технические науки: современные проблемы и
advertisement
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ – ОСНОВА СОВРЕМЕННОЙ ИННОВАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ __________________________________________________________________________________ ПРИВОЛЖСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ Сборник материалов I Международной научно-практической конференции 10 декабря 2012 г. Научно-издательский центр «Коллоквиум» Йошкар-Ола 2013 1 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ __________________________________________________________________________________ УДК 6 ББК 30 Т 38 Ответственный за выпуск: А. В. Бурков, д-р. экон. наук, профессор кафедры моделирования экономических процессов, Марийский государственный университет Т38 «Технические науки: современные проблемы и перспективы развития», I Международная науч.-практ. конф. (2012; Йошкар-Ола). I Международная научно-практическая конференция «Технические науки: современные проблемы и перспективы развития», 10 дек. 2012 г. [Текст]: [материалы] / Приволжский научно-исследовательский центр. – ЙошкарОла: Коллоквиум, 2013. – 252 с. – ISBN – 978-5-905371-41-7. ISBN – 978-5-905371-41-7 В сборник вошли доклады, признанные лучшими на I Международной научнопрактической конференции «Технические науки: современные проблемы и перспективы развития» состоявшейся 10 декабря 2012 года в г. Йошкар-Ола. Ответственность за аутентичность и точность цитат, имен, названий и иных сведений, а также за соблюдение законов об интеллектуальной собственности несут авторы публикуемых материалов. Материалы публикуются в авторской редакции. ISBN – 978-5-905371-41-7 УДК 6 ББК 30 Т 38 © Коллектив авторов, 2013 © ООО «Коллоквиум», 2013 2 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ __________________________________________________________________________________ СОДЕРЖАНИЕ 7 10 12 14 16 19 22 25 29 36 38 40 41 44 48 51 55 ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК Н.В. Зубова Становление и проблемы инженерной деятельности, возникающие на современном этапе ее развития А.С. Линёв, М.Ю. Сарилов Особенности электроэрозионной обработки титановых и алюминиевых сплавов К.О. Кобзев Технические науки и будущее К.О. Кобзев Эволюция технических знаний МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ О.А. Курсин, М.Ю. Полянчикова, Д.А. Мартус, И.Ф. Кожемякин Исследование путей повышения твёрдости поверхности низкоуглеродистых сталей перед финишной обработкой Л.Б. Алексеева, В.П. Уваров Оценка эффективности двухкаскадной виброизоляции роторных машин Д.Ю. Ершов Фазы движения самотормозящихся механических систем в динамическом режиме Е.А. Налобина, Ю.В. Муравинец Системный анализ показателей эффективности оборудования для первичной переработки льносырья В.И. Колчков, И.Е. Парфеньева Моделирование функциональных структур изделий машиностроения Л.Б. Алексеева, А.Н. Романов Источники вибраций и шума электрических машин С.И. Савин, О.С. Тарасов Проведение экспериментальных исследований работы устройства для транспорта диагностического оборудования по трубопроводам А.И. Савин Испытательный комплекс для изучения трибологических свойств материалов А.И. Банников, А.С. Антонов, О.А. Макарова Исследование стойкости пильного диска при резании горячих заготовок Н.В. Тюлина Представление данных по планам механической обработки поверхностей деталей в электронном виде А.А. Жданов, А.Л. Плотников, Ю.Л. Чигиринский Особенности подхода к обеспечению точности обработки нежестких валов на токарных станках с ЧПУ за счет изменения подачи в процессе резания Д.С. Клюйков, Е.М. Фролов, Ю.Л. Чигиринский, А.А. Жданов Программный модуль автоматизированного анализа экспериментальных данных И.В. Фирсов, Ю.Л. Чигиринский, Е.М. Фролов Алгоритмизация построения планов обработки поверхностей заданного качества 58 ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ О.С. Лехов, В.В. Турлаев, А.С. Гладков Автоматизированный расчет параметров установки непрерывного литья и деформации и оценка качества листа из алюминия. 61 АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА В.А. Быченок, И.Ю. Кинжагулов, М.С. Никитина Исследование метода лазерно-ультразвуковой диагностики остаточных напряжений в специальных материалах изделий ракетно-космической техники 63 65 КОРАБЛЕСТРОЕНИЕ М.И. Мальцев Capabilities and limitations К.В. Холоднов, Д.А. Биссалиев Types of engines installed on ships 3 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ 67 75 80 83 87 90 94 97 100 103 106 109 112 115 117 121 124 128 131 134 137 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА А.Е. Бондаренко, Г.С. Ясаков, Э.Ф. Асмоловский, Э.Р. Крохмаль Оценка реактивной мощности различной трехфазной нагрузки А.Е. Бондаренко Математическая модель синхронного генератора в обобщенных параметрах В.Я. Геча, А.Ю. Мильшин Учет насыщения магнитной системы при проектировании электромагнитного дозирующего устройства Д.И. Иванченко, О.Б. Шонин Дифференциальная защита силовых трансформаторов на основе процентной характеристики для токов обратной последовательности В.С. Пронько, О.Б. Шонин Энергосбережение в стационарных установках горных предприятий на основе экстремального управления частотно-регулируемым электроприводом Г.И. Однокопылов, А.Д. Брагин Модель в среде Matlab Simulink трехфазного асинхронного электропривода в аварийном двухфазном режиме работы М.С. Сайкин, Д.Ю. Морозова Моделирование магнитного поля магнитожидкостного датчика угла наклона с подвижным элементом на постоянных магнитах ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ С.Ф. Четвериков, В.Ф. Осинин, Т.С. Жучкова К вопросу о выборе метода численного интегрирования при расчете статистических моментов огибающей атмосферного ОНЧ-радиошума Е.П. Гладкий Использование устройства NI–6008 для измерения активной, реактивной и полной мощностей электрического тока Н.А. Ермолаев, А.А. Воронцов, Е.Г. Зюзина, Р.В. Шабнов Математическое моделирование зависимости напряженности магнитного поля соленоида от координаты z двухкоординатных магнитострикционных наклономеров Н.А. Ермолаев, А.А. Воронцов, Е.Г. Зюзина, Т.В. Дарченко Исследование магнитных полей кольцевых постоянных магнитов двухкоординатных магнитострикционных наклономеров Н.А. Ермолаев, А.А. Воронцов, Р.В. Шабнов, И.В. Шувалова Исследование магнитных полей сплошных и кольцевых постоянных магнитов вблизи их оснований в двухкоординатных магнитострикционных наклономерах Е.В. Грачёва, Н.А. Ермолаев, В.А. Володин, Д.И. Маркин Исследование магнитных полей индуктивных элементов измерительных приборов Н.П. Руденко Вычислительный многопараметрический метод анализа травильных растворов Д.С. Рухлов Новые решения применения mems технологий ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ Д.С. Соловьев Программное обеспечение для расчета изменения концентрации компонентов электролита в гальванической ванне О.В. Поливода, А.В. Рудакова, С.П. Шейник Оптимизация управления влагообеспечением в ирригационных системах О.А. Виноградов, И.А. Варфоломеев, Е.В. Ершов, А.Ю. Казинаускас Интеллектуальная система нечеткого управления грунтовочной печью агрегата полимерного покрытия металла на ОАО «Северсталь» О.В. Руденко Построение адаптивной нейронной сети для прогнозирования электропотребления ЭНЕРГЕТИКА С.В. Гаврилова, Е.А. Бексаева Обеспечение энергосбережения за счет использования энергоэффективных асинхронных двигателей А.В. Гуляев Определение оптимальной конструкции ветроэнергетической установки для Вологодской области 4 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ 140 142 144 146 149 153 155 160 163 165 167 169 171 173 176 179 182 186 190 193 А.И. Мершевой, Д.Л. Безбородов, Е.К. Сафонова, А.Л. Попов Оценка эффективности применения тепловых двигателей в энергетике Ю.Е. Николаев, А.Б.Дубинин, И.А. Вдовенко, В.Н. Осипов Определение показателей надежности при разработке перспективных схем теплоснабжения И.М. Павленко, С.Ф. Степанов Особенности электрогенерирующего комплекса мультимодульных ветроэлектростанций П.В. Коваленко, В.Д. Куликов Особенности управления выпрямительно-инверторных блоков при моделировании трехгенераторной автономной электростанции Н.И. Черкасова, В.С. Гребенников Энергосбережение с учетом качества электроэнргии. моделирование влияния искажающих воздействий М.В. Смирнова Эффективные отопительные системы в производственных помещениях МЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Н.П. Руденко Структура микрорельефа сталей после химической обработки в ингибированной серной кислоте ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ В.В. Власов, М.В. Мальцев Разработка оросительного устройства для пленочного аппарата Н.С. Белинская, И.О. Долганова Проблема эффективного использования ресурсов в производстве алкилбензолов Г.И. Гринь, В.А. Пономарев Исследование процесса взаимодействия оксидов азота с карбамидом и углеаммонийными солями И.В. Родионов, А.Н. Ромахин Газотермическая обработка в машиностроении как эффективная ресурсосберегающая технология создания упрочняющих металлооксидных покрытий Е.А. Ильин, А.Н. Пахомов Профиль капли жидкости высыхающей на твердой подложке И.В. Черемухина, В.Н. Студенцов, М.О. Ибаев Влияние различных способов физической модификации на свойства армированных полимерных композиционных материалов ТЕХНОЛОГИЯ ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ О.В. Лукина, Д.В. Лукина Конструкция, принцип работы свч установки для размораживания тестового полуфабриката и методы технологического контроля размороженного теста и выпеченных изделий Л.Н. Степаненкова Полноценное питание – основа высокого качества жизни М.А. Бойко Пищевые добавки и продовольственная безопасность. ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Е.А. Налобина, А.В. Шовкомуд Методика прогнозирования потерь качества льносырья ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ А.П. Герасимчук Модернизация льнотеребилки ТЛН-1,5 с учетом надежности ее узлов В.Л. Мартынюк Анализ дескриптивной модели посадки картофеля с порционным внесением удобрений Д.Э. Селезнев, М.Г. Грушецкая Методология выбора рационального варианта проведения модернизации очесывающих аппаратов льноуборочных машин 5 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ 196 202 206 210 212 215 218 220 222 229 232 234 236 240 245 248 250 ТЕХНОЛОГИЯ, МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОЗАГОТОВОК, ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА, ДЕРЕВОПЕРЕРАБОТКИ И ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ БИОМАССЫ ДЕРЕВА Г.Н. Вахнина, Р.Г. Боровиков, И.Н. Журавлев, В.В. Стасюк, П.Н. Щеблыкин К расчету перемещения корпуса конусного классификатора для лесных семян (со средним положением горизонтального элемента каркаса) Г.Н. Вахнина, Д.Д. Вахнин Вероятностная скорость семян на решетах усовершенствованных классификаторов ТРАНСПОРТ В.В. Мелешин Система для определения информационных параметров автотранспортного средства методом автоматической идентификации на режиме «разгон – выбег» В.А. Раков Неисправности гибридных силовых установок автомобилей В.А. Хрутьба, А.Г. Картавый Моделирование выбора перевозчика ТБО в региональных программах обращения с отходами СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА О.А. Панченко Модель симметризации композиции планировочной структуры города E.A. Поперечная Влияние общественных отношений на структуру жилой среды Н.Н. Шебек Типология гармоничной архитектурной среды Е.Н. Калачева Решения инженерных задач вязкого и вязкопластичного течения оползней при взаимодействии их с контрфорсами З.А. Камалова, И.Ф. Нагаев, Е.Ю. Ермилова Исследование влияния суперпластификаторов на поликарбоксилатной основе на прочностные и технологические свойства бетона в зависимости от вида цемента и оценка эффективности их применения при производстве ЖБИ изделий на предприятиях г. Казани А.В. Лазунина, М.А. Киселева, В.Н. Дорофеев Обеспечение внутреннего микроклимата в современных пассажирских самолетах М.В. Трохимчук, С.С. Осипова, А.О. Криуля Тепловое устройство для защиты морского нефтегазового сооружения ото льда О.М. Шенцова, О.М. Утробина К вопросу создания дворца бракосочетания в г. Магнитогорске О.М. Шенцова, И.Ю. Рейс Развитие яхт-клубов в России и за рубежом и актуальность создания яхт-клуба в Уральском регионе БЕЗОПАСНОСТЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА О.В. Евтушенко Выбор мероприятий для профилактики риска травмирования на рабочих местах предприятий пищевой промышленности М.Ю. Галеева, К.Н. Кришталевич К вопросу ухудшения здоровья среди студентов технического профиля обучения Е.А. Самещенко, А.А. Самещенко Экспериментальные исследования огнестойкости покрытий на основе элементной стружки сплава с эффектом памяти формы 6 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК Н.В. Зубова СТАНОВЛЕНИЕ И ПРОБЛЕМЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, ВОЗНИКАЮЩИЕ НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ ЕЕ РАЗВИТИЯ В работе рассматривается история формирование инженерной деятельности, а также проблемы, имеющиеся в современной инженерии и пути их решения. Возникновение инженерной деятельности как одного из важнейших видов трудовой деятельности связано с появлением мануфактурного и машинного производства. В средние века еще не существовала инженерная деятельность в современном понимании, а была, скорее, техническая деятельность, органически связанная с ремесленной организацией производства. Инженерная деятельность как профессия связана с регулярным применением научных знаний в технической практике. Она формируется, начиная с эпохи Возрождения. На первых порах ценностные ориентации этой деятельности еще тесно связаны с ценностями ремесленной технической практики (например, непосредственный контакт с потребителем, ученичество в процессе осуществления самой этой деятельности и т.п.). В эту эпоху ориентация на применение науки, хотя и выдвигается на первый план в явном виде, но выступает пока лишь как предельная установка [3, с. 73]. Первые импровизированные инженеры появляются именно в эпоху Возрождения. Они формируются в среде ученых, обратившихся к технике, или ремесленников-самоучек, приобщившихся к науке. Решая технические задачи, первые инженеры и изобретатели обратились за помощью к математике и механике, из которых они заимствовали знания и методы для проведения инженерных расчетов. Первые инженеры - это одновременно художники-архитекторы, консультанты-инженеры по фортификационным сооружениям, артиллерии и гражданскому строительству, алхимики и врачи, математики, естествоиспытатели и изобретатели. Таковы, например, Леон Батиста Альберти, Леонард да Винчи, Никколо Тарталья и др. [2, с. 216]. Знание в это время рассматривалось как вполне реальная сила, а инженер - как обладатель этого знания. Насколько высоко ценилось такое знание видно на примере истории жизни рядового флорентийского инженера Чеки. Выходец из ремесленной среды (цеха столяров, изготовлявших для архитекторов деревянные модели сооружений, строительные леса и подъемные сооружения), он был взят флорентийской коммуной на постоянный оклад в качестве городского инженера. В мирное время он ремонтировал крепости, занимался изобретением приспособлений для развлекательных аппаратов. В военное время он помог устроить искусный подкоп, с помощью которого была взята вражеская крепость. Во время выполнения одной из инженерных работ Чеки был убит из арбалета: для врага его изобретения были страшнее, чем наступление целого войска. Он был характерной фигурой для того времени, хотя и не был выдающимся инженером. В этот период инженеры были, как писал известный историк науки М.А. Гуковский, "выходцами из цехового ремесла, но все тянулись к науке, ощущая абсолютную необходимость ее для надлежащей постановки своих технических работ" [5, с. 263]. Можно сказать, что они уже ориентировались на научную картину мира, хотя еще недостаточно опирались на науку в своей повседневной практике. "Вместо анонимных ремесленников все в большем количестве появляются техники-профессионалы, крупные технические индивидуальности, знаменитые далеко за пределами непосредственного места своей деятельности. Но быстрое и принципиально новое развитие техники требует и коренного изменения ее структуры. Техника доходит до состояния, в котором дальнейшее продвижение ее оказывается невозможным без насыщения ее наукой. Повсеместно начинает ощущаться потребность в создании новой технической теории, в кодификации технических знаний и в подведении под них некоего общего теоретического базиса. Техника требует привлечения науки" [1, с. 24]. С развитием экспериментального естествознания, превращением инженерной профессии в массовую в XVIII-XIX веках возникает необходимость и систематического научного образования инженеров. Именно появление высших технических школ знаменует следующий важный этап в развитии инженерной деятельности. Одной из первых таких школ, как уже говорилось в предыдущих главах этой книги, была Парижская политехническая школа, основанная в 1794 г., где сознательно ставился вопрос систематической научной подготовки будущих инженеров. Она стала образцом для организации высших технических учебных заведений, в том числе и в России. С самого начала эти учреждения начали выполнять не только учебные, но и исследовательские функции в сфере инженерной деятельности, чем способствовали развитию технических наук. Инженерное образование с тех пор стало играть существенную роль в развитии техники [4, с. 16]. 7 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ К началу ХХ столетия инженерная деятельность представляет собой сложный комплекс различных видов деятельности (изобретательская, конструкторская, проектировочная, технологическая и т.п.), и она обслуживает разнообразные сферы техники (машиностроение, электротехнику, химическую технологию и т.д.). Сегодня один человек просто не сможет выполнить все разнообразные работы, необходимые для выпуска какого-либо сложного изделия. С течением времени структура инженерной деятельности усложняется. Классическая инженерная деятельность включала в себя изобретательство, конструирование и организацию изготовления (производства) технических систем, а также инженерные исследования и проектирование. Изобретательская деятельность. Путем изобретательской деятельности на основании научных знаний и технических изобретений заново создаются новые принципы действия, способы реализации этих принципов, конструкции технических систем или отдельных их компонентов. Инженерные исследования, в отличие от теоретических исследований в технических науках, непосредственно вплетены в инженерную деятельность, осуществляются в сравнительно короткие сроки и включают в себя предпроектное обследование, научное обоснование разработки, анализ возможности использования уже полученных научных данных для конкретных инженерных расчетов, характеристику эффективности разработки, анализ необходимости проведения недостающих научных исследований и т.д. Проектирование как особый вид инженерной деятельности формируется в начале ХХ столетия и связано первоначально с деятельностью чертежников, необходимостью особого (точного) графического изображения замысла инженера для его передачи исполнителям на производстве. Однако постепенно эта деятельность связывается с научно-техническими расчетами на чертеже основных параметров будущей технической системы, ее предварительным исследованием [6, с. 291]. Современный этап инженерной деятельности характеризуется системным подходом к решению сложных научно-технических задач, обращением ко всему комплексу общественных, естественнонаучных, математических и научно-технических дисциплин. Обособление проектирования и экспансия его в смежные области, связанные с решением экологических, биотехнологических и социотехнических проблем, привели к кризису традиционного инженерного мышления и развитию новых форм проектной культуры, системных и методологических ориентаций современной инженерной деятельности, выходу ее на гуманитарные методы познания и освоения действительности. В связи с усилением влияния науки на все сферы жизни общества, необходимостью решения комплексных научно-технических проблем в настоящее время постепенно формируется новый стиль инженерно-научного мышления. Сегодня старые ценностные ориентации научной и инженерной деятельности часто приходят в противоречие с общей гуманистической направленностью социального прогресса. Распространение данных ориентаций на новые области, например социальной и биологической инженерии, порождает много, по сути, социальных проблем: охраны окружающей среды, этики ученых, прогнозирования социальных последствий научной и инженерной деятельности, которые могут оказаться необратимыми, и т.д. Все это требует перестройки традиционного стиля работы и способа мышления современного ученого и инженера. В современной культуре инженерная деятельность играет все более существенную и важную роль. Не только результаты инженерной деятельности повсюду окружают нас, нормы и методы инженерного мышления проникают в научную, социальную и даже гуманитарную сферы. Появляются социальноинженерные, биотехнология, инженерно-экономические методы и т. п. Они влияют и на сферу медицинской практики – через медицинские приборы и фармацевтическую промышленность. Инженерная деятельность оказывает огромное воздействие и на окружающую человека природную среду не только на региональном уровне, но и в масштабе всей планеты. Во второй половине XX в. воздействие научно-технического прогресса на общество и природу становится глобальным. Это вызывает целый ряд сложнейших экологических проблем, означающих, что инженер не просто технический специалист. Он имеет дело и с природой - основой жизни общества, и с другими людьми. Современная инженерная деятельность выдвигает поэтому и проблему социальной ответственности, интеллектуальной честности и профессиональной этики. В результате инженерной деятельности создано многое, без чего немыслима цивилизация наших дней. Инженеры и конструкторы сделали реальным то, что казалось сказочным и фантастическим, и чему теперь мы перестали удивляться (полеты человека в космос, телевидение и т. п.). Но они разработали и изощренные технические средства уничтожения людей. И хотя сама техника этически нейтральна, инженер не может оставаться равнодушным к ее вредоносному использованию. Еще великий Леонардо да Винчи был всерьез обеспокоен возможным нежелательным характером использования его изобретений. Развивая идею аппарата подводного плавания, он писал: «Каким образом человек с помощью машины может оставаться некоторое время под водой. И почему я не решаюсь описывать мой метод пребывания под водой и то, как долго я могу оставаться без пищи. И о том, что я не хочу опубликовать и предать гласности это дело из-за злой природы человека, который мог бы использовать его для совершения убийств на дне морском путем потопления судов вместе со всем экипажем» [7, с. 148]. Это пример высокой морали, оставленный Леонардо да Винчи будущим поколениями инженеров. 