"

Стальные клиновые литые задвижки DN 50...250приìеняþтся в ка÷естве запорноãо устройства натрубопровоäах äëя перекрытия потока рабо÷ей сре-äы (прироäный ãаз, воäа, пар, нефтü, нефтепроäук-ты, жиäкий и ãазообразный аììиак и äруãие жиäкиеи ãазообразные среäы, нейтраëüные к ìатериаëаìäетаëей, соприкасаþщихся со среäой). Заäвижкиìожно ìонтироватü в ëþбоì поëожении, кроìеэëектропривоäоì вниз. Заäвижки работаþт притеìпературе окружаþщей среäы от –40 äо +60 °C.Заäвижки ìонтируþтся на трубопровоäе фëанöевыìспособоì иëи с поìощüþ патрубков поä сварку.

Односедельный фланцевый регулирующий клапанDN 15 преäназна÷ен äëя установки на трубопро-воäах в ка÷естве реãуëируþщеãо орãана в систеìахавтоìати÷ескоãо реãуëирования и управëения теп-ëовыìи проöессаìи путеì автоìати÷ескоãо изìе-нения пропускной способности рабо÷ей среäы (во-äы, переãретый пар, возäух и жиäкости и ãазооб-разные среäы, нейтраëüные к ìатериаëаì äетаëей,соприкасаþщихся с рабо÷ей среäой). Приìеняетсяфëанöевое присоеäинение кëапана к трубопро-воäу. Мощностü эëектроäвиãатеëя эëектропривоäареãуëируþщеãо кëапана 2,75 Вт. Хоä øтока 20 ìì,ноìинаëüное усиëие на øтоке 1 кН, ìасса реãуëи-руþщеãо кëапана 3,3 кã.

Запорно-регулирующий односедельный фланце-вый клапан PN 1,6 устанавëивается на трубопрово-äы в ка÷естве реãуëируþщеãо орãана в систеìахавтоìати÷ескоãо реãуëирования и управëения теп-ëовыìи проöессаìи путеì автоìати÷ескоãо изìе-нения пропускной способности рабо÷ей среäы(воäа, переãретый пар, возäух, жиäкости и ãазооб-разные среäы, нейтраëüные к ìатериаëаì äетаëей,соприкасаþщихся со среäой). Кëапан работает притеìпературе окружаþщей среäы от –25 äо +40 °C.Присоеäинение к трубопровоäу фëанöевое. Мощ-

ностü эëектроäвиãатеëя эëектропривоäа запорно-реãуëируþщеãо кëапана 2,75 Вт; äавëение в техно-ëоãи÷еской систеìе 1,6 МПа; хоä øтока кëапана20 ìì; ìасса 3,3 кã.

ОАО "Нефтемаш" (г. Саратов)

Огнепреградитель ОПН1-80С со съемной кассе-той äëя преäотвращения проникновения пëаìенивнутрü резервуара с нефтепроäуктаìи. Оãнепреãра-äитеëü устанавëиваþт ìежäу резервуароì и пре-äохранитеëüныì кëапаноì. Он преäназна÷ен äëязащиты резервуара от оãня (искры) ÷ерез äыхатеëü-нуþ аппаратуру. Принöип работы оãнепреãраäите-ëя основан на заäержке пëаìени кассетой, разìе-щенной внутри корпуса, которая состоит из пакета÷ереäуþщихся ãофрированных и пëоских пëастин,образуþщих канаëы ìаëоãо äиаìетра. Пëаìя, по-паäая в канаëы ìаëоãо äиаìетра, äробится на ìеë-кие эëеìенты. Поверхностü соприкосновенияпëаìени с преäохранитеëеì увеëи÷ивается, тепëо-отäа÷а повыøается, пëаìя ãаснет. Сборная конс-трукöия преäохранитеëя позвоëяет извëекатü кас-сеты äëя осìотра и контроëироватü их состояние.Усëовный прохоä в кассете 80 ìì, рабо÷ее äавëе-ние 1 МПа. Пропускная способностü при сопро-тивëении возäуøноìу потоку в 118 Па составëяет60 ì3/÷. Дëина оãнепреãраäитеëя 160 ìì; äиаìетрфëанöа 185 ìì; ìасса 11 кã.