8 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Но гуманистическая или антигуманистическая ориентация инженера может выражаться не только в столь экстремальном использовании продуктов его труда, но и в бережном или безразличном отношении его к обслуживающим и пользующимся техникой людям, окружающей природной среде. Изначальная цель техники и технической деятельности – приносить пользу человеку. И этот принцип должен соблюдаться в большом и малом. Можно ли назвать позицию инженера нравственной, если он не позаботился, насколько это от него зависит, об удобстве пользования, комфортности, экологичности, бесшумности, безопасности созданной им конструкции, сооружения, машины? Даже если созданы они усилиями огромных коллективов специалистов, моральная ответственность каждого инженера за все изделие в целом ничуть не уменьшается. Необходимость преодоления все увеличивающегося расстояния между производителем и потребителем, которое образовалось в современном обществе, порождает настоятельную необходимость возвращения к некоторым отработанным веками ценность ремесленного производства, но на принципиально новом, научном уровне. Ремесленник, как известно, ориентировался непосредственно на потребителя. Сегодня особенно актуальными становятся проблемы социальной ответственности инженеров и проектировщиков, не только перед заказчиком, но и перед обществом в целом. Пока представители различных наук лишь рассуждают о том, как лучше перестраивать окружающий нас мир, инженеры и проектировщики практически перестраивают его, и не всегда наилучшим образом, а часто и во вред человеку, обществу и даже всему человечеству. Необходимо, чтобы принятие глобальных проектов, обсуждалось общественностью, а не было результатом келейных решений, пусть даже подкрепленных некоторыми данными науки. К их обсуждению надо привлекать инженеров и ученых различных направлений и школ, и не только сторонников данного проекта, но и противников его. Ведь это проблемы не только специалистов (ученых и инженеров), но и людей, живущих на земле, где расположена шахта, карьер, завод, АЭС, где планируется искусственное море или канал, от строительства которых могут пострадать не только природа, но и памятники культуры. Инженер с первых дней профессиональной деятельности должен иметь возможность реализовать свой творческий потенциал в самостоятельной работе, занимаясь подлинной инженерной деятельностью. Он должен стать инженером-исследователем, разработчиком способным решать различные инженерные задачи, создавая новейшие техники и технологии служащие во благо обществу. Здесь, с одной стороны, могут помочь более тесная связь вуза с теми предприятиями, где будущий инженер будет работать, большая ориентация инженерного образования на нужды современного производства, направленные на успешную реализацию человеческих потребностей в практически действующие разработки. С другой стороны, поднять престиж инженера в наше время невозможно без повышения его культурного уровня, без глубоких профессиональных знаний, без осознания им гуманистических традиций и ценностей своей профессии, высокой социальной ответственности за судьбы цивилизации. Библиографический список: 1.Абовский Н.П., Воловик, А.Я. Современный взгляд на научную инженерную и учебную деятельность. Красноярск. 2005, 68 с. 2.Алексеев П.В. История философии. М.: ТК Велби, Проспект, 2005, 240 с. 3.Алексеев В.О. Философия. Конспект лекций. М.: Эксмо, 2008, 160 с. 4.Мелещенко Ю.С. Техника и закономерности ее развития. // Вопросы философии. 2005, №18, 38 с. 5.Половинкин А.И. Методы инженерного творчества. Учебное пособие. Волгоград: Волгоградский политехн. ин-т, 2005, 364 с. 6.Половинкин А.И. Основы инженерного творчества. М.: Машиностроение. 2006, 322с. 7. Чус А.В., Демченко В.Н. Основы технического творчества (учебное пособие). Киев: Вища школа. 2007, 184 с. ЗУБОВА НАТАЛЬЯ ВАЛЕРЬЕВНА – старший преподаватель, Трехгорный технологический институт – филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения ВПО «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ». 9 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ А.С. Линёв, М.Ю. Сарилов ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ Обработка алюминиевых и титановых сплавов имеет свои яркие особенности. Ранее были проведены исследования [2] тепловых явлений при обработке трех видов материалов: сталь 45, титановый сплав ОТ-4, алюминиевый сплав АК-4. Результатами исследований стали выводы о факторах, влияющих на изменение температуры в процессе электроэрозионной обработки. Так же в качестве результатов были приведены экспериментальные закономерности, полученные в результате обработке вышеназванных материалов (рисунки 1 и 2). Рис.1. Зависимость температуры от изменения частоты импульсов Рис. 2. Зависимость температуры от изменения скважности Как видно из приведенных рисунков ситуация с концентрацией тепловой энергии в алюминиевом сплаве схожа с титановым сплавом, а под час даже несколько больше. Это весьма парадоксальное явление ввиду того, что коэффициент удельной теплопроводности у алюминия на порядок больше, чем у титана и почти в 3 раза больше чем стали [1]. Ко всему прочему у алюминиевого сплава очень высокий коэффициент удельной теплоемкости, который свидетельствует о том количестве тепловой энергии, которое нужно сообщить одному грамму (килограмму) для того, чтобы он изменил свою температуру на один градус Кельвина. Все это свидетельствует о том, что процесс пробоя имеет на алюминий и его сплавы имеет свои характерные особенности вызывающие концентрацию тепловой энергии в зоне обработки. Логично предположить, что данный факт вызван влиянием материалом электрода на процесс пробоя. Наиболее вероятной причиной этой аномалии является искажение поля в промежутке «усами», образующимися из окисной пленки при разрушении ее во время разряда. Появление этих оксидных усов обосновывается высокой химической активностью самого материала, а с учетом высокой температуры 10 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ расплавленного металла в зоне лунки, образование уса из оксида алюминия занимает крайне малое время. Сходной окислительной способностью обладает и титан, однако, из-за большого значения коэффициента удельной теплоемкости и низкого коэффициента теплопередачи количество разогретого, химически активного титана меньше и размеры оксидного уса меньше. Соответственно и влияние данного уса на процесс пробоя меньше. Анализ состояния электродов в процессе измерений показывает, что на алюминиевых и титановых электродах последующие разряды осуществляются, как правило, с кромок кратера образующегося от первого пробоя. Образование кратеров на электродах из других материалов не вызывает образования «усов» и практически каждый последующий пробой происходит с нового участка поверхности электродов. Для подтверждения данного предположения были проведены экспериментальные исследования на копировально-прошивочном электроэрозионном станке с адаптивным управлением модели 4Л721Ф1 с генератором импульсов ШГИ 40-440М. В качестве материала электрода были использован электрод из меди М1. А в качестве обрабатываемых материалов все те же титановый сплав ОТ-4 и алюминиевый сплав АК-4. Для получения максимальной информативности при минимальном объеме экспериментальных работ был использован метод математического планирования эксперимента, в частности по методике полного факторного эксперимента. Были выбраны следующие виды параметров обработки: X1 (g) количество гребней в импульсе, X2 (n) – количество силовых транзисторов в схеме, X3 (q) – скважность, X4 (f) – частота следования импульса. Названая совокупность факторов удовлетворяет требованиям совместимости и отсутствия линейной корреляции. В качестве результирующих функций были приняты: Y1 – производительность обработки, Y2 – массовый износ электрода-инструмента, Y3 – шероховатость обработанной поверхности. Данные были обработаны по методике многофакторного эксперимента, в результате чего получены следующие уравнения – при обработке ОТ-4: при обработке алюминиевого сплава АК-4: Анализ разработанной линейной модели показал, гипотеза адекватности может быть принята с 95% уровнем достоверности, так как критерий Фишера не превышает табличное значение. Полученные закономерности подтверждают высокую зависимость процесса образования оксидных усов от основных параметров электроэрозионной обработки. Данный эффект может быть использован для повышения производительности электроэрозионной обработки деталей из алюминиевых сплавов, в тех случая когда обработка резанием затруднена или вовсе невозможна. Библиографический список: 1.Муравьев В.И., Бахматов П.В., Долотов Б.И. и др. Обеспечение надежности конструкций из титановых сплавов // Москва: «Экон», 2009. 752 с. 2.Локтев Д.С. Исследование тепловых явлений при электроэрозионной обработке. Магистерская диссертация. Комсомольск-на-Амуре, КнАГТУ, 2010. ЛИНЁВ АЛЕКСАНДР СЕРГЕЕВИЧ – аспирант кафедры «Машины и аппараты химических производств», Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет. САРИЛОВ МИХАИЛ ЮРЬЕВИЧ – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Машины и аппараты химических производств», Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет. 11 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ К.О. Кобзев ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ И БУДУЩЕЕ В условиях становления и развития фабрично-машинного способа производства, индустриализации хозяйственного устройства и упрочения капитализма как социально-экономического механизма расширенного производства наука превращается в экономический фактор. Это находит выражение в появлении корпуса технических наук, непосредственно связанных с решением конкретных проблем в той или иной области массовой инженерной деятельности. Технические науки охватывают различные виды технологии, производственных и технических средств и различные аспекты деятельности инженеров, обеспечивая расчетно-проектировочную, конструкторскую, эксплуатационную сферы научнообоснованными знаниями, методиками, правилами [1]. В технических науках, соответствующих различным областям инженерной деятельности, представлен теоретический уровень технических знаний (другие уровни - эмпирический, нормативный, практико-методический, конструктивно-технический и др.). Важной характеристикой технических наук является формирование теоретических основ, общих для инженерных дисциплин, входящих в программу специализированного обучения инженеров [2]. Становление и развитие технических наук происходило параллельно с развитием соответствующих видов техники и технологических процессов. Теоретические знания конкретной технической науки отражают специфику устройств того или иного принципа действия и назначения. Однако объект изучения не противостоит технической теории как нечто, существующее по независимым от познавательной деятельности законам, лишь "открываемым" в технических науках. Развивающаяся техническая наука формирует систему адекватных ей технический устройств. Эмпирический базис технической науки – сфера проектирования технических устройств определенного типа – одновременно и сфера "претворения в жизнь" ее теоретических положений. Действительно, технические объекты разрабатываются в инженерной деятельности в соответствии с теоретическими предписаниями технических наук. Так, некоторые параметры, входящие в уравнения теории при расчете поведения электрических систем в тех или иных режимах, являются заводскими характеристиками электрических машин, кабелей и т.п., даваемыми поставщиками соответствующего оборудования. Конкретные их величины обеспечиваются в ходе проектирования этих устройств. Методики производства испытаний заводской продукции зачастую – это закрепление в стандартных процедурах экспериментальных методов определения выделенных в теории показателей, характеризующих устройство и его работу. В определенном смысле технические устройства и с точки зрения их структурно-морфологических характеристик (формы, размеров, взаимного расположения частей, материала), и функционального назначения в системе (фильтры, компенсаторы, усилители и т.п.), характера протекающих в них процессов (синусоидальная форма кривой тока в электротехнике) являются воплощением теоретических конструктов технических наук [3]. Техника – предметные структуры практики, технологические и производственные процессы, инфраструктура производственной и – шире – хозяйственной деятельности, с одной стороны, – продукт инженерной деятельности, а с другой – объект технического знания, на которое опирается инженерная деятельность. В техническом знании отображается опыт практической деятельности как со стороны процессуальной, куда входит описание характера и последовательности действий или технологических преобразований, так и со стороны описания свойств предметных структур практики, технических средств, функционирующих в производственнотехнологических процессах[1]. Соответственно в техническом знании следует различать по крайней мере: 1.описание (принцип действия, структура, функционирование) технических устройств; 2.описание технологии их изготовления; 3.описание технологических процессов, в которых они работают или способов пользования ими в какой-либо сфере трудовой деятельности. Технические знания – это те знания, которыми руководствуются при осуществлении практическипреобразовательной, в т.ч. и инженерной деятельности. Знания технических наук – это определенный вид технических знаний, который содержит теоретическое описание предметных структур инженерной практики [3]. Задачи, решаемые в технических науках (а, следовательно, и комплекс знаний, используемых и вырабатываемых для решения этих задач) принципиально отличаются от проблем, стоящих перед естественной наукой. Феномен технической науки возникает как результат некоторых процессов в рамках более широкого целого, которым является деятельность по созданию технических устройств, так, как возникновение технических наук обусловлено потребностями развивающейся технической практики. Техническая наука представляет собой исторически сложившуюся форму обслуживания знаниями инженерной деятельности, характеризующуюся: 1) научными методами исследования технических проблем; 2) организацией получаемых знаний в виде научного предмета (наличие идеализированных объектов изучения и системы взаимосвязанных теорий различного уровня общности); 3) специальной социальной организацией деятельности по выработке этих знаний (каналы научнотехнической коммуникации, сеть научно-исследовательских учреждений, система подготовки кадров). Эти характеристики технических наук сопоставимы с характеристиками естественных наук, что, собст- 12 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ венно, и позволяет говорить о них как о науках. Специфика же технических наук обусловлена их "обслуживающей" функцией; обеспечение этой функции включает приложение и детализацию знаний естественных наук, однако не сводится к этому и предполагает формирование специального предмета исследования. Те идеализации, которые необходимы для теоретического описания объектов, совершенно различны, например, для электротехники и физики электрических явлений[2]. Самостоятельный статус технических наук в логико-гносеологическом аспекте определяется наличием специфического объекта исследования - предметных структур технической практики и предмета исследования – взаимосвязь физических (процессных), функциональных (технических) и конструктивных (морфологических) параметров технических устройств. Библиографический список: 1.Пуанкаре А. Наука и метод // Анри Пуанкаре о науке. М.: Наука, 1983. 560 с. 2.Альтшулер Г.С. Алгоритм изобретения. М.: Московский рабочий, 1973. 296 с. 3.Денисов Ю.Д. Японские прогнозы мирового инновационного развития // Наука Москвы и регионов. 2004. № 3. С. 49-55. КОБЗЕВ КИРИЛЛ ОЛЕГОВИЧ – аспирант Донского государственного технического университета. 13 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ К.О. Кобзев ЭВОЛЮЦИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ В формировании технических наук можно выделить 3 этапа: этап донаучного развития технических знаний (до второй половины ХV11 в.); этап становления и развития технических наук "классического" типа (ХV111-начало ХХ в.); этап формирования комплексных научно-технических дисциплин (с первой трети ХХ в.) [1]. Способы видения и описания технических объектов (устройств и процессов) определяются уровнем развития техники, задачами инженерной проектировочной деятельности, уровнем развития инженерного мышления. На донаучном этапе развития технических знаний основным было конструктивнофункциональное описание технических объектов. Принцип их действия вытекал из их структуры, характера взаимодействия элементов, их морфологических свойств (отдельные машины, включаемые в некоторых дискретных точках технологических процессов – в строительстве, мельницы, подъемники в шахтах и т.п.). Идея технического описания в этот период – описать конструкцию как совокупность морфологических элементов и их конструктивных связей; функционирование ясно из их конструкции [2]. Возникновение технических наук связано со становлением экспериментального естествознания и перестройкой технического мышления в социокультурном процессе изменения общественного сознания при переходе к капиталистической формации: происходит изменение способа видения технических объектов, открывающее путь к становлению технических наук "классического" типа. Технические объекты начинают рассматриваться не просто как целесообразно функционирующие структуры, но и как структуры, осуществляющие, использующие некоторый природный процесс. В технических науках "классического" типа принцип действия технического объекта дается на естественно научной основе, а конструкция рассматривается как способ его реализации. Таким образом, появляется научное техническое знание, в котором технические устройства описываются как естественно-искусственные образования. При этом выделяются характеристики трех типов: конструктивно-морфологические (характеризуют строение устройства), процессуальные (характеризуют протекающий в устройстве природный процесс, изучаемый естествознанием), функциональные (характеризуют устройство с точки зрения его работы в качестве средства целесообразной деятельности, элемента технической системы) [1]. Исследование технических объектов приводит к формированию в технических науках специфических теоретических схем (связных совокупностей идеализированных объектов изучения), описывающих связи указанных характеристик для определенных классов технических устройств. Классические технические науки опираются на теоретические представления естественных наук. Причем базовая естественно-научная теория может иметь феноменологический характер, но быть весьма полезной для технической теории в виду того, что для построения расчетных методов нужны прежде всего количественные зависимости, фиксируемые в математическом аппарате естественно научных теорий. Задача технических наук – дать эффективные методы проектирования и расчета инженерных объектов, режимов функционирования сложных технических систем [3]. Таким образом, специфика знаний технических наук и исследовательской деятельности в них определяется прежде всего контекстом практических приложений. Ориентированность технических теорий на обслуживание расчетно-проектной инженерной деятельности выражается в том, что познавательная установка в технических науках подчинена проектной. Соотношение этих установок можно представить в формулировке "познать, чтобы сделать". На первый взгляд такая формулировка мало чем отличается от характеристики позиции инженера: "знать, чтобы делать". Тонкость заключается в том, что понимать под "знать" и "познать". Инженер знает образцы, методы решения технических задач, приемы и опыт предшественников, изучает ("познает") теоретические основы своего дела и использует этот широкий спектр разнообразных знаний в своей деятельности – т.е. он "знает, чтобы делать". Представитель технических наук (это, в частности, инженер-исследователь или ученый инженер) создает и развивает определенного рода структуры теоретического знания, исследует ("познавая") особым образом, по нормам специфической научности и с расчетно-проектной ориентацией, объектные структуры инженерной деятельности, ее проблемы [2]. Разумеется, разграничение позиций "инженера-деятеля-использователя знаний" и "инженераисследователя-создателя знаний" (представителя технических наук) в значительной мере носит условный, теоретический характер. Оно не имеет ценностного оттенка и не предназначено для "маркировки" конкретных деятелей инженерии. Эти позиции, зачастую являющиеся ипостасями одних и тех же исторических лиц, нужны для анализа структуры инженерного сообщества. Исходные теоретические представления о процессах в технических устройствах формируются на основе привлечения естественно-научных знаний и экспериментального исследования их работы по об- 14 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ разцу физических исследований. При этом, во-первых, вырабатываются отдельные эмпирические расчетные формулы и, во-вторых, формулы определенных физических законов специфицируются применительно к принципу действия и конструкции того или иного устройства. Конструкции фиксируются в технических науках в виде структурно-морфологических изображений устройств. Такие изображения "поставляются" техническими науками проектировочной деятельностью, задачи которой непосредственно определяются проблемами развития техники. Теоретическое исследование (познание) в технических науках направлено на построение таких моделей протекающих в инженерных объектах процессов, которые обеспечивают математическое описание и получение технического устройства. Исследовательские процедуры и теоретические схематизации технической науки позволяют осуществлять переход от структурно-морфологических изображений устройств, на которых разъясняется и анализируется физическая картина протекающих в них процессов в свете поставленной инженерной задачи, к их расчету. Библиографический список: 1.Пуанкаре А. Наука и метод // Анри Пуанкаре о науке. М.: Наука, 1983. 560 с. 2.Альтшулер Г.С. Алгоритм изобретения. М.: Московский рабочий, 1973. 296 с. 3.Денисов Ю.Д. Японские прогнозы мирового инновационного развития // Наука Москвы и регионов. 2004. № 3. С. 49-55. КОБЗЕВ КИРИЛЛ ОЛЕГОВИЧ – аспирант Донского государственного технического университета. 15 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ О.А. Курсин, М.Ю. Полянчикова, Д.А. Мартус, И.Ф. Кожемякин ИССЛЕДОВАНИЕ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ТВЁРДОСТИ ПОВЕРХНОСТИ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ ПЕРЕД ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКОЙ На производстве в нефтяной, химической и пищевой промышленности при финишной абразивной обработке гидро-, пневмоцилиндров, цилиндров компрессоров из мягких низкоуглеродистых морозостойких и аустенитных корозионностойких сталей не удаётся достичь высокого качества обработанной поверхности: образуется большая шероховатость, задиры и наплывы металла вследствие пластичности обрабатываемого материала. В современном производстве для обработки гидро- и пневмоцилиндров из подобных материалов часто применяют раскатывание вместо хонингования. Однако раскатывание отверстий даёт низкую точность размеров и геометрической формы, так при хонинговании точность достигает 0,01 мм, а при раскатывании погрешности доходят до 0,5 мм, что часто недопустимо для конструкции машины. Кроме того, после раскатывания возможен перенаклёп поверхности, что приводит к образованию микротрещин и разрушению поверхности в процессе работы. Применение известных прогрессивных методов финишной обработки хонингованием незначительно улучшает микрогеометрию на «мягких» материалах, не более 20%. Установлено, что на величину шероховатости поверхности существенное влияние оказывает её твёрдость. Так, например, при хонинговании мягкой аустенитной стали 12Х18Н10Т (HB 179) достигается параметр шероховатости Ra 1,3 мкм, а при обработке закалённой стали ШХ15 (HRC 58) Ra = 0,3 мкм. Для решения данной проблемы предлагается повышать твёрдость поверх-ности перед обработкой. Рассмотрим основные способы данного направления. Азотирование [1] – процесс насыщения поверхности изделия азотом с целью повышения твёрдости и износостойкости конструкционных сталей. Процесс протекает при температуре 700-1200ºС. Азотирование снижает вязкость стали, повышает ее прочность, ослабляет влияние концентраторов напряжений на снижение предела выносливости стали и существенно повышает предел выносливости, особенно тонких деталей и деталей, работающих в некоторых коррозионных средах. Азотирование повышает сопротивление задираемости и налипанию металла при обработке, особенно при повышенных температурах. В результате азотирования коррозионная стойкость конструкционной стали (в среде воздуха, водопроводной воде, перегретом паре, слабых щелочных растворах) повышается и, наоборот, аустенитной хромоникелевой и нержавеющей хромистой стали понижается. Окалиностойкость последних также понижается. Это объясняется тем, что в азотированном слое этих сталей из твёрдого раствора устраняется значительная часть хрома, входящего в состав образующихся нитридов. Кроме того, крупногабаритные изделия при нагреве до 700ºС подвергаются тепловым деформациям. Поэтому данный способ в ряде случаев неприменим. Цементация и нитроцементация [2] – процесс насыщения поверхности изделия углеродом. Наиболее распространенные в машиностроении способы химико-термической обработки стальных низкоуглеродистых деталей – применяется для получения высокой поверхностной твердости, износостойкости и усталостной прочности. Эти свойства достигаются обогащением поверхностного слоя низкоуглеродистой и нелегированной стали углеродом до концентрации эвтектоидной или заэвтектоидной структуры с тем или иным остаточным количеством аустенита и карбидов. Однако на корозионностойких сталях с повышенным содержанием хрома и других легирующих элементов процесс цементации протекает слабо и не даёт желаемых результатов. Крупногабаритные изделия также при нагреве свыше 700ºС подвергаются тепловым деформациям. Поэтому данный способ неприменим не для всех изделий машиностроения. Известно также лазерное легирование поверхностного слоя с предварительным нанесением на обрабатываемую поверхность покрытий, содержащих легирующие элементы, и последующим расплавлением их лучом лазера. Способ обладает значительными потенциальными возможностями повышения твёрдости [3]. При лазерном легировании поверхностного слоя возможно более значительное прираще- 16 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ ние твёрдости поверхностного слоя и, следовательно, высокое качество получаемой поверхности при финишной абразивной обработки. Но существующие в настоящее время способы лазерного легирования поверхностного слоя обладают рядом недостатков. Легирование поверхности в ряде случаев снижает коррозионную стойкость изделий из нержавеющей стали вследствие устранения части хрома из приповерхностного раствора. Кроме того, глубина легированного таким способом слоя невысока и не всегда сможет обеспечить требуемый припуск на последующую обработку, так как процесс плавление материала заготовки вызывает большие энергозатраты и имеет ограничения. Таким образом, известные способы повышения твёрдости поверхности имеют общие недостатки: снижение коррозионной стойкости изделий, что особенно значимо для химической и пищевой промышленности, и тепловые деформации, возникающие при распределении внутренних напряжений. Поэтому данные направления в ряде случаев неприменимы. Для устранения указанных недостатков авторами предлагается перед процессом абразивной обработки производить следующие виды низкотемпературной обработки: опережающее пластическое деформирование [4] или наводораживание [5]. Экспериментально установлено, что насыщение поверхности водородом при помощи электролиза [5] более эффективно повышает твёрдость низкоуглеродистых морозостойких сталей типа 09Г2С, Ст3 и т.д., а процесс опережающего пластического деформирования значительно повышает твёрдость аустенитных сталей типа 12Х18Н10Т, 20Х13 и т.д., до 100%. Рис. 1. Микропрофиль поверхности, полученной после обработки аустенитной стали 12Х18Н10Т обычным способом хонингования. (Ra = 1,3 мкм) Так, например, предлагаемый способ хонингования аустенитных сталей с опережающим пластическим деформированием позволяет снизить параметр шероховатости Ra до 50% и повысить насыщенность металла в шероховатом слое. Это видно из представленных профилограмм (рис. 1 и 2). Полученный результат достигается вследствие того, что абразивные зёрна при хонинговании внедряются на меньшую глубину, что уменьшает следы обработки и наплывы металла вдоль следа. Это может значительно увеличить срок службы изделия и его конкурентоспособность. Рис. 2. Микропрофиль поверхности, полученной после обработки аустенитной стали 12Х18Н10Т хонингованием с ОПД. Давление ОПД 36 МПа. (Ra = 0,65 мкм) 17 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Кроме того, предлагаемый способ обработки позволяет снизить износ абразивного инструмента до 20% благодаря уменьшению сил резания из-за меньшей глубины внедрения зёрен, что снижает затраты на изготовление изделий. Опережающее пластическое деформирование также положительно отражается на качестве обработанной поверхности при хонинговании с возрастающей скоростью резания [6] и другими прогрессивными способами. Таким образом, предлагаемые модернизации известных способов финишной абразивной обработки позволяет эффективно применять их и на «мягких» труднообрабатываемых сталях. Библиографический список: 1. Лахтин Ю.М. Азотирование стали / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган. М.: Машиностроение, 1976. С. 81-88. 2. Прженосил Б. Нитроцементация. М.: Машиностроение. 1969. 212 с. 3. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки. М.: Издво МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2006. 664 с. 4. Полянчиков Ю.Н. Улучшение параметров шероховатости при обработке резанием с опережающим пластическим деформированием / Ю.Н. Полянчиков, Д.В. Крайнев, П.А. Норченко, А.Р. Ингеманссон // Вестник СГТУ. 2010. № 1. C. 67-71. 5.Полянчиков Ю.Н. Повышение параметров резания путем поверхностного наводораживания заготовок. / Ю.Н. Полянчиков, Н.И. Егоров, М.Ю. Полянчикова // Научно-технический журнал «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии» № 2-2 (292) 2012 март-апрель. С. 30-34. 6. Пат. РФ № 2305620. Способ обработки отверстий / Полянчиков Ю.Н., Полянчикова М.Ю., Курсин О.А., Кожевникова А. А. Опубл. 10.09.2007 г., Бюллетень № 25, МПК B24B 1/00, B24B 33/02. КУРСИН ОЛЕГ АНАТОЛЬЕВИЧ – кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения», Волгоградский государственный технический университет. ПОЛЯНЧИКОВА МАРИЯ ЮРЬЕВНА – кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Технология машиностроения», Волгоградский государственный технический университет. МАРТУС ДЕНИС АЛЕКСАНДРОВИЧ – магистрант кафедры «Технология машиностроения», Волгоградский государственный технический университет. КОЖЕМЯКИН ИВАН ФЕДОРОВИЧ – магистрант кафедры «Технология машиностроения», Волгоградский государственный технический университет. 18 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Л.Б. Алексеева, В.П. Уваров ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДВУХКАСКАДНОЙ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ РОТОРНЫХ МАШИН В роторных машинах применяют различного рода упругие элементы, встраиваемые между ротором и корпусом машины. Они позволяют отстроить систему ротор-корпус от резонансных режимов и тем самым уменьшить передачу возмущающих сил на корпус и в конечном итоге на фундамент. В общем случае виброизоляция может состоять из двух каскадов с коэффициентами жесткости K1 , K 2 , K 3 , K 4 (рис.1), промежуточных тел с массами M1 , M 2 , разделяющих каскады виброизоляции, и антивибраторов (виброгасителей) с массами m1b , m2b , настроенных на частоту вращения ротора и присоединенных к промежуточным телам с помощью упругих элементов с коэффициентами жесткости K1b , K 2b [1]. Критерием эффективности рассматриваемой виброизоляции может служить коэффициент, равный отношению усилий, передаваемых на корпус при установке ротора на жесткие или упругие опоры, к усилиям, действующим на корпус при использовании двух каскадов виброизоляции с антивибраторами. В подшипниках скольжения в качестве первого каскада виброизоляции можно рассматривать масляный клин, возникающий при движении шипа в подшипнике. Это позволяет упростить конструкцию виброизолирующего узла. Однако, в общем случае, силы, возникающие в масляном слое, имеют нелинейный характер. Это связывает колебания в вертикальной и горизонтальной плоскостях и может привести к потере устойчивости вращения ротора [2]. Воспользуемся линеаризованными решениями и рассмотрим колебания в вертикальной плоскости. Для составления уравнений движения используем уравнение Лагранжа 2 рода. Выражения для кинетической Т и потенциальной П энергий рассматриваемой модели, совершающей колебания в вертикальной плоскости запишем в виде 2 2 2 T mр y р2 I рр2 M1 y пр 1 M 2 yпр 2 m1b y12b m2b y 22b mк y к2 I кк2 ; (1) 2 П K р ( yр y) 2 K1 ( y yпр1 l1р ) 2 K 2 ( y yпр 2 l2р ) 2 K1b ( y1b yпр1 ) 2 K 2b ( y2b yпр 2 ) 2 K3 ( yпр1 yк l3к ) 2 K 4 ( yпр 2 yк l4к ) 2 Kм ( yк l3к ) 2 Kм ( yк l4к ) 2 ; где mp , mк – величины масс соответственно ротора и корпуса; (2) y р , y , yпр1 , yпр 2 , y1b , y2 b , yк – перемещения центров масс соответственно ротора, цапф ротора, промежуточных тел, антивибраторов, корпуса; р , к – углы поворота соответственно ротора и корпуса; I р , I к – моменты инерции соответ- ственно ротора и корпуса относительно их центров масс sр , sк ; K р , K м – коэффициенты жесткости соответственно ротора в месте расположения центра масс, внешней амортизации; обозначения l1 , l2 , l3 , l4 очевидны из рис. 1. Диссипативная функция Ф определится выражением 2 Ф Cр ( y р y ) 2 C1b ( y1b y пр1 ) 2 C2b ( y 2b y пр 2 ) 2 Cм ( y к l3к ) 2 См ( y к l4к ) 2 , где (3) Ср , C1b , C2 b , См – коэффициенты демпфирования соответственно ротора, упругих связей «анти- вибратор-промежуточное тело», внешней амортизации; 19 yi d yi / dt ; i d i / dt . ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ y l2 l1 mр sр m1b K2 m2b M2 K2b K1 M1 K1b M2 K3 K4 mк sк Kм l3 Kм l4 Рис. 1. Схема двухкаскадной виброизоляции Выражения (1)-(3) позволяют, используя уравнения Лагранжа 2 рода, получить уравнения движения рассматриваемой системы под воздействием неуравновешенной силы инерции ротора. При этом можно учесть следующие обстоятельства. Каскады амортизации выполняются в виде стальных колец, ротор полагаем твердым телом, поэтому демпфированием в них не учитываем. Внешняя амортизация состоит, как правило, из резиново-металлических амортизаторов, поэтому следует учесть демпфирование в ней. Упругие связи антивибраторов выполняют чаще всего в виде пружин, поэтому демпфирование в них оказывается незначительным, не влияя практически на частотный диапазон, в котором эффективна рассматриваемая виброизоляция. Для оценки эффективности виброизоляции рассмотрим одномерную модель, описывающую вертикальные вынужденные колебания под воздействием неуравновешенности ротора, вращающегося с угловой скоростью ω. Соответствующая система уравнений примет вид 2 m1y1 Q1 ( y1 y 2 ) m1 e sin t ; m2 y2 Q1 ( y2 y1 ) Q2 ( y 2 y3 ) Q4 ( y2 y4 ) C4 ( y 2 y 4 ) 0; (4) m3 y3 Q2 ( y3 y 2 ) Q3 y3 C4 y 3 0; m4 y4 Q4 ( y4 y2 ) C4 ( y 4 y 2 ) 0; где e – эксцентриситет ротора; m1 mр ; m2 mпр1 mпр 2 ; m3 mк ; m4 m1 b m2 b ; Q1 K3 K 4 ; Q1 K р ( K1 K 2 ) / ( K1 K 2 K р ) ; Q3 K м ; Q4 K1b K 2b ; C3 Cм ; C4 C1b C2b ; Решения системы (4) ищем в виде где ai , bi y1 yр ; y2 yпр ; y3 yк ; y4 yм . yi ai sin t bi cos t , (5) – произвольные постоянные. Подставляя (5) в (4) получим систему восьми алгебраических уравнений. Для конкретных параметров машины полученные решения позволяют определить коэффициент виброизоляции как функцию угловой скорости ротора X / P f () , где X y3 ( K3 mк 2 ) – амплитуда силы, действующей на корпус при наличии виброизоляции; Р – амплитуда неуравновешенной силы инерции ротора. 20 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ На рис. 2 приведены результаты расчета коэффициента при следующих значениях параметров маши1 ны и виброизоляции. Угловые скорости ротора, на которые настраивались антивибраторы 200…240 с ; масса ротора 100 кг; масса корпуса 300 кг; суммарная масса промежуточных тел 15 кг; суммарная масса антивибраторов 30 кг; коэффициент жесткости внешней амортизации 0,24 107 H м 1 . Xк / P 1 0,8 0,6 2 0,4 3 0,2 c 0 200 210 220 1 240 230 Рис. 2. Коэффициент эффективности виброизоляции Вариант 1. Машина без рассматриваемой системы виброизоляции. Вариант 2. Антивибраторы настроены на 220 c 1 ; каскады виброизоляции жесткие. Вариант 3. Каскады с коэффициентами жесткости 4 107 Н м-1 , антивибраторы настроены на частоту 220 c . Подбирая жесткости каскадов виброизоляции, можно влиять на спектр собственных частот и, следовательно, на величину частотного диапазона эффективной работы рассматриваемой системы. Этот диапазон определяет чувствительность системы к изменению ее параметров. Рассмотренная двухкаскадная виброизоляция роторных машин, эффективна в области низких частот. Ее применение целесообразно для однорежимных машин, у которых в процессе эксплуатации происходит рост дисбаланса. Использование такой виброизоляции делает возможным применение более простой внешней амортизации, подбирая ее из условия эффективности на средних и высоких частотах. 1 Библиографический список: 1. Вибрация энергетических машин: справочное пособие/ под ред. Н.В. Григорьева. Л.: Машиностроение, 1974. 464 с. 2. Тондл А. Динамика роторов турбогенераторов. Л.: Энергия, 1971. 388 с. АЛЕКСЕЕВА ЛЮБОВЬ БОРИСОВНА – кандидат технических наук, доцент Национального минерально-сырьевого университета «Горный». УВАРОВ ВИКТОР ПАВЛОВИЧ – доктор технических наук, профессор Национального минерально-сырьевого университета «Горный». 21 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Д.Ю. Ершов ФАЗЫ ДВИЖЕНИЯ САМОТОРМОЗЯЩИХСЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ В ДИНАМИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ Рассмотрим режимы движения (фазы движения) самотормозящейся червячной передачи, условия их существования и динамические особенности. Пусть выполняются неравенства вращения червяка и колеса. M1 1 0 и M 2 2 0 , где ω1 и ω2 – угловые скорости M 1 , является ведущим, а червячное колесо, к которому приложен момент внешних сил сопротивления M 2 – ведомым. МощПри этом червяк, к которому приложен момент внешних активных сил ность внешнего источника, подведённая к червяку, передается от последнего к червячному колесу. Дифференциальные уравнения движения червяка и червячного колеса можно записать в виде: I11 М1 М12 , I 2 2 М 2 М 21 (1) где I , I – моменты инерции червяка и червячного колеса относительно собственных осей враще 1 2 ния; M 12 и M 21 – моменты реакций в зацеплении червячной передачи. Под фазой неравновесного движения самотормозящейся червячной передачи принято понимать состояние передачи, определяемое характером соотношения между мощностями моментов реакций в M 12 на червяке равна: cos (2) N1 M 12 1 N12 r1 1 sin пр 0 cos пр Мощность момента M 21 на червячном колесе определяется выражением: cos (3) N 2 M 21 2 N 21 r2 2 cos пр 0 cos пр где r1, r2 – радиусы делительных цилиндров червяка и колеса; α – угол профиля зуба червяка; – приведенный угол трения в зацеплении самотормозящейся червячной передачи; λ – угол подъёма зацеплении. Мощность момента пр винтовой ленты червяка на длительном цилиндре Поток мощности внешнего источника, подводимый к червяку, направлен от червяка к червячному колесу. Такой режим движения принято называть тяговым. Фаза тягового режима характеризуется следующими особенностями: Порог мощности внешнего источника направлен от червяка (ведущего звена) к колесу (ведомому звену); Моменты реакций связи удовлетворяют условиям: М12<0, М21>0; Соотношение между моментами реакций связи определяется зависимостью M 12 1 M 21 T1 2 или M12 i12 M 21 T1 , где υТ - механический безразмерный коэффициент, учитывающий не идеальность связи в фазе тягового режима; i12 – кинематическое передаточное отношение червячной передачи. Приведенный к оси червяка момент инерции звеньев передачи определяется выражением: 2 (4) I пр I1 I 2 i12 T1 , где υТ – учитывается механический коэффициент, характеризующий не идеальность связи. Заметим, что если бы в передаче трение не учитывалось, то пр 0 , а Т 1 и в этом случае приведённый момент инерции передачи был бы равен: 2 . I пр I1 I 2 i12 22 (5) I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Рассмотрим случай, когда M 2 2 0 . Зуб червячного колеса упирается в зуб червяка. Движение звеньев передачи оказывается возможным, если к червяку, так же как и к колесу, мощность подводится от внешнего источника. Иными словами, движение самотормозящейся червячной передачи воз- можно, если оба звена передачи являются ведущими и обеспечивается неравенство M 1 1 0 . Взаимодействие червяка и червячного колеса происходит по другим профилям зубьев, отличных от тех, по которым происходит взаимодействие в тяговом режиме. Мощности моментов реакций будут в виде: cos N1 M 12 1 N12 r1 1 sin пр 0 , cos пр cos N 2 M 21 2 N 21 r2 2 cos пр 0 . cos пр (6) (7) Мощности моментов реакций связи для рассматриваемого случая в силу (4) и (5) оказались отрицательными. Такое состояние передачи называется фазой оттормаживания. Фаза оттормаживания самотормозящейся червячной передачи характеризуется следующими особенностями: В этой фазе отсутствует поток мощности, направленный от одного звена к другому; два потока, подводимые к червяку и червячному колесу от внешних источников, направлены вовнутрь передачи и расходуются на преодоление мощности сил трения в зацеплении самотормозящейся червячной передачи; при этом, если мощность, подводимая к червячному колесу «заклинивает» передачу, то мощность, подводимая к червяку «расклинивает» её, благодаря чему и оказывается возможным движение; В фазе оттормаживания моменты реакций в передаче удовлетворяют условию М12<0, М21<0; Сопротивление между моментами реакций связи определяется зависимостями M12 i12 M 21 1 , пр где – запас по самоторможению; Приведённый к оси червяка момент инерции звеньев передачи определяется разностью момента инерции червяка и приведённого к оси червяка с учётом кинематического передаточного отношения и механического коэффициента момента инерции червячного колеса: 1 (8) I пр I1 I 2 i12 OT . ОТ tgпр tg пр 1 1, (9) где υОТ – безразмерный механический коэффициент, учитывающий не идеальность внутренней связи в фазе оттормаживания самотормозящейся червячной передачи. При выполнении определённых условий механизм может оказаться в фазе инверсного тягового режима. Пусть первоначальное движение звеньев передачи происходит в фазе оттормаживания в режиме разбега. При этом угловые скорости червяка и червячного колеса, а, следовательно, и скорости скольжения в относительном движении рабочих профилей зубьев передачи возрастают. При этом приведенный угол трения ρпр убывает. Если последний станет меньше угла λ подъема винтовой линии червяка, то пе- редача окажется в фазе инверсного тягового режима. В этом случае выполняются условия: M 1 1 M 2 2 0 . Червячное колесо является ведущим, а червяк – ведомым. 0, Мощности моментов реакций связи определяются выражениями: cos N1 M 12 1 N12 r1 1 sin пр 0 cos пр cos N 2 M 21 2 N 21 r2 2 cos пр 0 cos пр 23 (10) (11) ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Из (8) следует, что момент M 12 является движущим по отношению к червяку, а из (9) следует, что момент M 21 является моментом сопротивления. Иными словами, поток мощности направлен от червячного колеса к червяку. Такую фазу движения принято называть инверсным тяговым режимом. Фазы инверсного тягового режима характеризуются следующим: Порог мощности внешнего источника направлен от червячного колеса к червяку. Моменты реакций удовлетворяют условиям: М12>0, М21<0. Сопротивление между моментами реакций определяется зависимостью: M12 i12 M 21 ИТ -M21 1 , (12) где ИТ – механический безразмерный коэффициент, учитывающий неидеальность внутренней связи в фазе инверсного тягового режима; Приведенный момент инерции механизма равен: 2 (13) I пр I1 I 2 i12 ИТ ИТ - N1 tg - пр 1 . N2 tg (14) Таким образом, в самотормозящейся червячной передаче можно выделить три основные фазы (режима) движения, которые необходимо учитывать при изучении динамических процессов, происходящих в механических системах. ЕРШОВ ДМИТРИЙ ЮРЬЕВИЧ – доцент кафедры «Машиностроение», Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». 24 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Е.А. Налобина, Ю.В. Муравинец СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЛЬНОСЫРЬЯ Постановка проблемы. Основная целью первичной переработки льна – есть получение максимального выхода длинного волокна. Увеличение выхода длинного волокна, как показано в работах многих ученых [1, 2, 3, 4] – задача практически решаемая. Но следует отметить, что современное оборудование заводов по первичной переработке льносырья постоянно совершенствуется. Одним из широко распространенных направлений модернизации существующего и разработки нового оборудования есть внедрение в его состав АСУ и компьютеро-управляющих систем, которые позволяют регулировать параметры работы машин в зависимости от физико-механических свойств сырья, поступающего на обработку. Такие значимые изменения свойств оборудования требуют новых методологических подходов к выполнению процессов его анализа и синтеза. Анализ литературных источников. Широкое применение программных продуктов и компьютерной техники позволило ученым разработать и апробировать математические модели, которые раскрывают закономерности протекания процессов первичной обработки льна- долгунца [4, 5, 6, 7]. Теоретически обоснованы и реализованы практически усовершенствованные технологии, в основу которых положены свойства материала-тресты льна, а также внутренние параметры процессов формирования и обработки слоя стеблей [6, 7, 8], что позволило получить высокие качественные результаты. В то же время для дальнейшего развития и, в первую очередь, возрождения первичной переработки льна в Украине, актуальной задачей есть исследований, направленных на оценивание возможностей существующего оборудования и эффективности его функционирования с целью обоснования направлений его модернизации. Данные исследования должны базироваться на результатах системного анализа процессов взаимодействия рабочих органов машин и материала и осуществляться на основании определенных методологических подходов. Учитывая сказанное сформулируем цель работы: обоснование основных положений системного анализа показателей эффективности оборудования для первичной переработки льна-долгунца. Изложение основного материала. Оценить показатели эффективности оборудования и обосновать наиболее полные интегральные показатели качества его функционирования можно на основании глубокого анализа в ходе которого необходимо установить: – структуру оборудования; – наиболее возможное количество факторов, влияющих на объект исследования; – варианты возможных откликов объекта исследования на влияния тех или иных внешних факторов воздействия. Такой анализ позволит осуществить выбор и обосновать показатели оценки эффективности оборудования. Следуя поставленным задачам, нами с целью исследования оборудования, выбран был как наиболее конструктивный метод системного анализа. Согласно системной методологии исследование сложных объектов- систем, необходимо начинать с декомпозиции. Применительно к оборудованию декомпозиция предполагает: – четкое обозначение функциональных задач оборудования; – выявление перечня элементарных операций, совершаемых отдельными структурными элементами машины, направленных на выполнение обозначенных выше задач; – выявление взаимозависимых структурных элементов и описание их функциональных связей. Проведение декомпозиции позволяет составить перечень параметров, характеризующих протекание последовательных элементарных операций. Для каждого параметра необходимо установить область ограничений. Это дает возможность сформулировать требования к машинам и экономическую концепцию с целью выявления перечня технологических и производственных ограничений в процессе разработки (модернизации) и производства машины. Концепцию нового образца или модернизации существующего необходимо формировать комплексно в таких направлениях: технико-технологическом и финансово-экономическом (рис. 1). На основе сформированной базы данных проводиться обоснование основных направлений развития (модернизации) машин. На этом этапе остро встает вопрос поиска таких конструктивных и технико-технологических решений, которые обеспечат максимальную производительность, минимальные затраты на изготовление (модернизацию) и эксплуатацию, максимальные параметры качества технологического процесса на каждом его этапе. Это этап оценки эффективности оборудования. Выполнять его можно, базируясь на различных методах, в которых эффективность, в основном, оценивается относительными и удельными показателями с последующим вычислением коэффициента их значимости. Условия функционирования оборудования для первичной обработки льна характеризируются многообразием и сложностью учета постоянно изменяющихся факторов влияния, что, в первую очередь, объясняется свойствами сырья. Изменение факторов влияния требует адаптации параметров оборудования к определенным условиям эксплуатации. Кроме того оборудования для первичной обработки льна 25 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ характеризируется разнообразием функционального назначения. Предложенная методика оценки эффективности оборудования разработана в соответствии с этими особенностями. Нормативные данные, характеризирующие технологические возможности существующих машин База исходных данных для разработки новых (модернизации известных) машин Сроки разработки (модернизации) Рис. 1. Схема формирования данных для разработки (модернизации машин) На современном этапе развития производства энергоемкость выполняемых машиной операций – важный и неотъемлемый критерий оценки ее эффективности, способный объективно оценить не только эффективность оборудования но и технологического процесса, выполняемого с его использованием. Критерий расхода энергии согласно [9] можно определить: Kэ Wn E , TQ (1) где Wn – полная затрата энергии за время эксплуатации машины; E – затраты энергии на выполнение технологической операции; T – время работы машины; Q – главный показатель эффективности. Для оборудования первичной обработки показатели эффективности могут быть выбраны согласно рекомендаций, приведенных ниже (табл. 1). Кроме критерия энергетической оценки эффективность оборудования для первичной переработки льна можно оценить: 1. Функциональным критерием: і Vі , u (2) где Vi – производительность машины; u – удельная энергоемкость процесса выполнения функции. Vi и u – рассматривают как функции физико-механических свойств тресты или сырца. 