Взрывозащищенный нормально-закрытый кла-пан-отсекатель КО-500 преäставëяет собой запор-ное устройство с äистанöионныì управëениеì,обеспе÷ивает защиту резервуара от проникнове-ния пëаìени по закрытой ãазоуровнитеëüной сис-теìе. Преäеë оãнестойкости кëапана 10 ìин; ра-бо÷ее äавëение 0,1 МПа; вреìя закрытия кëапана0,5 с; питаþщее напряжение 220 В; ãабаритныеразìеры 810 Ѕ 770 Ѕ 640 ìì; ìежфëанöевое рас-стояние 134 ìì; ìасса 135 кã.

Электроприводная хлопушка ЭХ700 äëя преäо-твращения потерü нефтепроäуктов из резервуара всëу÷ае разрыва трубопровоäа иëи выхоäа из строязапорных устройств. Хëопуøка ìонтируется нафëанöе приеìо-разäато÷ноãо патрубка внутри ре-зервуара. Усëовный прохоä хëопуøки 700 ìì; ìощ-ностü эëектроäвиãатеëя 1,5 кВт; ãабаритные разìе-ры 170 Ѕ 910 Ѕ 1645 ìì; ìасса 880 кã.

Роликовый блок äëя направëения каната припоäъеìе и опускании трубы ìонтируется на резер-вуаре в ìесте соеäинения с вертикаëüной стенкойв преäваритеëüно вырезанное отверстие. Бëок при-ìеняется äëя работы с ëебеäкаìи ãрузопоäъеìно-стüþ 1 т и поäъеìной трубой с усëовныì прохоäоì100÷500 ìì. Габаритные разìеры роëиковоãо бëока744 Ѕ 141 Ѕ 480 ìì; ìасса 15 кã.

Ручная лебедка ЛР 1000М äëя поäъеìа и опус-кания труб äëя забора нефтепроäукта ìожет ис-поëüзоватüся и äëя äруãих öеëей, состоит из кор-пуса, внутри котороãо на поäøипниках ка÷ения ус-


тановëен ваë с барабаноì и ÷ервя÷ныì коëесоì.Барабан вращается с поìощüþ рукоятки ÷ерез ÷ер-вя÷нуþ переäа÷у. Иìеется храповик, который пре-äохраняет от саìопроизвоëüноãо опускания ãруза.Скоростü опускания ãруза реãуëируется торìозныìвинтоì. Барабан с наìатываеìыì тросоì защищенсъеìныì кожухоì. В корпусе ëебеäки установëенаìасëяная ванно÷ка äëя сìазывания ÷ервя÷ной пе-реäа÷и. Диаìетр троса 8 ìì; äиаìетр барабана 14 ì;ìаксиìаëüное усиëие на ру÷ке 99 Н; ãабаритныеразìеры ëебеäки 470 Ѕ 590 Ѕ 350 ìì; ìасса 50 кã.

Сливное устройство УС-80-1А äëя сëива бензи-на и äизеëüноãо топëива в резервуар АЗС состоитиз ìуфты МС-80 äëя сëива, оãнепреãраäитеëя сëеãкосъеìной кассетой ОПН-80, øаровоãо крана сусëовныì прохоäоì 80 ìì и соеäинитеëüных пат-рубков. Корпус оãнепреãраäитеëя ìожет выпоë-нятüся из аëþìиниевоãо спëава иëи уãëероäистойстаëи. Габаритные разìеры 645 Ѕ 280 Ѕ 510 ìì; ìас-са 35,8 кã.