2. Критерий полноты использования сырья: G, m (3) Пі , Фі (4) Kисп где G – масса изделий; m – масса сырья. 3. Критерий обеспечения качества по единичным показателям: Kk где Пi – натуральное значение i -го критерия качества машины; Фi – функциональный критерий. 26 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Параметры показателей эффективности машин первичной обработки льна Показатели эффективности Наименование 2 Наименование объекта оценки 1 Слоеформирующая машина – комлеподбиватель – дозатор амплитуда колебаний планок крутящий момент муфты предельного момента сила давления зуба на стебли скорость перемещения транспортера, либо масса стеблей на 1 м погонный ленты – утончающий механизм – перекашивающий механизм глубина вхождения рифлей во впадины парного рабочего органа деформация пружин механизма нагружения верхнего вальца угловая скорость вальца Мяльная машина Размерность 3 Hм H м с кг мм мм с 1 скорость перемещения слоя тресты м пропускная способность машин кг плотность слоя кг линейная распределенная нагрузка Н количество секций количество бил на барабане штук штук параметры сырца: влажность, плотность, сила связи волокна с древесиной, прочность волокна Трепальная машина Таблица 1 скорость перемещения слоя ремнями зажимного транспортера диаметр барабана скорость вращения барабана с ч м м % кг м H МПа м с м с 1 4. Интегральный показатель качества машин для первичной обработки льна удобно представлять в виде матрицы: K k где K ij – K11 K12 ... K1n K 21 K 22 ... K 2 n K31 K32 ... K3n , j -й показатель качества слоеформирующей ( i 1 ), мяльной ( i 2 ) и трепальной ( i 3 ) машин. Из матрицы выбираем наивысшие показатели по столбцам и формируем интегральный показатель. 5. Критерий эксплуатационный: (5) E E1 E2 E3 E4 , где E1 , E2 , E3 , E4 – затраты на покупку, транспортировку, монтаж и на эксплуатацию машины. Вывод. Предложенные методические основы оценки оборудования для первичной обработки льна позволяют на основе результатов выполненных расчетов оценить эффективность и обосновать пути их усовершенствования. 27 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Библиографический список: 1. Марков В.В. Первичная обработка лубяных волокон / В.В. Марков, Н.Н. Суслов, A.M. Ипатов. М.: Легкая индустрия, 1974. 141 с. 2. Иванов А.Н. Физико-химические основы технологии приготовления льнотресты: Дис. докт. техн. наук / А.Н. Иванов // Костромской гос. технол. ун-т. Кострома, 1989. 535 с. 3. Новиков Э.В. Обоснование параметров и характеристик малогабаритной трепальной машины: дис. канд. техн. наук. Кострома: КТИ, 1998. 4. Лапшин А.Б. Численное моделирование процесса трепания / А.Б. Лапшин, В.И. Савиновский // Изд. вузов. Технология текстильной промышленности. 1993. № 5. 5. Вихарев С.М. Применение теории марковских процессов для моделирования динамики процесса трепания льна // Изд. вузов. Технология текстильной промышленности. 2007. № 6. 6. Иванюк Д.В. Математическая модель процесса трепания, учитывающая воздействия передней и тыльной кромок била на обрабатываемый материал // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 2006. № 3. 7. Коновалов В.В. Имитационное моделирование процесса трепания лубоволокнистых материалов // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1988. № 3. 8. Дьячков В.А. Теоретические основы производства лубяных волокон: монография // Издательство Костромского государственного технологического университета. Кострома, 2009. 271 с. 9. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества: Учебное пособие для студентов вузов. М.: Машиностроение, 1988. 368 с. НАЛОБИНА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА – доктор технических наук, профессор, Луцкий национальный технический университет (Украина). МУРАВИНЕЦ ЮЛИЯ ВИКТОРОВНА – аспирант, Луцкий национальный технический университет (Украина). 28 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ В.И. Колчков, И.Е. Парфеньева МОДЕЛИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СТРУКТУР ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ Изделия машиностроения состоят из большого числа взаимно входящих в них функциональных элементов, которые в условиях кооперации и специализации современного производства изготавливаются на различных предприятиях. Под функциональными элементами изделий подразумеваются сборочные единицы (узлы), детали и части деталей, включая неделимые элементы. Сборочной единицей (узлом) называется множество конструктивно связанных деталей, в совокупности выполняющих хотя бы одну функцию по обеспечению работы других функциональных элементов. Крупные сложные узлы можно разделить на более простые функциональные подузлы, которые, в свою очередь, можно разделить на еще более проcтые подузлы, состоящие из нескольких деталей. Деталью называют отдельное тело из однородного материала, имеющее множество определенных форм и выполняющее хотя бы одну функцию по обеспечению работы других функциональных элементов. Любая деталь образована совокупностью сопрягаемых поверхностей: цилиндров, конусов, плоских и фасонных поверхностей и т.д. Согласно ГОСТ 31254–2004 «Основные нормы взаимозаменяемости. Геометрические элементы. Общие термины и определения» поверхность детали (полный геометрический элемент) определяется как совокупность физически существующих геометрических элементов, которые отделяют всю деталь от окружающей среды. Неделимым элементом называют часть детали, имеющую минимальное число функций по обеспечению работы других элементов. К неделимым элементам относят типовые поверхности деталей (размерные элементы). Для полного описания типовой поверхности необходимо указать закон ее формообразования, т.е. закон перемещения некоторой плоской кривой (образующей) по другой, неподвижной в пространстве (направляющей), а также ее геометрические и механические показатели качества. На чертеже эти показатели задаются размерами с указанием отклонений (размеров, формы и расположения поверхностей), значениями параметров микрогеометрии поверхностей (Ra, Rz и др.) и наборов свойств материалов, из которых изготовлены детали машины, например, твердостью. Согласно ГОСТ 31254–2004 размерный элемент – геометрическая форма, определяемая линейным или угловым размером. В процессе работы между элементами машины возникают и действуют размерные, кинематические, силовые, физико-химические и временные связи и отношения. Все виды отношений и связей закладываются в машину в процессе ее создания. Вся совокупность функциональных элементов и наличие связей между ними образует материальный комплекс изделий (КИ). В зависимости от конкретных целей в КИ выделяют только те элементы и связи, которые определяют его функционирование. Глубина членения материального комплекса зависит от цели исследования. Цель функционального анализа технических систем заключается в разделении технической системы на функциональные элементы конструкции: детали, сборочные единицы, описании их функций и построении функциональной структуры технической системы – графа функционального взаимодействия между элементами. При анализе состава КИ нашел применение принцип выделения и рассмотрения структур с двухуровневым расположением элементов (иерархией). Рассматриваемый КИ представляет собой верхний уровень, а выделенные элементы – нижний. Если требуется продолжить анализ, то каждый из выделенных элементов нижнего уровня рассматривается как самостоятельный КИ, который тоже можно разделить на несколько конструктивных элементов. Объединение таких структур с двухуровневой иерархией позволяет получить многоуровневую иерархическую структуру. Число уровней материального комплекса зависит от поставленной цели исследования. При проведении функционального анализа принята следующая форма описания функций технической системы: F ( D, G, H ) , где D – указание действия, производимого рассматриваемой технической системой; G – указание объекта V (объектов), на который направлено это действие; H – указание особых условий и ограничений, при которых выполняется действие. В качестве примера рассмотрим анализ состава функциональной структуры струйного насоса и гидравлического амортизатора. 29 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Струйные насосы предназначены для подачи жидкости путем процесса инжекции, заключающегося в передаче кинетической энергии одного потока другому потоку путем непосредственного контакта (смешения). Смешиваемые потоки могут находиться в одной и той же фазе (жидкой, паровой, газовой) или в разных фазах (например, пар и жидкость, газ и твердое тело и др.). В процессе смешения фазовое состояние смешиваемых потоков может оставаться неизменным или же изменяться (например, пар может превращаться в жидкость). Поток, вступающий в процесс смешения с большей скоростью, называется рабочим, а с меньшей скоростью – инжектируемым. Принципиальная схема струйного насоса приведена на рис. 1. Основными элементами насоса являются: рабочее сопло 1, приемная камера с соплом (входной участок камеры смешения) 2, камера смешения 3, диффузор 4. Потоки рабочей и инжектируемой сред поступают в камеру смешения, где происходит выравнивание скоростей. Из камеры смешения поток поступает в диффузор, где происходит рост давления. Давление смешанного потока на выходе из струйного насоса выше давления инжектируемого потока перед насосом, но ниже давления рабочего потока. Рис. 1. Принципиальная схема струйного насоса На схеме приняты следующие обозначения: G, Р, W – массовый расход, давление и скорость потока. Индекс «р» соответствует рабочему потоку, индекс «н» – инжектируемому потоку, индекс «с» – смешанному потоку. Сечение 1-1 – выход из сопла, сечение 2-2 – входное сечение камеры смешения, сечение 3-3 – выходное сечение камеры смешения, сечение с-с – выходное сечение диффузора. При построении графа сначала изображают основные вершины графа – функциональные элементы. В самом верхнем горизонтальном ряду располагают вершину – функциональные элементы первого уровня; ниже, во втором ряду, вершины – элементы второго уровня и так далее до самого нижнего уровня функционального назначения изделия. Выше элементов первого уровня в горизонтальном ряду располагают вершины – элементы другого материального комплекса V, соединяемого с основным. Еще выше в прямоугольной рамке дается наименование рассматриваемого материального комплекса изделия, который иногда становится вершиной графа. Всем вершинам присваивают обозначения, совпадающие с обозначениями соответствующих функциональных элементов и элементов комплекса (см. рис. 2. и табл. 1). Рис. 2. Граф функционального взаимодействия элементов струйного насоса 30 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Все изображенные элементы соединяют штриховыми линиями, указывающими на структурное разделение изделия и всех его элементов. Ребрами графа являются функции элементов. Ребра выходят из вершин-элементов, функции которых они описывают, и заканчиваются в вершинах-элементах, работу которых они описывают, или в вершинах объектов V, с которыми взаимодействуют вершины-элементы, являющиеся началом ребра. Вершины-элементы, в которых заканчиваются ребра-функции, определяют из описания функции. Граф функциональной структуры имеет ребра двух типов. Ребра первого типа – простые, они начинаются в одной вершине и заканчиваются в другой единственной вершине. Ребра второго типа – ветвистые, они начинаются в одной вершине и заканчиваются в двух и более вершинах. В месте ветвления расходящиеся пучком ребра-ответвления соединяют промежуточной вершиной. Всем ребрам на графе присваивают обозначения, совпадающие с обозначениями соответствующих функций элементов. Таблица 1 Анализ функций элементов струйного насоса Элементы Е – струйный насос V1 – рабочий поток V2 – инжектируемый поток V3 – смешанный поток Е0 – рабочее сопло Е1 – входной участок камеры смешения Е2 – камера смешения Е3 – диффузор Е0-1 – выходное сечение рабочего сопла Е0-2 – стенки сопла Е1-1 – выходное сечение входного участка камеры смешения Е1-2 – стенки входного участка камеры смешения Е2-1 – проходное сечение камеры смешения Е2-2 – стенки камеры смешения Е3-1 – выходное сечение диффузора Е3-2 – стенки диффузора Функция элемента F – подача жидкости путем увеличения давления F0 – превращение потенциальной энергии и теплоты рабочего потока (V1) в кинетическую энергию F1 – превращение потенциальной энергии и теплоты инжектируемого потока (V2) в кинетическую энергию F2 – выравнивание скоростей смешанного потока (V3) F3 – преобразование кинетической энергии смешанного потока (V3) в потенциальную энергию и теплоту F0-1 – определяет скорость рабочего потока (V1) на выходе рабочего сопла (Е0) F0-2 – определяет потери давления рабочего потока (V1) в рабочем сопле (Е0) F1-1 – определяет скорость инжектируемого потока (V2) на выходе входного участка камеры смешения (Е1) F1-2 – определяет потери давления инжектируемого потока (V2) на входном участке камеры смешения (Е1) F2-1 – определяет скорость смешанного потока (V3) на выходе камеры смешения (Е2) F2-2 – определяет потери давления смешанного потока (V3) в камере смешения (Е2) F3-1 – определяет скорость смешанного потока (V3) на выходе диффузора (Е3) F3-2 – определяет потери давления смешанного потока(V3) в диффузоре (Е3) В настоящее время проблема борьбы с вибрациями и ударами решается путем создания и применения специальных конструкций гасителей колебаний – амортизаторов. Гидравлические амортизаторы (ГА) являются гидравлическими машинами, преобразующими механическую энергию в гидравлическую с последующим превращением ее в тепловую и рассеиванием. Типовая схема двухтрубного гидравлического амортизатора, широко применяемого на современных автомобилях, приведена на рис. 3. 31 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Рис. 3. Типовая схема двухтрубного гидравлического амортизатора ГА состоит из корпуса или резервуара (Е0-1), цилиндра (Е1-1), узла клапана отдачи (поршневой узел Е1-5), узла клапана сжатия (Е1-4), штока (Е1-3), узла уплотнения штока (Е0-3). ГА содержит рабочую жидкость V3 и сжатый воздух. Принцип работы ГА состоит в том, что относительные перемещения масс объекта виброзащиты передаются поршню, который сжимает и вытесняет жидкость из одной камеры в другую через дроссели. Дросселирование жидкости позволяет создавать перепад давлений в рабочих полостях и, следовательно, усилие на ведомом звене, которое и определяет значение сопротивления ГА. Сила сопротивления ГА пропорциональна скорости перемещения поршня в цилиндре. Функциональная структура гидравлического амортизатора представлена на рис.4, а анализ функций элементов в табл. 2. Ребрами графа функциональной структуры являются функции элементов. 32 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Рис.4. Функциональная структура гидравлического амортизатора Таблица 2 Анализ функций гидравлического амортизатора Элемент Е – гидравлический амортизатор V1 – окружающая среда V2 – перемещающиеся массы V3 – рабочая жидкость Е0 – блок корпуса Е1 – блок цилиндра Е0-1 – резервуар Е0-2 – защитный кожух Е0-3 – узел уплотнения штока Е0-4 – проушина Е1-1 – цилиндр Е1-2 – поршень Е1-3 – шток Е1-4 – узел клапана сжатия Е1-5 – узел клапана отдачи Функция элемента F – гашение колебаний перемещающихся масс (V2) F0 – обеспечение теплообмена с окружающей средой F1 – обеспечение утечек жидкости F0-1 – является емкостью для жидкости F0-1 – отвод тепла в окружающую среду F0-2 – предохраняет от попадания пыли и грязи F0-3 – обеспечение герметизации F0-4 – крепление амортизатора к перемещающимся массам F1-1 – обеспечивает возвратно-поступательное перемещение поршня F1-1 – теплообмен с окружающей средой F1-2 – вытесняет жидкость из одной полости в другую при относительном перемещении масс F1-3 – обеспечивает торможение колеблющихся масс за счет возникновения на нем силы сопротивления F1-4 F1 F1-5 F1 33 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Элемент Е0-3-1 – направляющая Е0-3-2 – уплотнение штока Е0-3-3 – обойма Е1-2-1 – тело поршня Е1-2-2 – поршневые кольца Е1-4-1 – корпус клапана сжатия Е1-4-2 – тарелка клапана сжатия Е1-4-3 – диск дроссельный Е1-4-4 – диски клапанные Е1-5-1 – диск дроссельный Е1-5-2 – диски клапанные Е1-5-3 – тарелка клапана отдачи Е1-5-4 – гайка клапана Е1-5-5 – пружина клапана отдачи окончание таблицы 2 Функция элемента F0-3-1 – обеспечивает прямолинейное перемещение штока F0-3-1 – предотвращает утечки жидкости между штоком и направляющей F0-3-2 – герметизация F0-3-3 – силовой контакт между деталями F1-2-1 F1-2 F1-2-2 – предотвращение утечки жидкости между поршнем и цилиндром F1-4-1 – обеспечивает фиксированное положение элементов F1-4-2 F1 F1-4-3 F1 F1-4-4 F1 F1-5-1 F1 F1-5-2 F1 F1-5-3 – обеспечивает поджатие дисков клапана отдачи F1-5-4 – создает усилие предварительного натяга пружины клапана отдачи F1-5-5 – обеспечивает поджатие тарелки клапана отдачи Для сложных изделий, состоящих из большого числа узлов и деталей, функциональные структуры получаются весьма громоздкими и труднообозримыми. В таких случаях рекомендуется проводить декомпозицию функциональной структуры, разбивая ее на отдельные фрагменты. Анализ функциональной структуры изделия является необходимым этапом разработки электронной структуры изделия (ЭСИ) и технологии управления конфигурацией (УК). Введен в действие ГОСТ 2.053–2006 «ЕСКД. Электронная структура изделия», согласующийся с международным стандартом ГОСТ Р ИСО 10303 STEP и устанавливающий общие требования к выполнению ЭСИ. ЭСИ является конструкторским документом наиболее общего характера, содержащего состав изделия и его составных частей (СЧ). ЭСИ выражает иерархические отношения (связи) между его СЧ и предназначена для организации информационного обмена в рамках CAD/CAM/CAPP/CAE/PDM/ERP/ILS – систем CALSтехнологий. Информация содержательной части ЭСИ представляется в визуальной форме (например, на экране дисплея), как правило: – в форме, отображающей структуру изделия в виде графа, вершины которого соответствуют составным частям изделия (сборочным единицам, комплексам, комплектам, деталям), а ребра определяют связи между составными частями (пример визуализации структуры изделия в виде графа приведен на рис.2 и 4); – в форме многоуровневого списка, в котором верхний уровень образуют СЧ, входящие в состав изделия непосредственно (СЧ прямого вхождения), второй уровень – СЧ, входящие в состав СЧ первого уровня, третий уровень – СЧ, входящие в состав СЧ второго уровня и т.д. вплоть до уровня, на котором СЧ полагаются далее неделимыми (пример визуализации структуры изделия в виде многоуровневого списка приведен в левой графе табл.1 и 2). Конфигурация – это структура предполагаемого к разработке, разрабатываемого или существующего изделия, обладающая эксплуатационными, функциональными и физическими атрибутами (свойствами, характеристиками), отвечающими установленным требованиям, и отображаемая в различных информационных моделях, соответствующих стадиям жизненного цикла (ЖЦ) этого изделия. УК выглядит как многоступенчатый процесс формирования и анализа требований к изделию, а также многократное подтверждение того, что эти требования выполняются на разных стадиях ЖЦ изделия. На начальных стадиях процесса формируется и анализируется укрупненная информационная модель (ИМ), отображающая структуру изделия и входящие в нее основные объекты конфигурации (ОК) – функциональные узлы (системы). Будучи документально оформленной и утвержденной в установленном порядке, такая структура приобретает статус функциональной базовой конфигурации. Адекватное описание этой структуры в информационной среде есть исходная ИМ изделия. Ее компоненты можно в дальнейшем рассматривать как ОК. Управление конфигурацией – управленческая технология, связанная с контролем 34 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ соответствия характеристик изделия заданным требованиям на всех стадиях ЖЦ. Конфигурация представляется древовидной (иерархической) структурой, элементами которой являются ОК. Каждый ОК представляет собой изделие или его часть, осуществляющую в этом изделии какую-либо функцию. Библиографический список: 1. Никифоров А.Д. Управление качеством: учебное пособие для вузов. М.: Дрофа, 2004. 720 с. 2. Колчков, В.И. Точностные метрические модели на основе графов / В.И. Колчков, А.В. Скворцов. М.: Издво АН СССР // Машиноведение. 1987. № 6. С. 10-14. 3. Шебашева И.Е. К разработке математической модели оптимизации параметров гидравлических амортизаторов автомобилей / И.Е. Шебашева, А.Д. Никифоров // Известия ВУЗов. Машиностроение. 1985. № 7. С. 70-84. КОЛЧКОВ ВЯЧЕСЛАВ ИВАНОВИЧ – кандидат технических наук, профессор, Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ). ПАРФЕНЬЕВА ИРИНА ЕВГЕНЬЕВНА – кандидат технических наук, доцент, Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ). 35 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Л.Б. Алексеева, А.Н. Романов ИСТОЧНИКИ ВИБРАЦИЙ И ШУМА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН Электрическая машина представляет сложное сочетание взаимосвязанных колебательных систем с несколькими источниками возмущающих сил. Источники возмущений, присущие электрическим машинам, можно разделить на три типа: механические, магнитные, аэродинамические. Механические источники вибраций обусловлены конструктивно-технологическими особенностями производства тех или иных типов машин. Наиболее общими механическими источниками являются: неуравновешенность вращающихся частей; несоосность приводов агрегатов; нарушение геометрии узла шип-подшипник. Неуравновешенность ротора возникает вследствие несовпадения его главной центральной оси инерции с осью вращения. При вращении неуравновешенного ротора на его опоры действуют динамические силы, составляющие которых, лежащие в какой-либо плоскости, проходящей через ось вращения, изменяются с угловой скоростью вращения ротора. Причины появления неуравновешенности роторов могут быть самые разнообразные [1], [2]. Уменьшение уровня возмущений может быть достигнуто за счет уменьшения остаточной неуравновешенности. Однако невозможно полностью уравновесить ротор. Более того, для некоторых типов машин возможно появление неконтролируемой неуравновешенности. В этом случае используют специальные конструктивные мероприятия. Наиболее известными среди них являются следующие: упругие опоры с линейными и нелинейными упругими характеристиками; упругодемпферные и демпферные опоры; антивибраторы [3]. Упругие элементы, встраиваемые между ротором и корпусом машины, позволяют отстроить систему ротор-корпус от резонансных режимов и тем самым уменьшить передачу возмущающих сил на корпус и в конечном итоге на фундамент. Конструктивное выполнение упругих опор разнообразно. В качестве упругого элемента используются кольца, пластины, ленты, пружины и т.п. Следует отметить, что применение упругих опор с линейной характеристикой позволяет смещать критические числа оборотов ротора из диапазона рабочих оборотов без конструктивной переделки самого ротора, без изменения его массы и массы всей машины. Однако в этом случае диапазон рабочих оборотов, свободных от критических чисел, ограничивается минимально допустимой величиной жесткости опор. Это обстоятельство оказывается решающим для многорежимных машин, у которых большой диапазон изменения чисел оборотов. В отличие от линейных опор нелинейные опоры позволяют в общем случае уничтожать критические режимы [3]. Применение упругодемпферных и демпферных опор позволяет произвести отстройку от критических режимов и вместе с тем существенно ограничить уровень амплитуд колебаний ротора при переходе через критическую скорость. Общим недостатком упругодемпферных и демпферных опор жидкостного трения является сильная зависимость их свойств от вязкости демпфирующей жидкости, которая, в свою очередь, определяется тепловым режимом опоры. Если для депфирования и смазки применять одну и ту же жидкость, что существенно упрощает конструкцию, то необходимо термостатировать подаваемую для демпфера жидкость. Особенность применения демпферов сухого трения заключается в том, что в зависимости от величины возмущающей силы и угловой скорости опора сухого трения является абсолютно жесткой (демпфер «закрыт») или демпфирующей (демпфер «открыт). Это можно использовать для уничтожения критических режимов. Демпфер сухого трения может устанавливаться в промежуточной или несущей опоре. У роторов двухполюсных турбогенераторов поперечное сечение обладает различными значениями главных моментов инерции. Это приводит к вибрациям двойной оборотной частоты. Для устранения этого недостатка выполняют в больших зубцах бочки ротора ряд прорезей или дополнительные пазы. Кроме того, используют упругодемпферные опоры [4]. Подшипники качения могут являться источниками вибраций в широком диапазоне частот. Уровень возмущений, генерируемых подшипниками качения, зависит от: размеров, класса точности, скорости вращения ротора, нагрузки. При выборе типа подшипника необходимо учитывать, что уровень вибраций роликовых подшипников выше, чем у шариковых, на 5 и более дБ, а виброактивность подшипников тяжелой серии выше, чем у подшипников средней серии. Существенными факторами, влияющими на виброактивность подшипников качения, являются их посадка в гнездо и на вал. Степень точности обработки посадочных мест должна отвечать качеству обработки колец подшипников. Эффективным средством снижения виброактивности подшипников качения является применение специальных вироизолирующих вкладышей. 36 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Природа возникновения вибраций в подшипниках качения очень сложна. Поэтому спектр вибраций широк. Он состоит как из дискретных составляющих, кратных частоте вращения ротора, так и зон сплошного спектра. Наличие таких зон обусловлено: перемещением тел качения в пределах зазоров; перемещениями сепараторов; соударением деталей подшипников; геометрическими погрешностями тел качения, внутреннего и наружного колец. Существенным параметром, определяющем виброактивность подшипников качения, является радиальный зазор, в зависимости от величины которого могут возникать различные режимы. На первом режиме динамическая нагрузка на подшипник от неуравновешенных центробежных сил инерции меньше, чем статическая нагрузка. В этом случае центр цапфы будет совершать качательные движения. На втором режиме указанные силы равны друг другу. В этом случае амплитуда колебаний цапфы достигает 90 . Наступление этого этапа зависит не только от соотношения указанных сил, но и от величины зазора. Второй этап вызывает повышенную виброактивность и преждевременный износ подшипников. Когда динамическая нагрузка превышает статическую, происходит обкатывание цапфы, наступает третий режим работы подшипника. Для уменьшения виброактивности подшипникового узла целесообразно применять вместо подшипников качения подшипники скольжения. В высокооборотных роторных машинах масляный слой подшипников скольжения оказывает существенное влияние на динамику машины. Вследствие влияния масляной пленки действительная критическая скорость ротора может оказаться на 30-50% меньше расчетной на жестких опорах [5]. Наличие неконсервативных сил предопределяет возможность потери устойчивости ротора. Наиболее серьезной и частой причиной, вызывающей потерю ротором устойчивости и появлению самовозбуждения, является действие смазочного слоя в подшипниках скольжения. Опасность объясняется тем, что интенсивность колебаний в этом случае велика, так как амплитуды часто превышают амплитуды резонансных колебаний плохо отбалансированных роторов, а в роторе возникают циклические напряжения. Кроме того, при самовозбуждении амплитуда колебаний шипа может достигать величин, соизмеримых с величинами зазоров в подшипниках. Это может привести к повреждению вкладышей или заеданию шипа в подшипнике. Во всех типах электрических машин в той или иной степени проявляется магнитный шум. Сам принцип работы электрической машины таков, что он связан с возбуждением магнитных полей, которые и являются источниками вибраций и шума. При вращении зубчатого якоря в машинах постоянного тока происходит периодическое изменение магнитной проводимости воздушного зазора. Вместе с колебаниями магнитной проводимости колеблется и магнитная сила притяжения между полюсом и якорем. Возникновение магнитного шума в асинхронных и синхронных машинах переменного тока имеет много общего с машинами постоянного тока. Отличие заключается в том, что в машинах постоянного тока деформация статора возникает под действием сосредоточенных сил, а в машинах переменного тока – под действием синусоидально распределенных сил. Аэродинамический шум в электрических машинах создается в основном вращающимся ротором и крыльчаткой вентилятора. Шум вращения порождает в спектре шума электрической машины тональную составляющую, кратную числу лопаток вентилятора. Таким образом, электрические машины имеют большое количество источников возмущающих сил, обладающих широким спектром. Но наиболее важное значение имеет низкочастотная часть спектра, характеризуемая наибольшими уровнями вибраций. Библиографический список: 1.Брановский М.А. Исследование и устранение вибраций турбогенераторов / М.А. Брановский, И.С. Лисицин, А.П. Сивков. М.: Энергия, 1989. 22 с. 2. Вибрации в технике: Справочник в 6-ти т. М.: Машиностроение, 1978. 1982. 3. Вибрации энергетических машин: Справочное пособие / Под ред. Н.В. Григорьева, 1974. 464 с. 4. Исакович М.М. Устранение вибраций электрических машин / М.М. Исакович, Л.И. Клейман, Б.Х. Перганок. Л.: Энергия, 1989. 215 с. 5. Тондл А. Динамика роторов турбогенераторов. Л.:Энергия, 1971. 387 с. АЛЕКСЕЕВА ЛЮБОВЬ БОРИСОВНА – кандидат технических наук, доцент Национального минерально-сырьевого университета «Горный». РОМАНОВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ – студент Национального минерально-сырьевого университета «Горный». 37 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ С.И. Савин, О.С. Тарасов ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ТРАНСПОРТА ДИАГНОСТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПО ТРУБОПРОВОДАМ Во многих работах, посвященных устройствам для автоматизации мониторинга состояния трубопроводов, отмечается ряд проблем, связанных с передвижением по трубопроводам. Среди них можно выделить проблему прохождения L- и T-образных соединений, изменение диаметра трубопровода, разнообразие свойств материалов, из которых изготовлен трубопровод, проблема перемещения по трубопроводам малого диаметра [1-3]. В настоящей работе внимание уделено вопросу перемещения по трубопроводам малого диаметра. Одной из сложностей, возникающих при проектировании подобного рода устройств, является необходимость в крайне малогабаритных приводах. В работах некоторых авторов рассматриваются возможности по применению, например, биморфных пьезоэлектриков, магнитострикционных, пневматических и электромагнитных актюаторов [4]. В данной статье рассматривается устройство, состоящее из исполнительного и приводного модулей, оснащенной электроприводами – первая внедряется в трубопровод, вторая остается вне. Данный подход позволяет использовать преимущества электропривода, такие как высокая точность и управляемость и при этом сохранять миниатюрные размеры. Кроме того, использование параллельных механизмов в конструкции исполнительного модуля позволяет роботу перемещаться в трубах с меняющимся диаметром. На рисунке 1 показано схематичное изображение структуры параллельных механизмов. 2 1 3 1 – контактный элемент; 2 – оболочка троса; 3 – трос Рис. 1. Структура параллельных механизмов Как было указано выше, устройство состоит из исполнительного (внедряемого) и приводного модулей. Внедряемый модуль состоит из двух секций – параллельных структур, представляющих собой четыре элемента, соединённых в форме ромба. На двух противоположных вершинах ромба закреплен трос и оболочка троса – таким образом, перемещение троса относительно оболочки заставляет секцию менять форму. Таким же образом происходит перемещение секций относительно друг друга. Устройство перемещается, фиксируя одну из секций и перемещая вторую. Перемещение троса относительно его оболочки осуществляется электроприводом, находящимся в приводной части устройства. Приводной модуль устройства содержит три электропривода и необходимую электронику для управления и связи с компьютером; внедряемая часть не содержит электронных компонентов. При проектировании роботов для перемещения в трубопроводе встаёт вопрос определения влияния нагруженности устройства на качество его работы. Для получения данных о влиянии полезной нагрузки на характер работы робота был разработан специальный испытательный стенд. Целью эксперимента было установление зависимости значения деформации тросов от массы полезной нагрузки, при различных значениях расстояния между секциями робота, при вертикальном расположении макета. Величина деформации тросов определялась как разница между величиной L, на которую тросы были вытянуты электроприводами испытательного стенда, и величиной на которую переместилась первая секция h. 38 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Рис. 1. Зависимость перемещения по вертикали первой секции робота h от длины тросов L; 1 – полезная нагрузка равна 0.15 кг, 2 – 0.25 кг, 3 – 0.45 кг, 4 – 0.55 кг, 5 – 0.65 кг, 6 – 0.75 кг, 7 – 0.85 кг, 8 – 1 кг, 9 – 1.2 кг Рис. 2. Зависимость e – разницы между перемещением по вертикали первой секции робота и длиной тросов от длины тросов L; 1 – полезная нагрузка равна 0.15 кг, 2 – 0.25 кг, 3 – 0.45 кг, 4 – 0.55 кг, 5 – 0.65 кг, 6 – 0.75 кг, 7 – 0.85 кг, 8 – 1 кг, 9 – 1.2 кг Анализируя результаты, представленные на рисунках 1 и 2 можно сделать вывод о том, что при повышении массы полезной нагрузки, величина максимально допустимого шага перемещения в вертикальном направлении без фиксации уменьшается. Таким образом, при необходимости переносить значительные нагрузки нужно уменьшать величину шага, чтобы повысить точность перемещении и избежать отказов при работе устройства. Библиографический список: 1. Fukuda, T., Hosokai, H., Uemura, M. Rubber gas actuator driven by hydrogen storage alloy for in-pipe inspection mobile robot with flexible structure. Scottsdale, AZ , USA: Robotics and Automation, 1989. Proceedings., 1989 IEEE International Conference on, 1989. Print. 2. Yukawa, T.; Suzuki, M.; Satoh, Y.; Okano, H.; Design of Magnetic Wheels in Pipe Inspection Robot. Taipei: Systems, Man and Cybernetics, 2006. SMC '06. IEEE International Conference on, 2006. Print. 3. Sakamoto, S.; Hara, F.; Hosokai, H.; Kinoshita, H.; Abe, Y.; Parallel-link robot for pipe inspection. Industrial Electronics Society, 2005. IECON 2005. 31st Annual Conference of IEEE, 2005. Print. 4. PinKuan Liu, ZhiJie Wen and LiNing Sun An in-pipe micro robot actuated by piezoelectric bimorphs. Chinese Science Bulletin volume 54, number 12. Print. САВИН СЕРГЕЙ ИГОРЕВИЧ – аспирант кафедры теоретической механики и мехатроники ЮгоЗападного государственного университета. 39 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ А.И. Савин ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ Изучение трибологических свойств материалов является одним из важнейших направлений современной науки и техники. В ходе подобных исследований можно определить такие свойства материалов, как шероховатость поверхности, наличие инородных включений, износостойкость и сопротивление движению, а также поведение данных материалов под воздействием различных неблагоприятных физических процессов, таких как фрикционные автоколебания. Фрикционные автоколебания характерны для систем с сухим некулоновым трением. Основным их признаком является прерывистый характер перемещения тела, находящегося в контакте с какой-либо поверхностью, вместо ожидаемого равномерного. Такое прерывистое движение может повредить работе машин и ухудшить показатели точности аппаратуры. Устранение или, по крайней мере снижение эффекта фрикционных автоколебаний возможно путем применения метода вибрационного сглаживания. Данный метод характеризуется тем, что под воздействием высокочастотных вибраций происходит изменения характера трения. В частности, перемещение тела перестает быть прерывистым и становится равномерным [1, с. 116]. В настоящее время нами разработан прототип испытательного комплекса (рисунок 1). Данный комплекс включает в себя: протягивающее устройство 1 , представленное линейным приводом, жестко связанным с подвижной платформой, на которой расположен покоящийся образец 2; вибропривод 3, позволяющий осуществить вибрационное воздействие на покоящийся образец; узел нагружения 4, позволяющий осуществить приложение переменного усилия на испытуемую пару трения. Рис. 1. Конструкция проектируемого комплекса Также было проведено математическое моделирование данного комплекса в среде Simulink, в частности, создана математическая модель протягивающего устройства, включающая в себя модели сил трения между покоящимся образцом и контробразцом, расположенном на подвижной платформе, а также между платформой и направляющей, сил упругости и вязкого сопротивления. Библиографический список: 1. Савин А.И. Автоматизированный дигностический комплекс для изучения свойств сухого трения // Материалы докладов VII международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения». / Под общ.ред. канд. тех. наук Э.Ю. Абдуллазянова. В 4 т.; Т.1. Казань, Казан. гос. энерг. ун-т, 2012. С. 116-117. САВИН АЛЕКСАНДР ИГОРЕВИЧ – студент, Юго-Западный государственный университет. 40 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ А.И. Банников, А.С. Антонов, О.А. Макарова ИССЛЕДОВАНИЕ СТОЙКОСТИ ПИЛЬНОГО ДИСКА ПРИ РЕЗАНИИ ГОРЯЧИХ ЗАГОТОВОК Резка горячего металла пилами применяется на многих металлургических и трубопрокатных предприятиях в следствии высокой производительности, простотой операции и относительной дешевизной пильного диска [1]. Одним из важных показателей эффективности пильных дисков является их стойкость. Замена отечественных пил на импортные не дает нам уверенности в надежной работе из-за специфики производства. В процессе резания горячего проката на ТПА 159-426 ТПЦ–3 ВТЗ наблюдается процесс образования трещин на вершине зуба пилы, что способствует сколу режущего клина, а следовательно и увеличения нагрузки на близлежащие зубья. Все это приводит к преждевременному износу пильного диска. На рисунке 1 представлен зуб классической пилы с характерным износом. Параметры процесса резания пилой на ТПА 159-426 ТПЦ-3: частота вращения пилы: n=1070 об/мин; скорость резания: Vр=140 м/с; подача на зуб пилы Sz=1.1 мм. В процессе резания горячих заготовок зубья пилы подвергаются значительным тепловым ударам, то есть претерпевают частые теплосмены. Самым сложным условиям эксплуатации подвергаются поверхность зуба пилы. В отличие от термофрикционного резания [2], где преобладает пластическое деформирование зуба, зубья пилы в основном разрушаются. Рис. 1. Зуб классической пилы с характерным износом Помимо частых теплосмен зубья пилы подвергаются интенсивному абразивному и адгезионному износу. Температура поверхности зуба в момент контакта с горячим металлом в первом приближении можно принять равной температуре заготовки, то есть около 1100°С. При такой температуре в результате влияния существенных напряжений происходит измельчение структуры под воздействием пластической деформации с последующей рекристаллизации и снятием напряжений. Это может привести к локальному резкому упрочнению металла и снижению пластичности, что чаще всего приводит к образованию микроскопов на поверхности зуба (рисунок 2). 41 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Рис. 2. Микросколы на поверхности зуба пильного диска (×100) При выходе из тела пилы зубья охлаждаются, отводя тепло в тело пилы и в СОЖ. При этом зубья пилы подвергаются переменным тепловым и силовым нагрузкам, что приводит к образованию трещин. Так же отрицательно на стойкость пильного диска влияет образование нароста на вершине зуба (рисунок 3). Образование нароста способствует к появлению вибраций, нестабильности процесса резания. Рис. 3. Характерный нарост на вершине зуба При резании с высокой адгезионной активностью причинами микросколов может быть объем металла оставшийся на передней поверхности в момент прекращения процесса резания [3]. При остывании, в связи с различными коэффициентами термического расширения обрабатываемого и инструментально- 42 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ го материалов, на передней поверхности по границе нароста возникают растягивающие напряжения и, как результат этого, микротрещины. Все вышеперечисленные процессы говорят о том, что процесс резания горячих заготовок сопровождается значительными тепловыми и силовыми воздействиями, что обуславливает появление трещин и нароста на вершинах зубьев дисковой пилы. Для увеличения срока эксплуатации пильных дисков требуется изменение геометрических параметров зубьев, а так же специальные виды термообработки. Библиографический список: 1.Ищенко А.А. Участки резки проката дисковыми пилами. Киев: Высшая школа, 1989. 61 с. 2.Исследование тепловых процессов при термофрикционном резании дисковой пилой с зубьями / А.А. Банников, А.И. Банников, Я.А. Сомова, Д.В. Слепышкова, Н.А. Дятлов // Актуальные вопросы современной техники и технологии: сб. докл. II междунар. науч. заоч. конф. (г. Липецк, 2 окт. 2010 г.) / НИЦ «Аксиома», Изд. ценр «Дефакто» [и др.]. Липецк, 2010. С.81-84. 3.Талантов Н.В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. М.: Машиностроение, 1992. 240 с. БАННИКОВ АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ – кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения», Волгоградский государственный технический университет. АНТОНОВ АНТОН СЕРГЕЕВИЧ – магистрант кафедры «Технология машиностроения», Волгоградский государственный технический университет. МАКАРОВА ОЛЬГА АЛЕКСАНДРОВНА – кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения», Волгоградский государственный технический университет. 43 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Н.В. Тюлина ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ДАННЫХ ПО ПЛАНАМ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ В ЭЛЕКТРОННОМ ВИДЕ Информация по планам механической обработки поверхностей деталей (далее – планы обработки) представляет собой многообразие различных рекомендаций, изложенных либо в текстовом виде, либо в удобном для автоматизации табличном виде. Таблицы данных по планам обработки (далее – таблицы данных) приводятся в справочниках в печатном виде. В настоящее время в связи с развитием компьютерной техники, а также постоянным ужесточением требований к срокам технологического проектирования, становится очевидным, что значительные объемы данных по планам обработки должны быть преобразованы из печатного вида в электронный. Обоснование состава информации по планам обработки поверхностей деталей и методика подготовки информации в виде единых таблиц данных изложены в ряде работ, например, [1, 2]. В рамках настоящей статьи описывается подготовка справочных данных и их оформление в электронном виде для планов обработки круглых отверстий, реализованных в печатном виде в справочнике [3]. Аналогичная работа может быть выполнена для других поверхностей деталей при наличии печатного вида подобных справочных данных. Фрагмент печатного представления таблиц данных из справочника [3] приведен в таблице 1. Для каждого вида обрабатываемых поверхностей и полей допусков, достигаемых в результате обработки, предусматривается несколько таких таблиц. Причем, горизонтали таблиц реализованы многоуровневыми данными. Таблица 1 Представление данных в печатном виде в справочнике [3] Анализ средств представления электронных таблиц данных показал, что при выборе программного продукта, используемого для оформления планов обработки в электронном виде, следует рассматривать простые и доступные большинству пользователей персональных компьютеров компьютерные программы. Существенным также является то, чтобы подготовленные в электронных таблицах данные обладали возможностью интеграции в уже существующие системы автоматизированного проектирования технологических процессов. Поэтому для подготовки автоматизированной базы данных по планам обработки предлагается использовать Excel – программу, входящую в комплекс программ Microsoft Office, которая предназначена для работы с табличными данными. Необходимо отметить, что не исключена возможность использования на предприятиях с той же целью других программ, применяя изложенные ниже подходы. Таблицы данных рекомендуется представлять отдельными листами Excel в зависимости от полей допусков, достигаемых при обработке, и видов обрабатываемых поверхностей. В соответствии с данными справочника [3] можно предложить, например, следующие имена листов Excel: СМ Н7, СМ Н9, СМ Н11 – достигаемые в результате обработки поля допусков отверстий соответственно Н7, Н9, Н11 при обработке сплошного материала; ЛГ Н7, ЛГ Н9, ЛГ Н11 – тоже при обработке литых и горячештампо- 44 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ ванных заготовок. Итого необходимо оформить 6 листов данных. Таблицы данных, представленные в печатном виде, объединены с целью оперативного выбора и сравнения однородных данных, что становится возможным при электронном представлении таблиц данных. В таблице 2 представлен общий вид горизонталей рекомендуемых электронных таблиц данных. Таблица 2 Общий вид горизонталей электронных таблиц данных Р Наименования переходов 1 2 3 … n Переход №1 К1 Р1 Переход №2 К2 Р2 О2 Переход №3 К3 Р3 О3 … … Переход №n Кn Рn Оn Здесь: Р – размер, получаемый в результате выполнения всех переходов обработки. Применительно к круглым отверстиям, Р – это диаметр отверстия; К1 - Кn – квалитеты, получаемые в результате выполнения конкретных переходов обработки (в соответствии с индексом перехода); Р1 - Рn – размеры, получаемые на переходах, причем Р = Рn; О2 - Оn – отклонения размеров на переходах. В качестве примера, в таблице 3 приведен фрагмент справочных данных, подготовленных в Ехсеl, по планам обработки отверстий для достижения поля допуска Н7 в сплошном материале. Таблица 3 Фрагмент данных по планам обработки отверстий для достижения поля допуска Н7 в сплошном материале Диаметр отверстия, мм 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 Наименования переходов 1 2 сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить 3 расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить 4 расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить расточить 1 переход 5 6 Квалитет 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 2 переход 3 переход 4 переход 5 переход 6 переход ОтклоОтклоОтклоОтклоОтклоРазмер, Размер, Размер, Размер, Размер, Размер, Квалитет нение, Квалитет нение, Квалитет нение, Квалитет нение, Квалитет нение, мм мм мм мм мм мм мм мм мм мм мм 10,0 11 11,75 +0,11 7 12 +0,018 11,0 11 12,75 +0,11 7 13 +0,018 12,0 11 13,75 +0,11 7 14 +0,018 13,0 11 14,75 +0,11 7 15 +0,018 14,0 11 15,75 +0,11 7 16 +0,018 15,0 11 16,75 +0,11 7 17 +0,018 16,0 11 17,75 +0,11 7 18 +0,018 16,0 11 18,70 +0,13 7 19 +0,021 17,0 11 19,70 +0,13 7 20 +0,021 18,0 11 20,70 +0,13 7 21 +0,021 19,0 11 21,70 +0,13 7 22 +0,021 20,0 11 22,70 +0,13 7 23 +0,021 21,0 11 23,70 +0,13 7 24 +0,021 22,0 11 24,70 +0,13 7 25 +0,021 23,0 11 25,70 +0,13 7 26 +0,021 24,0 11 26,70 +0,13 7 27 +0,021 25,0 11 27,70 +0,13 7 28 +0,021 26,0 11 28,70 +0,13 7 29 +0,021 27,0 11 29,70 +0,13 7 30 +0,021 20,0 12 27,0 11 30,65 +0,16 7 31 +0,025 20,0 12 28,0 11 31,65 +0,16 7 32 +0,025 20,0 12 29,0 11 32,65 +0,16 7 33 +0,025 20,0 12 30,0 11 33,65 +0,16 7 34 +0,025 20,0 12 31,0 11 34,65 +0,16 7 35 +0,025 20,0 12 32,0 11 35,65 +0,16 7 36 +0,025 20,0 12 33,0 11 36,65 +0,16 7 37 +0,025 20,0 12 34,0 11 37,65 +0,16 7 38 +0,025 20,0 12 35,0 11 38,65 +0,16 7 39 +0,025 20,0 12 36,0 11 39,65 +0,16 7 40 +0,025 25,0 12 37,0 11 40,65 +0,16 7 41 +0,025 25,0 12 38,0 11 41,65 +0,16 7 42 +0,025 25,0 12 39,0 11 42,65 +0,16 7 43 +0,025 25,0 12 40,0 11 43,65 +0,16 7 44 +0,025 25,0 12 41,0 11 