ЗАО "ЭЛКАМ-Нефтемаш" (г. Пермь)

Специальный двухступенчатый насос2СП70/Б32Д2 äëя äобы÷и нефти с высокиì соäер-жаниеì ãаза состоит из коëüöевоãо всасываþщеãокëапана, пëунжера с äифференöиаëüныìи упëот-ненияìи и наãнетатеëüныì кëапаноì, верхнеãокëапана с äифференöиаëüныìи упëотненияìи, öи-ëинäра и øтока. Наëи÷ие верхнеãо кëапана позво-ëяет отсе÷ü от наãнетатеëüноãо кëапана ãиäроста-ти÷еский стоëб жиäкости, созäав каìеру низкоãоäавëения наä наãнетатеëüныì кëапаноì. При хоäепëунжера вниз, верхний äифференöиаëüный кëа-пан принуäитеëüно закрыт поä äействиеì ãиäро-стати÷ескоãо стоëба жиäкости и трения о øток.Наãнетатеëüный кëапан изоëирован от ãиäростати-÷ескоãо стоëба жиäкости и открывается, коãäажиäкостü поступает в поëостü ìежäу верхниì äиф-ференöиаëüныì кëапаноì и наãнетатеëüныì кëа-паноì. При хоäе пëунжера вверх происхоäит при-нуäитеëüное открытие верхнеãо кëапана, и жиä-костü с ãазоì ухоäит в поëостü НКТ. Наружныйäиаìетр насоса 102 ìì; äëина 5 ì.

Насос НН-2СПМ испоëüзуется äëя äобы÷и не-фти из ìаëоäебитных скважин в непрерывноì ре-жиìе. Рекоìенäуеìая ãëубина спуска насоса 2000 ì.Насос работоспособен при повыøенной вязкостинефти и наëи÷ии ìехани÷еских приìесей, ìожетустанавëиватüся в искривëенных скважинах. Пëун-жер насоса öеëüноìетаëëи÷еский äиаìетроì äо44,5 ìì с хоäоì äо 3,2 ì, еãо äиаìетр 1700 ìì. Гëу-бина опускания насоса äо 2 кì. Габаритные разìе-ры: наружный äиаìетр 102 ìì, äëина 4094 ìì.

Газопесочный якорь ПГ-3 äëя снижения неãатив-ноãо вëияния песка и äруãих ìехани÷еских приìе-сей, попаäаþщих в кëапанные и пëунжерные пары,рабо÷ие орãаны насосов и поверхностное оборуäо-вание. Якорü работает сëеäуþщиì образоì. Жиä-

костü, нахоäящаяся в затрубноì пространстве покоëüöевоìу пространству поäниìается вверх, äой-äя äо вхоäноãо фиëüтра, жиäкостü прохоäит ÷ерезпровоëо÷ный фиëüтр, ìеняя направëение на про-тивопоëожное. Даëее жиäкостü äвижется по коëü-öевой поëости приеìовыкиäноãо патрубка, на ко-тороì навита нисхоäящая спираëü, захоäящая впëоскоотвоäящий патрубок. При äвижении жиä-кости по спираëи происхоäит отäеëение песка, ко-торый осажäается в накопитеëе. Габаритные раз-ìеры: äиаìетр 108 ìì; äëина без поäвесных труб3200 ìì.

Устройство СР-1 для соединения и рассоедине-ния плунжера скважинноãо насоса с коëонной на-сосных øтанã приìеняется при испоëüзовании на-соса, äиаìетр пëунжера котороãо превосхоäит внут-ренний äиаìетр коëонны насосно-коìпрессорныхтруб. Соеäинение пëунжера с коëонной øтанã осу-ществëяется свин÷иваниеì верхнеãо и нижнеãо уз-ëов. Моìент свин÷ивания 450÷550 Н•ì. Отсоеäи-нение коëонны øтанã от пëунжера при äеìонтаженасоса осуществëяется в резуëüтате упруãих äефор-ìаöий корпуса, а сöепëение — в резуëüтате приëо-жения растяãиваþщеãо усиëия к коëонне в преäе-ëах 60 000÷11 000 Н, теì саìыì äостиãается ìно-ãократное испоëüзование устройства (äо 1000 раз).Габаритные разìеры: äëина 540 ìì, äиаìетр 57 ìì;ìасса 5,75 кã.