44,65 +0,16 7 45 +0,025 25,0 12 42,0 11 45,65 +0,16 7 46 +0,025 25,0 12 43,0 11 46,65 +0,16 7 47 +0,025 25,0 12 44,0 11 47,65 +0,16 7 48 +0,025 25,0 12 45,0 11 48,65 +0,16 7 49 +0,025 25,0 12 46,0 11 49,65 +0,16 7 50 +0,025 Таблица 3 содержит данные справочника [3], приведенные в таблице 1, причем горизонталь исходных справочных данных частично перенесена в матрицу таблицы для возможности объединения нескольких таблиц данных, представленных в печатном виде. В частности, для получения отверстий с полем допуска Н7 в сплошном материале в справочнике [3] предлагается 13 таблиц, которые вносятся благодаря предложенному представлению горизонтали (таблица 2) в один сводный лист Excel. Наполнив электронные таблицы Excel справочной информацией, можно при помощи выбора таблиц данных, сортировки данных в таблицах осуществить быстрый поиск необходимой информации для разработки технологического процесса. Сортировка по первому столбцу таблицы позволит выбрать для обрабатываемого отверстия по заданному диаметру все возможные планы обработки. В таблице 4 приведен результат сортировки планов 45 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ обработки для отверстий 7 квалитета точности, получаемых в сплошном материале, критерий сортировки – диаметр отверстия 50 мм. Таблица 4 Выборка из планов обработки отверстий для достижения поля допуска Н7 в сплошном материале Диаметр отверстия, мм 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 Номер плана обработки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Наименования переходов 1 сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить сверлить 2 рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить 3 4 5 расточить расточить зенкеровать зенкеровать зенкеровать расточить зенкеровать зенкеровать зенкеровать зенкеровать расточить зенкеровать зенкеровать расточить расточить развернуть зенкеровать развернуть расточить СТМ расточить СТМ протянуть расточить СТМ протянуть шлифовать протянуть шлифовать 6 развернуть развернуть развернуть расточить СТМ хонинговать расточить СТМ хонинговать шлифовать 1 переход 2 переход 3 переход 4 переход 5 переход 6 переход Номер ОтклоОтклоОтклоОтклоплана Квали- Размер, Квали- Размер, Квали- Размер, Квали- Размер, Квали- Размер, Квали- Размер, нение, нение, нение, нение, обработки тет мм тет мм тет мм тет мм тет мм тет мм мм мм мм мм 1 14 25,0 12 46,0 11 49,65 +0,16 7 50 +0,025 2 14 25,0 12 46,0 11 49,65 +0,16 8 49,891 +0,039 7 50 +0,025 3 14 25,0 12 46,0 11 49,65 +0,16 7 50 +0,025 4 14 25,0 12 46,0 11 48,65 +0,19 11 49,65 +0,19 7 50 +0,025 5 14 25,0 12 46,0 11 49,65 +0,16 8 49,891 +0,039 7 50 +0,025 6 14 25,0 12 46,0 11 49,65 +0,16 7 50 +0,025 7 14 25,0 12 46,0 11 49,65 +0,16 7 50 +0,025 8 14 25,0 12 46,0 11 48,65 +0,15 8 49,66 +0,039 7 50 +0,025 9 14 25,0 12 46,0 11 48,65 +0,16 7 49,95 +0,025 7 50 +0,025 10 14 25,0 12 46,0 11 48,65 +0,16 8 49,66 +0,039 8 49,95 +0,025 7 50 +0,025 11 14 25,0 12 46,0 11 49,65 +0,16 7 50 +0,025 12 14 25,0 12 46,0 11 48,65 +0,16 8 49,66 +0,039 7 50 +0,025 13 14 25,0 12 46,0 11 49,65 +0,16 7 50 +0,025 При необходимости, можно произвести выборку по наименованиям переходов. В таблице 5 для отсортированных данных, приведенных в таблице 4, выполнена выборка по четвертому переходу с помощью текстовых фильтров следующих наименований переходов: «расточить» и «шлифовать» (продолжение таблицы опущено). Таблица 5 Текстовая выборка переходов из таблицы 4 Диаметр Номер отверстия, плана мм обработки 50 50 50 50 1 2 11 13 Наименования переходов 1 2 3 сверлить сверлить сверлить сверлить рассверлить рассверлить рассверлить рассверлить расточить расточить расточить зенкеровать 46 4 расточить расточить шлифовать шлифовать 5 развернуть 6 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ В электронных таблицах можно выполнять сортировку по алфавиту, цвету ячеек, цвету текста, выполнять выборки по текстовому содержанию, копировать данные, вносить в выборки только данные, используемые на предприятии, корректировать справочные данные при необходимости и так далее. Полученные в результате сортировки таблицы отличаются большой наглядностью, в печатном виде пришлось бы отыскивать эти планы на различных страницах справочника, а сравнение данных между собой чрезвычайно неудобно. Таким образом, для планов обработки предложен новый вид таблиц данных, имеющий широкие возможности для применения во всех типах производства и повышающий производительность технологического проектирования. Библиографический список: 1.Тюлина Н.В. Формализованное описание планов обработки резанием наружных поверхностей деталей типа вал // Научный потенциал молодежи – будущее России: II Всероссийские научные Зворыкинские чтения. Сб. тез. докладов II Всероссийской межвузовской научной конференции. Муром, 2010. С. 303-305. 2.Тюлина Н.В. Методика подготовки данных для автоматизации планов обработки // Естественные и технические науки. 2011. № 3. С. 188-192. 3.Методы обработки резанием круглых отверстий: Справочник / Б.Н. Бирюков, В.М. Болдин, В.Е. Трейгер, С.Г. Фексон; Под общ. ред. Б.Н. Бирюкова. М., 1989. 200 с. ТЮЛИНА НАТАЛЬЯ ВАЛЕРЬЕВНА – ведущий специалист ООО «Транснефтьэнерго». 47 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ А.А. Жданов, А.Л. Плотников, Ю.Л. Чигиринский ОСОБЕННОСТИ ПОДХОДА К ОБЕСПЕЧЕНИЮ ТОЧНОСТИ ОБРАБОТКИ НЕЖЕСТКИХ ВАЛОВ НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ С ЧПУ ЗА СЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ПОДАЧИ В ПРОЦЕССЕ РЕЗАНИЯ Точность обработки нежестких валов при обработке на универсальном оборудовании обеспечивается за счет применения люнетов и специальных схем закрепления. Однако в условиях современного производства, где все шире применяются станки с ЧПУ, а человек все меньше вмешивается в процесс обработки, такой подход нежелателен. Поэтому вопрос обеспечения точности токарной обработки нежестких валов на станках с ЧПУ является весьма актуальным. В работах [1, 2, 3] отмечалось, что при высоком уровне достоверности расчетных данных, плавно изменяя характеристики процесса резания (глубину резания t, скорость резания V или подачу S), можно поддерживать постоянное значение радиальной силы резания Py (1). Причем наибольшее влияние на величину силы резания оказывает подача S, мм/об. Для каждой контактной пары инструмент-заготовка можно записать: Py f (t , S ,V ). (1) Сила Py, в свою очередь, прямо пропорциональна прогибу нежесткого вала yc, максимально допустимая величина которого жестко ограничена допуском на размер и уровнем относительной геометрической точности. В общем случае, например, для максимального прогиба можно записать: Td k A,B ,C [ ymax ] Py L3 kз E J , (2) где L–длина заготовки между точками закрепления; E–модуль упругости материала заготовки; J–приведенный момент инерции сечения заготовки; kз–коэффициент, определяющий способ закрепления заготовки (kз = 3 при установке заготовки в патроне консольно, kз = 48 – в центрах, kз = 102 – в патроне с поджатием центром задней бабки); kA,B,C–коэффициент, зависящий от принятого уровня геометрической точности (kA = 0,3; kB = 0,2; kC = 0,12). Таким образом, основная проблема обеспечения точности заключается в выборе методики, которая позволила бы достоверно определять величину силы резания Py. Согласно [1, 2, 3], традиционные справочные модели [4] при расчете силы резания дают слишком большие погрешности (порядка 200% и выше). Поэтому в данной работе используется альтернативный термоэлектрический способ расчета Py, подробно описанный в литературе [1]. Такой подход позволяет производить расчет силы резания с приемлемой погрешностью в 10-15%. Формула расчета Py по этому методу выглядит так: Py Ay k y Eпр t 0,9 S 0,6 V 0,3 ; (3) где Eпр –термоЭДС, измеренная при пробном проходе, мВ; Ay, ky –постоянные, определенные из условий обработки. Тогда, учитывая выше сказанное, например, для схемы закрепления «в патроне» можно записать следующую зависимость: S x р 0, 6 L 0,85 k A, B ,C Td 3 103 E J x р Ay k y Eпр t 0,9 V 0,3 3 , (4) где xp – текущая координата резца. Результатом расчета по формуле (4) является массив значений подачи S с заданным шагом p. На рис. 1 в качестве примера приведен скриншот окна «вывод значений» программы для ЭВМ, разработанной в рамках практического применения данной научно-исследовательской работы (шаг p = 5 мм, начальная координата резца xр1 = 25 мм). 48 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Рис. 1. Результаты расчета по формуле (4) При переводе этих результатов в код управляющей программы системы ЧПУ, получится массив однотипных кадров, изменяющих подачу через заданный шаг. То есть осуществление обработки при таком подходе не требует разработки каких-либо новых специфических пользовательских функций в системе ЧПУ. Однако есть несколько особенностей данного способа обеспечения точности, которые требуют более детального анализа. Одной из таких особенностей является изменение величины шероховатости Ra при изменении величины подачи S. На рис. 2 приведена схема, иллюстрирующая появление ступенек с различной шероховатостью поверхности. В точке вала, где может возникнуть максимальный прогиб (на рис. 2 это точка x1), подача принимает наименьшее значение, которое в процессе обработки ограничено возможностями станка. Это следует учитывать. Если расчетная подача оказалась меньше чем минимально возможная на станке (Smin < [S]min), то необходимо изменить схему закрепления на более жесткую. При перемещении резца к месту закрепления заготовки подача увеличивается по нелинейному закону, и в точке закрепления она стремится к бесконечности. Поэтому максимальную подачу тоже нужно ограничивать максимальной технологически допустимой величиной (принятой по справочнику). Так же необходимо ограничение по наибольшей подаче, обеспечиваемой станком. Рис. 2. Появление «ступеней» с различной шероховатостью Из таблицы 1 видно, что при изменении величины подачи на 0,04 мм/об шероховатость поверхности может изменяться на величину до 2,5 мкм. Однако данные опыты проведены для подач близких к максимальным технологически допустимым. Поэтому необходимы дополнительные исследования состояния поверхности при изменении подачи от минимальной (осуществимой на станке) до максимальной (технологически допустимой). Так же теоретически может возникнуть вторая особенность. Она связана с вероятным появлением небольших канавок на границе участков с разными значениями подачи, которые могут возникнуть из-за «выстоя» инструмента в одной координате в момент изменения подачи при непрерывном вращении заготовки. 49 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Таблица 1 Зависимость шероховатости от величины подачи для различных сталей при разных скоростях резания 1 140 0,5 5,1 5,3 5,4 4,5 5,4 6,0 4,9 4,5 5,2 3,0 2,4 3,5 4,3 4,8 4,4 3,7 3,6 3,7 3,2 3,6 3,9 1,7 1,8 2,3 2,8 3,5 3,7 3,1 5,5 4,1 3,3 3,7 4,3 2,3 1,9 2,2 3,8 5,5 6,2 3,8 5,5 6,2 4,5 4,9 5,8 2,1 2,2 2,6 5,05 5,7 5,6 4,2 5,2 6,5 5,8 6,5 6,2 3,3 3,6 3,7 Сталь 40Х 120 4,3 4,9 5,8 3,5 4,6 5,7 3,4 4,8 4,7 1,8 2,4 2,7 T5К10 Сталь 40Х 1 4,1 4,7 6,3 4,6 5,4 6,0 3,8 4,2 4,8 2,3 2,8 3,3 ТТ7К12 Сталь 45 100 0,26 0,3 0,34 0,26 0,3 0,34 0,26 0,3 0,34 0,26 0,3 0,34 Сталь 40Х 1 Сталь 45 80 Подача S, мм/об Сталь ШХ15 Глубина резания t, мм Сталь 45 Скорость резания V, м/мин Сталь 20 Измеренная шероховатость Ra, мкм Т15К6 ТН20 6,9 7,5 8,1 6,4 7,2 8,3 6,5 6,9 8,0 2,4 2,5 3,2 Это предположение требует дальнейшей экспериментальной проверки, подтверждения или опровержения. При наличии такой особенности необходимо будет разработать способ бесступенчатого изменения подачи по заданному закону, полученному путем регрессионного анализа. Библиографический список: 1.Плотников А.Л. Проблемы обеспечения расчетной точности токарной обработки в САПР ТП и методы их решения / А.Л. Плотников, Э.И. Мустафаев, А.А. Шмаров // Изв. ВолгГТУ. Сер. «Прогрессивные технологии в машиностроении»: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. Волгоград, 2011. Вып. 7, № 13 (86). C. 87-91. 2.Плотников А.Л. Управление режимами резания на токарных станках с ЧПУ: монография / А.Л. Плотников, А.О. Таубе; ВолгГТУ. Волгоград: Волгогр. науч. изд-во, 2003. 184 с. 3.Плотников А.Л. Новая методика построения модулей расчета режимов резания в САПР ТПП механической обработки / А.Л. Плотников и др. // СТИН. 2009. № 2. С. 19-25. 4.Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. Т. 2 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1985. 656 с. ЖДАНОВ АЛЕКСЕЙ АНДРЕЕВИЧ – магистрант кафедры «Технология машиностроения», Волгоградский государственный технический университет. ПЛОТНИКОВ АЛЕКСАНДР ЛЕОНТЬЕВИЧ – доктор технических наук, профессор кафедры «Автоматизация производственных процессов», Волгоградский государственный технический университет. ЧИГИРИНСКИЙ ЮЛИЙ ЛЬВОВИЧ – кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения», Волгоградский государственный технический университет. 50 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Д.С. Клюйков, Е.М. Фролов, Ю.Л. Чигиринский, А.А. Жданов ПРОГРАММНЫЙ МОДУЛЬ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО АНАЛИЗА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ Зачастую проведение экспериментов является дорогостоящим занятием, а для получения более точных значений необходимо проведение определенного количество опытов и с определенным количеством повторений. В условиях современной политики экономии, это является труднодоступным. Однако существует определенный подход. Необходимо провести один эксперимент с определенным количеством опытов и их повторений, и воспользовавшись регрессионным анализом определить математическую модель которая более точно описывает данный процесс. Однако это очень трудоемкий способ. Поэтому ниже представлен программный модуль автоматизированного анализа экспериментальных данных. Помимо того, что данный модуль сократит время исследователя, на расчет регрессионный моделей, он так же способен быть использован в качестве экспертной оценки правильности выбора технологических параметров процесса резания, и имеет способность «самообучения» за счет постоянного накопления информации. Укрупненный алгоритм работы данного модуля представлен на рисунке 1. начало Подбор и нормирование данных Процедура определения вида распределения Регрессионный анализ Отсев промахов конец Рис. 1. Укрупненный алгоритм модуля Возможность диалогового общения способствует определению более конкретной, поставленной пользователем задачи. Для начала необходимо определить усредненное значение в каждом опыте. Если выполнение опытов такое же как в плане эксперимента, для расчета можно использовать критерий Кохрена: , i=1…n (1) где – максимальная из n дисперсий ординат yi при всех значениях xi; – дисперсия ординат yi, соответствующих значениям аргументов xi. Если нет, то определить минимальное количество опытов. В зависимости от характера ошибки, не изменяется либо изменяется, использовать критерий Стьюдента и критерий Фишера соответственно.[1] 51 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Выполнение опытов согласно плану эксперимента Определить min количество опытов Gрасч. ┼ Ошибка не изменяется Ошибка изменяется Критерий Стьюдента Критерий Фишера ─ Эксперимент проведен не правильно Новая матрица значений Рис. 2. Укрупненный алгоритм подбора и нормирования данных После получения новой матрицы значений, необходимо определить является ли данная выборка нормальным распределением случайных чисел, и для этого, выборки небольшого объема проверяют при помощи методов проверки гипотезы о нормальном распределение случайных ошибок измерений, а именно используется: - метод, основанный на сравнении выборочных исправленных среднего абсолютного и квадратичного отклонения; - метод, основанный на использовании размаха варьирования; - метод, основанный на использовании коэффициентов асимметрии и эксцесса. Если хотя бы при двух методах расчетные значения удовлетворят условиям, то можно считать что распределение является нормальным. Для выборок большого объема используется критерий Пирсона, а именно «хи-квадрат». После данных операций можно производить регрессионный анализ, по трем основным моделям (линейная, степенная и показательная), в качестве простоты расчетов, степенная и показательная модель приводится к линейному виду: - линейная ; (2) - степенная ; (3) - показательная . (4) Для определения параметров уравнения регрессии используется метод наименьших квадратов: min (5) Значение параметров уравнения регрессии можно найти по формулам: (6) . (7) Так же необходимо проверить гипотезу о статической значимости коэффициентов регрессии, для этого используется t-критерий Стьюдента. 52 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Укрупненный алгоритм расчета коэффициентов регрессии и проверки их значимости, на примере линейной модели представлен на рисунке 3. Линейная модель Расчет коэффициентов регрессии: − ┼ Коэффициент не значим Оценка адекватности и погрешности модели Рис. 3. Укрупненный алгоритм расчета коэффициентов регрессии Для проверки адекватности полученного уравнения регрессии экспериментальным данным используется дисперсионный анализ. Метод дисперсионного анализа заключается в расчленении общей суммы квадратов отклонений зависимой переменной от её средней величины на несколько компонентов. Оценка адекватности уравнения регрессии производится с помощью критерия Фишера, который определяется как отношение дисперсии, обусловленной регрессией, т.е. дисперсии адекватности к остаточной дисперсии: . расч где (8) – число степеней свободы дисперсии адекватности; – число степеней свободы остаточной дисперсии; k – число значимых коэффициентов регрессии. Если расчетный критерий Фишера расч меньше либо равен табличному значению табл , то регрессионная модель признается адекватной и может быть использована для предсказания значений зависимой переменной при всех значениях независимой переменной в пределах наблюдавшихся при эксперименте значений последней. Для выбора наиболее удовлетворяющей регрессионной модели необходимо посчитать среднюю относительную ошибку аппроксимации (9) чем она меньше, тем более точными буду предсказания значений зависимой переменной по уравнению регрессии. [2] Регрессионная модель с наименьшей средней относительной ошибкой аппроксимации, считается наиболее подходящей математической моделью. Данная модель выбирается как самая удовлетворяющая регрессионная модель, ее функциональная зависимость отображается графически. Так же необходимо учитывать такое понятие как грубые ошибки, промахи. Для их определения используется метод сравнения максимального относительного отклонения. Данный анализ проводится уже после определения наиболее удовлетворяющей регрессионной модели. Это связанно с тем, что данная ошибка может являться частью экспериментальных данных. На графике подходящей регрессионной модели промахи выделяются с дальнейшим запросом к пользователю, о происхождении данных значений, которые могут быть: - следствием данного эксперимента; - фактором извне; 53 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ - не правильно проведенным экспериментом; - не внимательностью оператора и т.д. Данный программный модуль, помимо возможности построения достоверных регрессионных моделей имеет возможность «самообучения» системы, за счет постоянного накопления информации. Предлагаемый нами программный модуль, помимо высчитывания всех возможных регрессионных моделей, можно использовать в качестве средства экспертной оценки правильности выбора технологических параметров процесса резания. Библиографический список: 1. Чигиринский Ю.Л. Стохастическое моделирование в машиностроении: учеб. пособие / Чигиринский Ю.Л., Чигиринская Н.В., Быков Ю.М.; ВолгГТУ. Волгоград: РПК "Политехник", 2002. 68 с. 2. Пинчук, С.И. Организация эксперимента при моделировании и оптимизации технических систем: Учебное пособие. Днепропетровск: Дива, 2008. С. 248. КЛЮЙКОВ ДМИТРИЙ СЕРГЕЕВИЧ – магистрант кафедры «Технология машиностроения», Волгоградский государственный технический университет. ФРОЛОВ ЕВГЕНИЙ МИХАЙЛОВИЧ – кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения», Волгоградский государственный технический университет. ЧИГИРИНСКИЙ ЮЛИЙ ЛЬВОВИЧ – кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения», Волгоградский государственный технический университет. ЖДАНОВ АЛЕКСЕЙ АНДРЕЕВИЧ – магистрант кафедры «Технология машиностроения», Волгоградский государственный технический университет. 54 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ И.В. Фирсов, Ю.Л. Чигиринский, Е.М. Фролов АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ ПЛАНОВ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЗАДАННОГО КАЧЕСТВА Основной задачей проектирования технологии механической обработки является проблема формирования заданной точности и качества изделия. Зачастую эти показатели обеспечиваются выбором окончательной обработки, последовательности обработки поверхностей, а также выбором базовых поверхностей и сменой базирования. Качество и точность обработанной поверхности оценивается комплексом показателей, каждый из которых можно рассматривать как параметр технологического метода, с помощью которого получено определенное состояние поверхности изделия. Например, методы обработки наружных цилиндрически поверхностей (таблица 1) являются относительно несложными методами формообразования. Таблица 1 Методы обработки IT Min 1. Точение обдирочное 12 2. Точение получистовое 10 3. Точение однократное 10 4. Шлифование получистовое 8 5. Точение чистовое 7 Метод Max 13 12 12 9 9 Средн. 12,5 11 11 8,50 8 Размах 1,0 2,0 1,0 1,0 2,0 Ra Min 12,5 4 2 1,25 1,6 Max 40 12,5 12,25 3,2 3,2 Средн. 26,25 8,25 7,22 2,22 2,4 Размах 27,5 8,5 10,25 1,95 1,6 Для того чтобы повысить степень формализации использования этих показателей, было предложено создание таблиц точности которые используются в качестве информационной базы при проектировании маршрута обработки. Основным недостатком традиционных таблиц точности, фактически определяющим невозможность формализованного решения задачи проектирования последовательности обработки, является отсутствие значений, определяющих величины изменения технологических показателей при каждом последующем переходе обработки. В результате проведенного анализа [4] было выявлено, что достоверность данных приводимых в технологической справочной литературе является крайней низкой. Таким образом, использование этих данных приведет к не прогнозируемым результатам, которые будут нуждаться в тщательной проверке. Предлагается новый подход, к проектированию последовательности обработки основанный на представлении технологических показателей в виде случайных величин. Последовательность обработки формируется таким образом [1], чтобы каждая последующая технологическая операция существенно улучшала показатели качества и точности изделия. Фактически, для построения последовательности обработки поверхности, необходимо подобрать в таблицах точности «смежные» методы обработки, количественные характеристики которых существенно отличаются. В качестве критерия различия мы используем [4] коэффициент вариации. Технологические методы считаем сходными в случае, если значение коэффициента вариации меньше 0,17. Таблица с такими значениями получила название вероятностной таблицы точности, фрагмент которой, для методов обработки наружных цилиндрических поверхностей (табл. 1), представлен в табл. 2. Использование методов теории графов сделало возможным представление вероятностной таблицы точности в виде матрицы смежности, где «1» являются значения не сходных методов обработки. Таблица 2 Коэффициентов вариации и матрицы смежности Коэффициент вариации Предыдущий этап обработки Следующий этап обработки 1 2 3 4 5 1 Точение обдирочное 0,17 0,19 0,07 0,08 2 Точение получистовое 1,0 2,69 0,15 0,15 3 Точение однократное 1,0 0,45 0,18 0,18 4 Шлифование получистовое 0 0 1,0 1,12 5 Точение чистовое 0 0 1,0 0,51 Матрица смежности Следующий этап обработки 1 2 3 4 5 0 0 1 1 1,0 0 0 1 1,0 0,45 1 1 0 0 1,0 1 0 0 1,0 0,51 Ниже главной диагонали значения соответствующие степени вероятности достижения заданного качества 55 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Использование вероятностной таблицы точности позволило решить ранее не формализованную задачу по проектированию технологического маршрута обработки [2]. Рис. 1. Рабочее окно программы На основе данный методики была разработана программа для нахождения оптимального маршрута обработки в зависимости от критерия оптимизации (рис. 1). Критериями оптимизации являются [3]: себестоимость процесса обработки, вероятность его получения и производительность всех операций в маршруте. Так например показатели себестоимости складываются из четырех основных показателей: затрат на рабочего, затрат на инструмент, затрат на станок и затрат на электроэнергию. Рис. 2. Окно программы во время работы Работа программного модуля состоит из алгоритма поиска и работы с базой данных. Алгоритма поиска оптимального маршрута обработки основывается на работе модифицированного «алгоритма Дейкстры». Сутью которого является поиск маршрута обработка в зависимости от минимальной (максимальной) суммы затрат на обработку (рисунок 2). Основными особенностями данной программы являются: выбор конечного метод обработки пользователем, возможность добавления операции термообработки, простая работа с базой данных. 