Установку СДУ-125А для механической очисткиот парафина внутренней поëости насосно-коìп-рессорных труб фонтанных скважин и скважин,оборуäованных эëектри÷ескиìи поãружныìи на-сосаìи. Преиìущества установки: поëная авто-ìатизаöия спускопоäъеìных операöий с заäаннойпериоäи÷ностüþ; возìожностü спуска скребка вру÷ноì режиìе äëя пробивания парафиновых про-бок (ãëубина спуска äо 2000 ì); контроëü провисапровоëоки и ее ÷резìерноãо натяжения; возìож-ностü переäа÷и äанных с систеìы управëения наöентраëüный äиспет÷ерский пуëüт. Диаìетр о÷ища-еìых насосно-коìпрессорных труб: 60, 73 и 89 ìì.Давëения опрессовки ëубрикатора: 14, 21 и 35 МПа.Максиìаëüная ãëубина о÷истки 3000 ì. Диаìетррабо÷ей провоëоки 1,8 ÷ 2,2 ìì. Мощностü эëек-троäвиãатеëя 2,1 кВт. Усиëие срабатывания пре-äохранитеëüноãо устройства 2 кН. Скоростü поäъ-еìа скребка 0,32÷0,57 ì/с; скоростü спуска скребка0,5÷2 ì/с, скоростü реãуëируется преобразовате-ëеì ÷астоты. Питаþщее напряжение 380 В; ìасса спровоëокой 292 кã.

ОАО "Волгабурмаш" (г. Самара)

Моторные буровые долота иìеþт высокий ре-сурс, испоëüзуþтся äëя бурения скважин с ÷астотойвращения äо 300 ìин–1 на форсированных режи-ìах. Масëонапоëненная опора äоëота ãерìетизи-рована äвуìя раäиаëüныìи терìостойкиìи эëасто-ìерныìи упëотненияìи. Схеìа опоры: раäиаëüный


поäøипник скоëüжения — øариковый поäøипникка÷ения — торöевой поäøипник скоëüжения — ра-äиаëüный поäøипник скоëüжения. Боëüøой поä-øипник скоëüжения снабжен пëаваþщей торöевойøайбой; ìаëый раäиаëüный поäøипник скоëüже-ния иìеет пëаваþщий коëпа÷ок. Втуëка, øайба икоëпа÷ок изãотовëяþтся из антифрикöионноãо из-носостойкоãо ìатериаëа с покрытиеì из серебра.Опора с пëаваþщей øайбой и коìпüþтеризиро-ванная сборка обеспе÷иваþт ìенüøие äопуски ипостоянные зазоры на ìаëой и боëüøой поäøип-никовых äорожках. На поверхности öапф поäøип-ников скоëüжения напëавëен сëой тверäоãо спëава.Поëостü опоры запоëнена сìазкой, ÷то снижаеткоэффиöиент трения в опоре, ее переãрев и изна-øивание. Шароøки иìеþт стаëüные зубüя.

Буровые долота РДС äëя бурения вертикаëüных,накëонных и ãоризонтаëüных нефтяных и ãазовыхскважин в ìаëоабразивных и абразивных пороäах спроìывкой буровыì раствороì. Они обëаäаþт вы-сокой износостойкостüþ. Высокото÷ное оборуäо-вание обеспе÷ивает изãотовëение ëопастей с высо-кой то÷ностüþ в серийноì произвоäстве.

ОАО "Борхиммаш" (г. Борисоглебск)

Аппарат воздушного охлаждения АВМ äëя кон-äенсаöии и охëажäения парообразных, ãазообраз-ных и жиäких среä. Оäносекöионный аппарат соб-ран из биìетаëëи÷еских труб, обäуваеìых потокоìвозäуха, который наãнетается осевыìи вентиëято-раìи. Давëение при работе аппарата 0,6÷10 МПа,÷исëо ряäов труб в секöии 4÷8, их äëина 1,5÷3 ì,пëощаäü поверхности тепëообìена 105÷775 ì2,ìощностü аппарата 3 кВт.

Аппарат воздушного охлаждения 1АВГ-ВВ äëяохëажäения высоковязких проäуктов (вязкостü навыхоäе боëее 2 Ѕ 10–4 ì3/с) оснащен оребренныìитепëообìенныìи трубкаìи. Пëощаäü поверхноститепëообìена 660 ì2; три тепëообìенные секöии;äавëение 0,6÷6,3 МПа. Потребëяеìая ìощностü30 кВт; ãабаритные разìеры 4530 Ѕ 5080 Ѕ 4030 ìì;ìасса 20 т.

Аппарат воздушного охлаждения БМР бëо÷но-ìоäуëüноãо типа с реöиркуëяöией наãретоãо воз-äуха испоëüзуþт äëя конäенсаöии и охëажäенияпарообразных, ãазообразных и жиäких среä в тех-ноëоãи÷еских проöессах нефтеперерабатываþщейпроìыøëенности. Дëя преäотвращения переох-ëажäения проäукта аппарат оснащен узëоì реöир-куëяöии наãретоãо возäуха. Аппарат состоит изоäной тепëообìенной секöии со сварныìи неразъ-еìныìи каìераìи. Пëощаäü поверхности тепëо-обìена 430÷5037 ì2; ìощностü эëектроäвиãатеëя15 кВт.

Аппарат воздушного охлаждения 1АВЗ äëя ох-ëажäения и конäенсаöии парообразных, ãазообраз-ных и жиäких проäуктов в нефтеперерабатываþ-щей проìыøëенности. Аппарат состоит из øести

трубных секöий, собранных из биìетаëëи÷ескихоребренных труб. Трубные секöии иìеþт зиãзаãо-образнуþ форìу. Секöии сìонтированы на ìетаë-ëи÷еской конструкöии. На отäеëüной раìе сìон-тированы привоäы с коëесоì вентиëятора. Коëе-со, вращаясü в поëости коëëектора, проãоняетвозäух ÷ерез ìежтрубное пространство, охëажäаяпроäукт. Давëение 0,6÷6,3 МПа; øестü тепëооб-ìенных секöий; пëощаäü поверхности тепëообìе-на 2250÷6150 ì3; ìощностü эëектроäвиãатеëя 75 кВт.

ОАО "ПО ЕлАЗ" (г. Елабуга)

Подъемная установка для бурения скважин ãëу-биной äо 2500 ì, а также äëя капитаëüноãо реìон-та, освоения и восстановëения нефтяных и ãазовыхскважин ãëубиной äо 5000 ì. Установка испоëüзу-ется äëя переезäа от скважины к скважине; ìонта-жа и äеìонтажа на скважине; спуско-поäъёìныхопераöий с насосно-коìпрессорныìи и буриëüны-ìи трубаìи, устанавëиваеìыìи вертикаëüно, и на-сосныìи øтанãаìи; ëиквиäаöии скважин; разбу-ривания пес÷аных пробок и öеìентных стаканов;фрезерования ìетаëëи÷еских преäìетов; освоенияскважин посëе бурения; зарезки вторых ствоëов ибурения скважин. Установка работает при теìпе-ратуре окружаþщей среäы от –40 äо +40 °C. Гру-зопоäъеìностü на крþке установки 981 кН; таëеваявосüìиструнная систеìа; теëескопи÷еская äвухсек-öионная ìа÷та с рабо÷иì баëконоì. Поäъеì и вы-äвижение ìа÷ты осуществëяется ãиäравëи÷ескиìäоìкратоì и ãиäропривоäной ëебеäкой. Габарит-ные разìеры 18 740 Ѕ 3000 Ѕ 4450 ìì; ìасса 50 т.