56 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Библиографический список: 1.Волков С.А. Разработка методики автоматизации проектирования технологических процессов // СТИН. 2008. № 5. С. 22-26. 2.Чигиринский Ю.Л. Возможность формализованного решения задач технологического проектирования // СТИН. 2009. № 12. C. 26-29. 3.Чигиринский Ю.Л. Методы дискретной математики в технологическом проектировании / Ю.Л. Чигиринский, Н.Д. Гожева, Е.Г. Радченко // Изв. ВолгГТУ. Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении»: межвуз. сб. науч. тр. ВолгГТУ. Волгоград, 2007. Вып. 3, № 4. C. 112-114. 4.Чигиринский Ю.Л. Надежность справочных данных, применяемых в технологическом проектировании // Известия ОрелГТУ. Сер. «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии». 2009. № 2-2/274(560). С. 103-108. ФИРСОВ ИВАН ВИКТОРОВИЧ – магистрант кафедры «Технология машиностроения», Волгоградский государственный технический университет. ЧИГИРИНСКИЙ ЮЛИЙ ЛЬВОВИЧ – кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения», Волгоградский государственный технический университет. ФРОЛОВ ЕВГЕНИЙ МИХАЙЛОВИЧ – кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения», Волгоградский государственный технический университет. 57 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ О.С. Лехов, В.В. Турлаев, А.С. Гладков АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВКИ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ И ДЕФОРМАЦИИ И ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ЛИСТА ИЗ АЛЮМИНИЯ На современном этапе развития металлургического производства всё более широкое применение получают совмещенные процессы непрерывного литья и деформации, которые при производстве листовой металлопродукции позволяют существенно снизить энергоемкость технологического процесса, металлоемкость оборудования и капитальные и эксплуатационные затраты. Разработан принципиально новый технологический процесс и установка совмещенного процесса непрерывного литья и деформации для производства листа из цветных металлов и сплавов [1, 2], по технико-экономическим показателям превосходящие зарубежные аналоги. Это позволит создать на заводах цветной металлургии энергосберегающие технологические процессы, осуществить глубокую переработку сырья и повысить качество листа. Отличительными особенностями установки непрерывного литья и деформации является то, что процессы образования оболочки с жидкой фазой, механическое перемешивание расплава металла, формирование полосы, циклическая деформация затвердевшего металла и калибровка листа осуществляются в сборном кристаллизаторе установки, что позволяет существенно снизить энергозатраты и улучшить качество листа. Основными преимуществами установки непрерывного литья и деформации являются возможность получить лист из сплавов алюминия толщиной 2-4 мм и шириной 1000-1500 мм со скоростью 918 м/мин, обрабатывать малопластичные и труднодеформируемые сплавы алюминия и существенно улучшить качество листовой металлопродукции. Для выбора рациональных параметров технологического процесса и установки непрерывного литья и деформации, а также оценки качества листа из алюминия проведены теоретические и экспериментальные исследования. Для оценки параметров установки непрерывного литья и деформации и качества листа из алюминия использован вычислительный эксперимент на базе решения задач механики сплошных сред методом конечных элементов, а именно для участка деформации стенками-бойками сборного кристаллизатора использована объемная постановка контактной задачи теории упруго-пластичности при наличии больших деформаций и перемещений. Для расчета использован пакет ANSYS [2]. Толщину оболочки с расплавом на выходе из неразъемного кристаллизатора принимаем равной 8 мм, а в области смыкания широких стенок оболочки – 10 мм. Температуру внешней поверхности оболочки на участке с жидкой фазой для алюминия марки А5 принимаем равной 530°С, а внутренней поверхности оболочки – 660°С. Значения модуля упругости, модуля упрочнения и предела текучести приняты в зависимости от температуры [2], коэффициент трения между стенкой-бойком и алюминиевой полосой принят равным 0,1. На рис. 1 в системе координат XOY представлена четвертая часть заготовки, принятая для расчета. Для бойка задавались перемещения в направлениях, противоположных положительным направлениям осей OX и OZ. Для расчета значения этих перемещений равнялись соответственно 5мм. В качестве конечного элемента использован объемный двадцатиузловой конечный элемент, размер которого находился в диапазоне от 0,5 до 1 мм. Рис. 1. Объемная четверть очага деформации в системе координат XYZ, принятая для расчета 58 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Результаты расчета напряженно-деформированного состояния металла в очаге деформации представлены в виде эпюр напряжений. На рис. 2 и 3 представлен характер распределения нормальных напряжений вдоль осей X и Z. Результаты даны для зоны контакта полосы с бойком. Рис. 2. Характер напряжения по оси Х вдоль линии 1-3-5 очага деформации Рис. 3. Характер напряжения по оси Z вдоль линии 1-3-5 очага деформации В табл. 1 представлены выборочные результаты по максимальным напряжениям по поверхности контакта очага деформации со стенкой-бойком и в плоскости симметрии. 59 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Выборочные результаты по максимальным напряжениям (МПа) по поверхности контакта очага с бойком и в плоскости симметрии Напряжения в плоскости симметрии σx -16 σy -14 σz -18 Напряжения в зоне контакта очага деформации с бойком σx σy σz -22 -12 -16 Таблица 1 σzx -5 Анализ расчетных данных показывает, что в очаге деформации реализуется благоприятная с позиции качества листа схема напряженного состояния с преобладанием сжимающих напряжений (Табл. 1). Такая схема напряженного состояния в очаге деформации полосы будет способствовать интенсивной проработке литого металла по всему сечению полосы и предотвращению раскрытия дефектов литой полосы, а также позволит получить лист высокого качества. Это подтверждается исследованием структуры листа из алюминия, полученного на опытной установке непрерывного литья и деформации [2]. В листе толщиной 4 мм наблюдается мелкозернистая структура в приповерхностных слоях с повышенной прочностью и текстурированная в средней части листа. Также высокое качество листа обеспечивается: исключением продольной и поперечной разнотолщинности листа вследствие узкого температурного интервала деформации и высокой жесткости конструкции установки непрерывного литья и деформации; получением высокой точности листа и хорошего качества его поверхности вследствие возможности изменять шероховатость стенок-бойков по длине очага деформации; наличием калибрующего участка на стенках-бойках кристаллизатора и хорошими условиями подачи смазки в очаг деформации. Библиографический список: 1. Патент №2077407. Способ непрерывного литья заготовок и устройство для его осуществления / О.С. Лехов // БИ. 2000. № 5 2. Лехов О.С., Комратов Ю.С. Совмещенные процессы непрерывного литья и деформации для производства проката. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. 411 с. ЛЕХОВ ОЛЕГ СТЕПАНОВИЧ – доктор технических наук, профессор, Российский государственный профессионально-педагогический университет. ТУРЛАЕВ ВАЛЕРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ – кандидат технических наук, Российский государственный профессионально-педагогический университет. ГЛАДКОВ АЛЕКСАНДР СЕРГЕЕВИЧ – аспирант, Российский государственный профессионально-педагогический университет. 60 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА В.А. Быченок, И.Ю. Кинжагулов, М.С. Никитина ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ЛАЗЕРНО-УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДИАГНОСТИКИ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СПЕЦИАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛАХ ИЗДЕЛИЙ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ Многолетний опыт производства и эксплуатации изделий ракетно-космической техники (РКТ) показывает, что остаточные напряжения присутствующие в таких изделиях влияют на их износостойкость, усталостную прочность и долговечность. При производстве камер перспективных жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) соединение между стенкой наружной и стенкой внутренней выполняется с использованием пайки с усилием до 250 кН. В стенках таких камер от воздействия подобных нагрузок возникают напряжения, которые в дальнейшем возрастают от тепловых воздействий связанных с последующим проведением операции сварки. Расчетные методы определения напряженно-деформированного состояния (НДС) металлических конструкций основаны на использовании некоторых допущений, как правило, идеализирующих реальные условия. Несовершенство методов расчета, неполное соответствие расчетных схем действительным условиям работы, неточность задания граничных условий и действующих нагрузок, как правило, изменяющихся с течением времени, дают существенные погрешности в оценке напряжений. Иногда задача по определению напряжений в действующей конструкции вообще не поддается теоретическому решению. Поэтому задача экспериментальной оценки реального напряженного состояния изделия на различных этапах их жизненного цикла является весьма актуальной [1-3]. Одно из возможных направлений решения данной проблемы является ультразвуковая диагностика, основанная на акустоупругом эффекте. Одной из основных сложностей практической реализации ультразвуковой диагностики остаточных напряжений, заключается в том, что относительное изменение скорости звука, даже при напряжениях на пороге текучести, невелико, как правило, не превышает нескольких процентов. При напряжениях порядка 100 МПа относительное изменение скоростей упругих волн лежит в диапазоне 10-3-10-4. Поэтому требуется высокая точность измерения скорости распространения ультразвука [4, 5], которую нужно измерять достаточно локально. Такой прецизионной точности можно достичь с использованием коротких акустических импульсов, получаемых средствами лазерной оптоакустики [4]. Следует отметить, что вопрос количественной оценки остаточных напряжений по изменению скорости ультразвука является очень важным для данного метода, но не всегда очевидно разрешимым. При этом используется так называемый время - пролетный метод измерений: по известной базе измерений L и измеряемой разности времен излучения лазерного импульса в объекте контроля (ОК) t и задержки сигнала в излучаемом тракте t0 рассчитывается скорость продольной и поверхностной ультразвуковых волн в ОК: cl L t t 0 . Методика обработки сигналов должна быть основана на спектральном анализе ультразвукового сигнала и измерении временного положения характерных точек трека. Для подтверждения возможности разработки технологии лазерно-ультразвуковой диагностики (ЛУЗД) остаточных напряжений в камерах ЖРД выполнены экспериментальные исследования с использованием лазерно-ультразвукового дефектоскопа УДЛ-2М и лазерных оптико-акустических (ОА) преобразователей продольных и поверхностных ультразвуковых волнах. Измерения скоростей продольных и поверхностных акустических волн проводились с помощью лазерного ОА преобразователя. Измерялась задержка между зондирующим ОА импульсом, возбуждаемым на лицевой поверхности образца, и одной из ревербераций этого импульса в образце. По измеренным задержкам определялось относительное изменение скоростей продольных и поверхностных акустических волн в различных точках образцов. Проведенные исследования зависимости изменения скорости поверхностной волны в плоском образце из нержавеющей стали при изменении его одноосного НДС (растяжения-сжатия) показали, что 61 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ точность измерений была не достаточной, так как теоретическая зависимость имеет строго линейный и монотонный характер. 160 Напряжение, МПа 140 120 100 80 60 40 20 0 5754 5756 5758 5760 5762 5764 5766 Скорость, м/с Рис. 1. Зависимость изменения растягивающих напряжений в образце от скорости распространения продольной волны: ● – экспериментальные точки; — – линия регрессии Проведенные исследования с помощью лазерно-ультразвукового метода на продольных акустических волнах и полученные результаты показывают не только принципиальную возможность применения данного метода для диагностики остаточных напряжений, но и его высокую эффективность. Так как результаты измерений имели достаточно линейный и монотонный характер (рис. 1) и подтверждали функциональную связь скорости распространения ультразвука с упругими свойствами металлов. Библиографический список 1. Касаткин Б.С., Кудрин А.Б., Лобанов Л.М. и др. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений. Киев: Наукова думка, 1981. 2. Пригоровский Н.И. Методы и средства определения полей деформаций и напряжений: Справочник. М.: Машиностроение, 1983. 248 с. 3. Экспериментальная механика / Под. ред. А. Кобаяси. В 2-х томах: Т. 1. М.: Мир, 1990. 616 с. 4. Измерение распределения скорости продольных акустических волн в сварных соединениях лазерным оптико-акустическим методом / А.Ю. Ивочкин, А. Карабутов, М. Лямшев, И. Пеливанов, У. Рохатги, М. Субудхи // Акустический журнал. 2007. Т. 53. 4. С. 1-8. 5. Гузь А.Н., Махорт Ф.Г., Гуща О.И. Введение в акустоупрогость. К.: Наукова думка, 1977. 151 с. БЫЧЕНОК ВЛАДИМИР АНАТОЛЬЕВИЧ – аспирант, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики. КИНЖАГУЛОВ ИГОРЬ ЮРЬЕВИЧ – аспирант, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики. НИКИТИНА МАРИЯ СЕРГЕЕВНА – аспирант, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики. 62 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ КОРАБЛЕСТРОЕНИЕ М.И. Мальцев CAPABILITIES AND LIMITATIONS The Russian Federation’s naval forces of today have limited capabilities and numerous weaknesses. Russian Navy today is a relic of the Soviet era in both technology and force structure. However, the current capabilities are diminishing and adequate plans are not in place to prevent a further deterioration. While many of the current weaknesses are a direct consequence of the USSR, other shortcomings stem directly from Soviet naval policies that continue to the present day. Overall, the Russian Navy's role is to provide sea-based nuclear deterrent and support Russia's wider economic and political interests. This global security ambition is comprised by technology that dates from the Soviet era. Many of the ships and missiles developed during the Soviet era continue to be a concern for U.S. naval forces and those of our allies. However, while the weapons still continue to pose a threat they are no longer cutting edge. Even before the collapse of the USSR, the Navy was in decline.157 However; Vladimir Putin has made a rhetorical commitment to Russia’s political resurgence based on a ‘first world navy’. One of the President Putin’s stated goals, described in the National Security Concept, is the restoration of the navy’s blue-water capability. In August 2000 President Putin stated that, in his view, a strong navy would provide the key for Russia’s future status as a great power. President Putin’s stated interest in the naval forces has allowed Russia’s naval leadership to advance proposals for the modernization and expansion of Russia’s naval forces. Russians view naval power as a less threatening ‘means to an end’ for power projection than land or air forces. Freedom of movement, international visibility and operational flexibility assure lower levels risk of a conflagration that is associated with the Army or Air Force.159 The naval leadership is taking advantage of Putin’s vision to rekindle atrophied shipbuilding efforts, a major capability during Soviet times. Also, as the Russian economy rebounds from the 1998 economic crisis, it is hoped that greater funds will be made available for defense spending. However, even with increased funding, it will take at least a decade to restore prestige and dominance of the Navy over the other services. Furthermore, at the time of writing, the world appeared on the brink of a global recession that must surely curtail funds available for a revival of the Russian Navy. The majority of the weaknesses of the Russian Navy stem from the geographic size and location of the country, as well as inational defense strategy for eleven different time zones and four maritime areas. Therefore, the massive size of the country and population distribution favors a continental orientation rather than a maritime one. This was best demonstrated in 1985, when the Navy was placed last in the order of precedence of the five Soviet armed services. Not much has changed since then. Numerous problems that existed during the Soviet era continue today, in fact they have grown worse. The hazing of recruits is still prevalent. Naval personnel complain of serious moral problems brought on by the lack of money and substandard military housing. Officers must deal with problems such as nepotism, limited promotion opportunities and a fear of officers at all levels of making decisions for which they will be held accountable, as well as long ship tours with monotonous jobs. Officers continue to fill specialists and technical positions that leave them little time to properly manage junior personnel. Following the collapse of the Soviet Union, the Russian Navy was unable to deploy many of its ships and submarines. In the early 1990’s the number of Russian ships declined by fifty percent and fleet aircraft by sixtysix percent. “According to a Russian source, in 1996 most ships were at a relatively low readiness level, with most units remaining close to homeport. As of 1997 it was estimated that the Navy was taking thirteen to fifteen ships out of commission each month.”163 By December 1998, the Russian Navy had removed over 150 nuclearpowered submarines from active service. As many as 100 are still awaiting decommissioning today. Concern is growing in Moscow that the navy's present decline has become irreversible. The loss of basic seamanship skills due to the reduced number of ships and time at sea is only now becoming a topic of discussion. Sea duty for submarines has been cut twenty five percent since 1997 and for ships by one third. Without proper funding and maintenance the reduction in naval assets will only continue as ships become unseaworthy! Several surface ships that were under construction when the Soviet Union dissolved are finally reaching the fleet. However, the Navy has been forced to go, hat in hand, to local governments and even to businesses for alternate sources of financing. The shortage of funds to pay for normal repairs and upkeep, as well as inadequate port facilities, has meant that many ships have been taken out of service before the end of their prescribed life cycle. Funds are only now being allocated for the completion of ships ordered prior to the collapse of the USSR. *Научный руководитель: АЙНАЛИЕВА АИЛИД РАШИДОВНА – ассистент кафедры «ИЯИТО» Астраханского государственного технического университета. 63 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ However, during his 28 August 1999 press conference, Russian Navy Commander-in-Chief Fleet Admiral Vladimir Kuroyedov announced that no new warships would be ordered for the Navy for the next five years. Therefore, the reduction in naval strength will only continue to diminish for the foreseeable future. I would like to point out the problems of ships: introduction in 1991 of deferments from the draft for military service for students of daytime higher education institutions and vocational education; expansion of benefits to draftees for state of health and family status and the granting as of January 1, 1995 of the right of deferment from call-up for students of specialized vocational-technical schools; april 1995 adoption of the law “On Military Obligation and Military Service” (canceling deferments from call-up of citizens for military service and with the increase in the term of active military service on two years, the situation with seamen and petty officer manning of fleets has changed for the better). Therefore in 1996 manning should be at 85 percent. Naval vessels must be at 90-95 percent for adequate manning. Seaman and petty officers, short-term leave personnel, hospital patients, and those discharged to the reserve count against manning figures; low educational levels of new recruits are disturbing. The leadership of the Russian Federation under President Vladimir Putin is nevertheless eager to utilize its navy as leverage to extend its influence in the Western Pacific in at least four ways: 1. Through SSBN strategic nuclear deployments. 2. By increasing the Russian Federation’s visibility through port visits, participation in peacekeeping and multilateral operations, and through joint maneuvers with other countries such as India, Vietnam and China. 3. Through the sale of high technology naval weapons systems. 4. By utilizing naval power to leverage better relations and possible alliances with U.S. adversaries in the region to counter a dominant U.S. influence. Increasing tensions between the PRC and the United States in the Western Pacific over Taiwan and the South China Sea have presented Russian President Vladimir Putin with an opportunity to make common cause with the Chinese government to thwart U.S. power. President Putin has allegedly promised Beijing that the Russian Pacific Fleet will intervene against the U.S. Seventh Fleet during a potential conflict between the PRC and the ROC. Библиографический список: 1. http://old.redstar.ru/2006/10/18_10/4_01.html - газета красная звезда (историч.аспект) Российская газета(опубликование законодательства): 2. http://www.rg.ru/2007/05/03/gossovet.html "Российская газета" - Федеральный выпуск № 4355 3. http://www.rg.ru/2007/04/03/artyuhov.html "Российская газета" - Федеральный выпуск № 4331 МАЛЬЦЕВ МАКСИМ ИЛЬИЧ – студент, Астраханский государственный технический университет. 64 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ К.В. Холоднов, Д.