Цементировочный агрегат АЦ-32 äëя наãнета-ния жиäких среä при öеìентирово÷ных проìыво÷-но-проäаво÷ных работах при бурении, освоении икапитаëüноì реìонте скважин, при теìпературеокружаþщей среäы от –40 äо +40 °C. Монтажнаябаза аãреãата — автоìобиëи Ураë 4320, КрАЗ 65053,КрАЗ 63221, КаìАЗ 43118. Аãреãат оснащен порø-невыì öеìентирово÷ныì насосоì НПЦ-32 с хо-äоì порøня 250 ìì и öентробежныì насосоì с÷астотой вращения 50 ìин–1. Давëение на выхоäеиз насоса не боëее 1,54 МПа; ãабаритные разìеры10 870 Ѕ 2500 Ѕ 3300 ìì.

Агрегат АРОК-Е20 для ремонта и обслуживаниястанков-качалок позвоëяет выпоëнятü сваро÷ные,ãазорезатеëüные, ìонтажные и äеìонтажные, сëе-сарные работы, покраску, перевозку äежурной бри-ãаäы äо 5 ÷еë. Базовое øасси: КаìАЗ 43114, Ураë4320-1912 иëи КаìАЗ 43118 с коëесной форìуëой6Ѕ6. Масса перевозиìоãо ãруза 4 т, äëина бортовойпëатфорìы 2,5 ì. Грузопоäъеìностü при ìакси-ìаëüноì выëете 950÷1300 кã в зависиìости от ба-зовоãо øасси, ìаксиìаëüная высота поäъеìа ãруза8,6÷10 ì.

Чëен.-корр. Акаäеìии пробëеì ка÷естваА. Н. Иванов


ÀâòîðàìНе допускается предлагать к публикации уже опубликованные или намеченные к публикации в других журналах

материалы.Эëектроннуþ версиþ статüи ìожно высëатü по e-mail: [email protected]В сëу÷ае пересыëки статüи по÷той кроìе текста, напе÷атанноãо на беëой буìаãе форìата А4 на оäной стороне

ëиста ÷ерез 1,5—2 интерваëа 14-ì кеãëеì, необхоäиìо прикëаäыватü эëектроннуþ версиþ (Microsoft Word 7,øрифт Times New Roman, 14 кеãëü, расстояние ìежäу строк 1,5).

К статье прилагаются:1) акт экспертной коìиссии, поäтвержäаþщий, ÷то статüя не соäержит ìатериаëов, вхоäящих в пере÷енü свеäе-

ний, отнесенных к Госуäарственной тайне Указоì Презиäента РФ № 1203 от 30.11.1995 ã., и ìожет бытü опубëи-кована в открытой пе÷ати;

2) аннотаöия (1—3 преäëожения) и кëþ÷евые сëова;3) свеäения об авторах (фаìиëия, иìя, от÷ество, ìесто работы, äоëжностü, у÷еная степенü, аäрес, e-mail,

теëефон).Объеì статüи не äоëжен превыøатü 20 страниö (с рисункаìи и табëиöаìи). Все страниöы äоëжны бытü про-

нуìерованы.Преäоставëяя статüþ в реäакöиþ äëя пубëикаöии, авторы выражаþт соãëасие с теì, ÷то:1) статüя ìожет бытü перевеäена и опубëикована на анãëийскоì языке;2) посëе пубëикаöии в журнаëе ìатериаë ìожет бытü разìещен в Интернете;3) авторский ãонорар за пубëикаöиþ статüи не выпëа÷ивается.Все статüи прохоäят реöензирование. Реäакöия оставëяет за собой право сообщатü автору о резуëüтатах реöен-

зирования без преäоставëения реöензии.Преäставëенные в реäакöиþ ìатериаëы обратно не высыëаþтся.

ПРАВИЛА ПОДГОТОВКИ СТАТЬИ ДЛЯ ПУБЛИКАЦИИ

1. На первой станице:УДК (инäекс статüи по Универсаëüной äесяти÷ной кëассификаöии http://teacode.com/online/udc/);авторы (иниöиаëы, фаìиëия, у÷еная степенü, ìесто работы, страна, ãороä);E-mail иëи теëефон äëя контактов (обязатеëüное требование ВАК); название статüи;ãранты (указываþтся ссыëкой внизу страниöы).2. Содержание статьи должно быть структурированным:на÷аëо — реферативное изëожение постановки заäа÷и и возìожное приìенение поëу÷енных резуëüтатов;основная ÷астü — форìаëизованная постановка заäа÷и, преäëаãаеìый ìетоä ее реøения, отëи÷ие и преиìу-

щество от уже известных, приìеры, поäтвержäаþщие работоспособностü и эффективностü преäëоженноãо ре-øения;

заверøение — обсужäение поëу÷енных резуëüтатов.3. Обозначения и формулы.Латинские буквы набираþтся курсивоì (кроìе обозна÷ений äифференöиаëов, ìатриö, триãоноìетри÷еских

функöий), русские и ãре÷еские — пряìыì øрифтоì. Форìуëы (тоëüко те, на которые естü ссыëки в тексте) ну-ìеруþтся (поряäковый ноìер в круãëых скобках). Сëеäует избеãатü ìноãостро÷ных и «ìноãоэтажных» форìуë, ис-кëþ÷атü проìежуто÷ные рас÷еты, заìенятü сëожные форìуëы боëее простыìи, испоëüзуя усëовные обозна÷ения.

4. Библиографические ссылки.Список бибëиоãрафи÷еских ссыëок набирается в конöе статüи в поряäке их разìещения в тексте, ãäе они ука-

зываþтся в кваäратных скобках. При ссыëках на книãи и сборники указываþт фаìиëиþ и иниöиаëы авторов,поëное название книãи (сборника), ãороä, изäатеëüство, ãоä, общее ÷исëо страниö; при ссыëке на журнаë — фа-ìиëиþ и иниöиаëы авторов, поëное название статüи, название журнаëа, ãоä, ноìер журнаëа, страниöы статüи(по ГОСТ Р 7.0.5—2008 и ГОСТ 7.1—2003). Есëи ÷исëо авторов боëее ÷етырех, то указываþт первых трех со сëо-ваìи «и äр.» (посëе названия за косой ÷ертой). Ссыëки на иностраннуþ ëитературу сëеäует писатü на языке ори-ãинаëа без сокращений. Эëектронные ресурсы офорìëяþтся по ГОСТ 7.0.5—2008.

5. Таблицы сëеäует офорìëятü на отäеëüных страниöах.6. Подрисуночные подписи сëеäует набиратü на отäеëüной страниöе, они äоëжны бытü краткиìи и соответс-

твоватü соäержаниþ рисунков.7. Иллюстрации.Рисунки офорìëяþтся отäеëüно от текста (не заверстывать в текст!). Приниìаþтся тоëüко ка÷ественные,

хороøо скоìпонованные и окон÷атеëüно выпоëненные рисунки (реäакöия не переäеëывает иëëþстраöии). Ри-сунки преäставëяþтся в виäе отäеëüных файëов (DOC, TIFF, PDF, JPEG с разреøениеì 600 dpi) разìероì небоëüøе 186 ìì.

Чертежи, схеìы, ãрафики, аëãоритìы äоëжны выпоëнятüся с у÷етоì требований ЕСКД. Обязатеëüно со-бëþäение соотноøений тоëщин ëиний по ГОСТ 2.303—68. Тоëщина тонких ëиний äоëжна у÷итыватü преäпо-ëаãаеìое уìенüøение рисунка в журнаëе.

Подписчикам на журнал предоставляется право публикации вне очереди. Минимальный срок публикации — 4 ме-сяца со дня предоставления рукописи в редакцию при соблюдении всех изложенных выше требований (обусловлен тех-нологическим процессом).

Статüи пубëикуþтся в журнаëе беспëатно.

ìàøèíîñòðîåíèÿOrlov A. V. — Dynamic loads brought about by wear out of working area...

Documents

Transcript of ìàøèíîñòðîåíèÿOrlov A. V. — Dynamic loads brought about by wear out of working area...