А. Биссалиев TYPES OF ENGINES INSTALLED ON SHIPS The first Russian power 18kW diesel consumption of crude oil amounted to 0.3 kg per 1 kWh, which was almost 30% less consumption of kerosene in the R. Diesel`s engine. In Russia in 1903 was built and it was the world's first ship, a ship with an internal combustion engine. It is a barge loading three screw of oil; there are three local diesel power elements for each 88kW speed 240 minutes of electric transmission power propellers. The development of domestic engine was established, but building was accompanied by working out problems in the theory. The theory of calculating the thermal process of internal combustion engine was developed by a professor of the Moscow Higher Technical School. The internal combustion engine is a heat engine in which the thermal energy released during the combustion of fuel in the working cylinder is converted into mechanical work. Conversion of thermal energy into mechanical power transmission is carried out by the expansion of combustion products on the piston, reciprocating movement which, in turn, through a crank mechanism is converted into rotational motion of the crankshaft, resulting in movement of the propeller, electric generator, pump or other user of energy. Engines installed on ships of various types can be distinguished in the following characteristic features: -mode implementation cycle: Four (F), whose duty cycle is performed in four stroke piston (two revolutions of the crankshaft), Push-pull (P), whose duty cycle is a two stroke (one revolution of the crankshaft). - Mode of action: Simple action (FD), whose duty cycle is carried out only at the top of the cylinder (have a preferential distribution in the ships), double action (DA), whose duty cycle is performed in two cavities of the cylinder: the upper (above the piston) and lower (below piston). With opposed moving pistons (OMP), which are essentially two-stroke diesel-actings with a common combustion chamber (have limited use on ships);-old cycle: With the supply of heat at almost constant volume (V = const) - engines with forced ignition of fuel and low degree of compression (carburetor and gas), with heat supply at almost constant pressure (P = const) - engines with air atomization of fuel, ignition and high degree of compression ratio (compressor engines are built as an exception); With a mixed supply of heat partly on of isochore (V = const) and partly on the isobar (p = const) - all modern diesel engines with high degree of compression ratio, mechanical fuel injection and ignition; -Kind of used fuel : easy liquid fuels (gasoline, naphtha, kerosene, benzoyl, etc.) which is introduced into the cylinder in the vapor phase in a mixture with air; Heavy liquid fuel oil (diesel, engine, solar oil, oil, black mineral oil, fuel oil, etc.) injected into the cylinder under pressure , Gaseous fuels (gas, natural, regenerative, liquid, etc.), the gas and air, into separately or in mixture, an electric spark is produced by ignition, gas-liquid: the main fuel is gas are put; ignition fuel (10-15%) – liquid; multifuel, adapted for work on a wide range of liquid fuels - from easy to severe; - Method of filling the working cylinder:Without a blower, where filling with air or a working mixture is provided by the movement of the piston, or by blowing air with a supercharged, where air or working mixture is fed into the cylinder under high pressure boost from the special charge, or charge-purge unit. - Mixing process: With internal mixing processes, in which the working mixture in the cylinder is formed by atomization of the fuel (all diesel engines, as well as light engines with direct injection of fuel into the cylinder). With an external mixture formation, in which a combustible mixture of vapours of light fuel oil with air (or gas and air), is formed out of the working cylinder (carburetor engines, as well as gaseous fuel with sparkignition). Internal combustion engines can be classified into the following main features: By the nature of the operating cycle, with the supply of heat to the working fluid at constant volume, with the supply of heat at constant pressure of gases and mixed supply of heat, first at a constant volume, and then at a constant pressure of gases. Four-stroke-cycle is a cycle which takes place over four consecutive stroke (with two turns of the crankshaft), and two-stroke, in which the cycle is carried out for two consecutive stroke (in one revolution of the crankshaft), the most popular is four-stroke engine. Let’s see the work of the first-cycle that is inlet (suction). The piston moving down, sucks into the fuel mixture, the second cycle is contraction. The intake valve closes, the piston is moving upwards, compresses the fuel mixture, with compression, it is heated. The third cycle is the working - stroke. The piston reaches the top the mixture is ignited by an electric spark, the pressure of the hot * Научный руководитель: АЙНАЛИЕВА АИЛИД РАШИДОВНА – ассистент кафедры «ИЯИТО» Астраханского государственного технического университета. 65 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ gases of combustion products, pushes the piston down. The motion of the piston is transmitted to crankshaft, shaft turns and this is a useful work. Carrying out the work and expanding the products of combustion are cooled, the pressure in the cylinder drops to nearly atmospheric pressure. The fourth cycle is (exhaust). The exhaust valve opens the combustion products are emitted through the exhaust pipes into the atmosphere. From four cycles of engine only one the third is working. Therefore, the engine is supplied by fly-wheel inertial engine that stores energy, through which the crankshaft is rotated during the remaining cycles. Two- cycled engine more often used in cases requiring a small maximum power. Small-sized one cylindered two-cycled air-cooled engine has a very simple design and small number of parts. The limiting case can serve as an engine with a compressor (glowing) ignition for air models. The largest vessels designed for piston engines are also a two-stroke cross-head with a crank mechanism. The low speed of these engines is advantageous to use for direct drive of ship propellers. These two-cycled engines can easily change the direction of rotation, and they do not require the use for this reverse gear. There is a classification according to the principle of action: single action (the duty cycle is performed in only one of the cylinder), double-action (duty cycle is performed in two cavities of the cylinder above and below the piston) and with opposed pistons (each engine cylinder has two pistons are mechanically connected, moving in opposite directions, with placed between the working fluid); according to their embodiment of a crank mechanism (CSV) and trunk-piston crosshead. In the trunk-piston engine, the normal pressure force arising from the tilt rod is transferred to the guide part of the piston; piston trunks, sliding in the sleeve of the cylinder, a piston crosshead engine does not create a normal pressure forces arising from the inclination of the rod, the normal force is created in the cross-head sliders combined and transmitted on the parallel, which is fixed outside the cylinder on the frame of the engine. From the position of the cylinder there are vertical, horizontal, single row, double row, V-shaped, star types. Библиографический список: 1.http://sea-library.ru/sudovie-dvigateli/381-markirovka-sudovih-dvs.html 2.http://www.sealib.com.ua/question/questsdvs/01.html 3.http://www.sealib.com.ua/question/questsdvs/07.html 4.Артемов Г.А., Волошин В.П., Захаров Ю.В., Шквар А.Я. Судовые энергетические установки. Л.: Судостроение, 1987. 480 с. ХОЛОДНОВ КИРИЛЛ ВИКТОРОВИЧ – студент, Астраханский государственный технический университет. ситет. БИССАЛИЕВ ДАСТАН АЛТАЕВИЧ – студент, Астраханский государственный технический универ- 66 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА А.Е. Бондаренко, Г.С. Ясаков, Э.Ф. Асмоловский, Э.Р. Крохмаль ОЦЕНКА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ РАЗЛИЧНОЙ ТРЕХФАЗНОЙ НАГРУЗКИ В настоящее время только [2, с. 24] определяет понятие «реактивная мощность» для линейной нагрузки, как взаимное произведение действующих значений напряжения и тока на синус угла между их изображающими векторами, но и из этого определения не очень понятен физический смысл. Попробуем сделать еще одну попытку, чтобы определить физический смысл понятия «реактивная мощность». Для этого рассмотрим однофазную цепь, содержащую последовательно соединенные элементы: активное сопротивление R, индуктивность L, емкость С. Эта цепь включена на источник синусоидального напряжения u, в цепи протекает установившийся синусоидальный ток i, u = iR + L di/dt+ ∫ idt/C. После подстановки в это уравнение выражений для u и i получим: Um sinωt = R Im sin(ωt – φ) + Im (ωL – 1/ωC) cos(ωt – φ) (1) где: Um – амплитуда синусоидального напряжения или модуль изображающего вектора напряжения, Im – амплитуда установившегося синусоидального тока или модуль изображающего вектора тока, di/dt – производная от мгновенного тока i, φ – фазовый сдвиг между синусоидами тока и напряжения или фазовый сдвиг между изображающими векторами напряжения и тока, ω – угловая частота. Полученное уравнение (1) возведем в квадрат, а затем определим среднее, интегральное значение на интервале времени, равном периоду питающего напряжения: U2 = I2 R2 + I2 (ωL – 1/ωC)2, где: U – действующее значение синусоидального напряжения, I – действующее значение установившегося синусоидального тока. Теперь умножим это уравнение на величину квадрата действующего значения тока, в результате получим известное выражение для полной, или кажущейся мощности S: S2 = U2 I2 = I4 R2 + I4 (ωL - 1/ωC)2 = P2 + Q2 = (UI cos φ) 2 + (UI sin φ) 2 где; P и Q – соответственно активная и реактивная мощность . Данный подход позволяет определить только средне интегральные энергетические характеристики S, Q, P линейной цепи за период питающего напряжения. Рассмотрим теперь мгновенные энергетические процессы в этой цепи, для этого умножим выражение (1) на величину установившегося мгновенного тока, в результате получим: ui =UI(cosφ - cos(2ωt- φ) = I2R(1- cos(2ωt- 2φ))+I2(ωL- 1/ωC)sin(2ωt - 2φ), где p(t) = ui – мгновенная мощность цепи, которая может принимать как положительные так и отрицательные значения (Рис.1), а ее действующее значение равно активной мощности P. pr(t) = I2R(1-cos(2ωt- 2φ)) – мгновенная активная мощность, совершающая работу, не принимает отрицательные значения (Рис. 1), ее действующее значение также равно активной мощности P. q(t) = I2(ωL- 1/ωC)sin(2ωt – 2φ) – мгновенная обменная мощность, между источником и потребителем, она не совершает никакой работы (Рис.1), если не считать дополнительных потерь в линиях связи, 67 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ принимает отрицательные значения в момент отдачи накопленной энергии и положительные в момент накопления энергии). Действующее значение мгновенной обменной мощности q(t) равно нулю, (Рис. 1), а действующее значение ее квадрата равно квадрату принятой в [2] реактивной мощности: Q2 = ∫ q2(t) dt/T = (UI sin φ)2. В каждый момент времени энергия емкости определяется как: WC(t) = 0.5Сuc2 = 0.5ω-2С-1I2(1+ cos(2ωt – 2φ)), а мгновенная, накопленная энергия индуктивности равна: WL(t) = 0.5i2L = 0,5LI2(1- cos(2ωt– 2φ)), Очевидно, что мгновенная обменная мощность является производной от суммарной накопленной энергии в реактивных элементах: q(t) = d(WC(t) + WL(t)) /dt Рис. 1. Мгновенные энергетические процессы в линейной, однофазной цепи Можно заметить, что амплитуда Qm мгновенной обменной мощности, Рис.1, равна разности действующих значений накопленной энергии индуктивности и емкости, умноженной на удвоенную угловую частоту, а также амплитуда Qm равна общепринятой реактивной мощности: Qm = I2(ωL- 1/ωC) = 2ω[0,5I2(L - ω-2С-1]= Q= UI sin φ. Причиной возникновения мгновенной обменной мощности, для данной цепи, является наличие индуктивности и емкости, в этих элементах электромагнитная энергия накапливается, а затем, разряжаясь, направляется в источник, эти процессы вызывают фазовый сдвиг между изображающими векторами тока и напряжения. Итак, для рассмотренной выше линейной цепи, понятие «реактивная мощность» связано с накопленной электромагнитной энергией в реактивных элементах. Величина реактивной мощности Q пропорциональна действующему значению накопленной электромагнитной энергии за период, а коэффициент пропорциональности равен удвоенной угловой частоте. Рассмотрим теперь мгновенные энергетические процессы при включении трехфазной нагрузки, элементами которой являются: активное сопротивление R, и индуктивность L, соединенные последовательно для каждой их трех фаз: ua = iaR + L dia/dt, ub = ibR + L dib/dt, (2) uc = icR + L dic/dt. 68 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Умножим эти уравнения на соответствующий мгновенный фазный ток, а после взаимно сложим, в результате получим: p(t) = uaia + ubib + ucic = 1,5 (Im)2R+qa(t)+qb(t)+qc(t) (3) где; p(t)- мгновенная мощность трехфазной нагрузки, Im – мгновенный модуль изображающего вектора тока трехфазной нагрузки, здесь величина не постоянная, в отличии от предыдущего примера, qa(t), qb(t), qc(t) – мгновенные, обменные мощности фаз. Сумму мгновенных обменных мощностей по фазам можно записать как: qa(t) + qb(t) + qc(t) = d(0,75L Im2)/dt. Эта сумма равна нулю, при установившихся фазных токах, так как производная от квадрата модуля тока или производная от мгновенной накопленной электромагнитной энергии в трех индуктивностях также равна нулю. При этом существуют фазные, мгновенные обменные мощности, но между источником и потребителем обменные процессы не наблюдается. В переходном режиме, при включении трехфазной нагрузки, сумма мгновенных обменных мощностей уже не равна нулю (Рис. 2, 3). Выражение мгновенной мощности, для рассматриваемого случая, можно записать в виде [1, с. 12; 5, с. 96]: p(t) = 1,5 (Im)2R + 0,75Ld(Im2)/dt. Теперь каждое уравнение из (2) умножим соответственно на “1”, “exp(j120)”, “exp(j240)”, в результате получим комплексное, векторное уравнение: Umexpj(γ+ β+φ) =Im R expj(γ+β) +LI1mexpj(γ+ β)+(γ 1+β 1)ImLexpj(γ+β+ 90) где: I1m – производная модуля изображающего вектора трехфазного тока, Um – модуль изображающего вектора трехфазного напряжения, γ = ωt - угол между вращающейся осью d (система координат d-q) и неподвижной фазной осью А, β – угол между осью d и изображающим вектором тока, φ – угол между изображающим вектором тока и напряжением, expj( ) –экспоненциальная функция, аргумент которой умножается на мнимую единицу j. Определим действительную и мнимую части векторного уравнения: Um cosφ = ImR + L I1m , Um sinφ = L( γ 1 + β 1) Im . Умножим каждое из этих равенств на 1,5Im, в результате получим выражение для мгновенной мощности трехфазной нагрузки (3), которое определяется как скалярное произведение изображающих векторов трехфазного тока и напряжения и выражение для мгновенной реактивной мощности [5]: uaia + ubib + ucic = p(t) = 1,5 (Im)2R + 0,75Ld(Im2)/dt, ua(iс – ib) + ub(ia – ic) + uc(ib – ia) =√3q(t) = 1,5√3L Im2( γ 1 + β 1) q(t) = 1,5L Im2( γ 1 + β 1) = 1,5UmImsinφ(t). (4) Суммарная, накопленная электромагнитная энергия в трехфазной индуктивности определяется как сумма накопленных энергий в каждой фазе: WL(t) = 0.5L(ia2 + ib2+ ic2) = 0,75L Im2 Сравнивая два последних выражения можно заметить, что мгновенная реактивная мощность трехфазной, симметричной нагрузки в каждый момент времени пропорциональна суммарной накопленной электромагнитной энергии, которой обладает трехфазная индуктивность, а коэффициент пропорциональности равен удвоенной угловой частоте вращения (γ1 + β1) изображающего вектора трехфазного тока относительно неподвижной на плоскости фазной оси А. 69 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Мгновенную, кажущуюся мощность определяем с помощью ее составляющих: s(t) = 1,5 Um(t) Im(t). После окончания переходного режима, когда dIm/dt =0, ( γ 1 + β 1) = ω, p(t) = 1,5 Im2R, q(t) = 1,5 ω L Im2, s(t) = 1,5Um Im В соответствии с (4), для трехфазной нагрузки, можно определять мгновенную реактивную мощность как в установившихся, так и в переходных режимах. Этой мгновенной реактивной мощности в каждый момент времени пропорциональна определенная электромагнитная энергия, накопленная в трехфазной реактивности, а коэффициент пропорциональности равен удвоенной угловой частоте вращения изображающего вектора тока относительно неподвижной фазной оси. На рис.2, 3 представлены осциллограммы мгновенной реактивной мощности. Рис. 2. Мгновенные энергетические процессы при включении трехфазной нагрузки с cos φ = 0,2 Рис. 3. Мгновенные энергетические процессы при включении трехфазной нагрузки с cos φ = 0,8 70 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ На осциллограммах видно, что при включении нагрузки, возникает процесс обмена электромагнитной энергии между источником и потребителем, и это особенно заметно по осциллограмме мгновенной мощности, которая временами принимает отрицательные значения. В дальнейшем этот обмен прекращается, так как трехфазная реактивность заряжается, наступает установившийся режим, и мгновенная реактивная мощность своей текущей величиной определяет в каждый момент времени накопленную электромагнитную энергию в трехфазной индуктивности. Кривые на рис. 2, 3 можно получить и с помощью предположения, что потребитель подключен к источнику бесконечной мощности, ua = Um cos(ωt + γo), ub = Um cos(ωt + γo–120), uc = Um cos(ωt + γo+120). в этом случае решение (2) представляется в виде: ia = Um (cos(ωt + γo– φн) – cos(ωt( γo– φн) exp(-t/Ta)) /Zн, ib = Um (cos(ωt + γo– φн –120) – cos(ωt( γo– φн–120) exp(-t/Ta)) /Zн, ic = Um (cos(ωt + γo– φн +120) – cos(ωt( γo– φн+120) exp(-t/Ta)) /Zн, где: γo – момент случайного включения нагрузки, φн – фаза нагрузки в установившемся режиме, Zн – модуль комплексного сопротивления нагрузки, Ta – постоянная времени нагрузки. Теперь, с учетом сделанного допущения, мгновенную мощность и мгновенную реактивную мощность трехфазной нагрузки можно записать в виде: p(t) = 1,5Um2(cos φн - cos(ωt + φн) exp(-t/Ta)) /Zн, q(t) = 1,5Um2(sin φн - sin(ωt + φн) exp(-t/Ta)) /Zн. Полученные выражения позволяют заключить, что мгновенные мощности не зависят от момента времени включения трехфазной нагрузки. Из теории синхронной машины в осях d-q известно выражение для мгновенной мощности: p(t) = 1,5 (udid + uqiq), где ud, uq, id, iq – проекции изображающих векторов напряжения и тока. Мгновенную реактивную мощность также можно выразить через проекции изображающих векторов тока и напряжения на оси d-q, при этом необходимо использовать следующие, известные соотношения: ua = ud cosωt - uq sinωt, ub = ud cos(ωt –120)- uq sin(ωt –120), uc = ud cos(ωt +120) - uq sin(ωt +120), ia = id cosωt - iq sinωt, ib = id cos(ωt –120)- iq sin(ωt –120), ic = id cos(ωt +120) - iq sin(ωt +120). ua = ud cosωt - uq sinωt, ub = ud cos(ωt –120)- uq sin(ωt –120), uc = ud cos(ωt +120) - uq sin(ωt +120). Подставив эти соотношения в (4) получим: q(t) = 1,5 (uq id – ud iq) Для однофазной и трехфазной линейных цепей, рассмотренных выше, общим является определение реактивной мощности. Она определяется как взаимное произведение модулей изображающих векто- 71 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ ров тока и напряжения на синус угла между ними. В случае трехфазной нагрузки выражение (4) позволяет определить мгновенную реактивную мощность, или соответствующую ей мгновенную, накопленную электромагнитную энергию сети с помощью мгновенных фазных токов и напряжений. Можно предположить, что (4) справедливо и для случая нелинейных цепей. Также (4) позволяет сделать вывод о существовании баланса мгновенных мощностей, как в узловых точках, так и по всей цепи в целом. Баланс мгновенной реактивной мощности является условием существования реактивной мощности, по Н.А. Мельникову [6, с. 34], и по (4) он сохраняется в случае нелинейной нагрузки. Рассмотрим случай включения трехфазного выпрямителя на мощную сеть, c линиями связи, имеющими нулевые сопротивления. На рис.4 представлены осциллограммы мгновенных энергетических величин, таких как: cosφ – мгновенный коэффициент мощности или косинус мгновенного угла между изображающими векторами трехфазного тока и напряжения, определяется по соотношению мгновенной трехфазной мощности p(t) к мгновенной кажущейся мощности s(t) [1, с. 126; 3, с. 20; 4, с. 603]; sinφ – синус мгновенного угла между изображающими векторами трехфазного тока и напряжения, определяется по соотношению мгновенной реактивной мощности q(t) к мгновенной кажущейся мощности s(t) Рис. 4. Мгновенные энергетические процессы при включении трехфазного, неуправляемого выпрямителя на мощную сеть Осциллограмма мгновенной реактивной мощности имеет ‘пилообразный характер’, и симметрична относительно нуля. Этой реактивной мощности, в каждый момент времени, пропорциональна электромагнитная энергия, которую генерирует трехфазный выпрямитель в сеть, на интервалах когда q(t) < 0, и запасает, когда q(t) > 0, при этом коэффициент пропорциональности равен удвоенной мгновенной частоте вращения изображающего вектора трехфазного тока относительно неподвижной оси А, а в установившемся режиме равен удвоенной угловой частоте основной гармоники. Необходимо заметить, что в данном случае, определение средне интегральных показателей приведет к тому, что показатели ∫q(t)dt/T, ∫sinφdt/T будут равны нулю на интервале периода, а ∫ cos φdt/T не будет равен единице. Если по осциллограмме мгновенного cos φ можно судить об эффективности передачи электромагнитной энергии от источника к потребителю, то по осциллограмме мгновенного sin φ можно определять интервалы времени, когда изображающий вектор трехфазного тока забегает вперед, относительно вектора напряжения, q(t) < 0, при этом потребитель приобретает «емкостной» характер, в противоположном случае, когда q(t) > 0, потребитель приобретает «индуктивный» характер. На следующем Рис. 5 показаны те же осциллограммы, но в случае включения нелинейной нагрузки в реальную сеть. Необходимо отметить, что запись, упомянутых выше энергетических параметров, производилось в точках подключения нелинейной нагрузки к питающему кабелю. На этой осциллограмме сигнал мгновенной реактивной мощности уже несимметричен относительно нуля, как и несимметричен сигнал синуса мгновенного угла между изображающими векторами тока и напряжения. В линейных трехфазных цепях понятие накопленной электромагнитной энергии напрямую связывают с наличием в этих цепях индуктивных или емкостных элементов. Поэтому, в силу этого привычного подхода, трудно принять, что естественная коммутация диодов, может быть причиной «емкостного» 72 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ или «индуктивного» характера нелинейной нагрузки, вследствие опережающего или отстающего изображающего вектора трехфазного тока относительно изображающего вектора напряжения. Рис. 5. Мгновенные энергетические процессы при включении трехфазного, неуправляемого выпрямителя на реальную сеть. Нелинейный потребитель, на интервалах времени, когда q(t) > 0 обладает запасенной электромагнитной энергией, так как изображающий вектор тока отстает от изображающего вектора напряжения и генерирует ее, когда q(t) < 0, вследствие опережения изображающего вектора трехфазного тока относительно изображающего вектора напряжения. Таким образом, для линейной однофазной, линейной трехфазной, нелинейной трехфазной нагрузки, общим критерием для определения запасенной или генерируемой электромагнитной энергией является мгновенное положение изображающего вектора тока относительно изображающего вектора напряжения. В линейных цепях накопители электромагнитной энергии, если можно так сказать, оказывают «статическое» воздействие на положение изображающего вектора тока, а нелинейная трехфазная цепь оказывает «динамическое» воздействие. Вследствие этого, угол между изображающими векторами тока и напряжения не остается постоянным, а меняется с каждым моментом времени. Рис. 6. Осциллограммы мгновенной реактивной мощности и модуля изображающего вектора трехфазного напряжения в точке подключения нелинейной нагрузки к питающему кабелю (2) и в точке подключения питающего кабеля к распределительному щиту (1) На Рис. 6 показаны осциллограммы в различных точках подключения. Очевидно, что формы кривых мгновенной реактивной мощности и модуля изображающего вектора очень похожи друг на друга. С удалением от нелинейной нагрузки, в точке подключения питающего кабеля к распределительному щи- 73 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ ту, пульсация обоих кривых становится меньше, уменьшается коэффициент искажения кривой напряжения. Так как стабильность модуля изображающего вектора напряжения определяет качественное трехфазное напряжение [7, с. 94-97] и, учитывая зависимость модуля напряжения от амплитуды размаха мгновенной реактивной мощности, то можно утверждать, о влиянии амплитуды размаха мгновенной реактивной мощности на качество трехфазного напряжения. Увеличение амплитуды размаха однозначно сказывается на ухудшении качества трехфазного напряжения. Предлагаемое понятие мгновенной реактивной мощности трехфазного линейного или нелинейного потребителя в каждый момент времени позволяет определить мгновенную накопленную или генерируемую электромагнитную энергию, с точностью равной мгновенной угловой скорости вращения изображающего вектор трехфазного тока относительно неподвижной фазной оси. Переменная составляющая мгновенной реактивной мощности однозначно влияет на качество трехфазного напряжения, поэтому целесообразно использовать сигнал мгновенной реактивной мощности в устройствах, улучшающих качество напряжения, при наличии в сети нелинейных потребителей. Библиографический список: 1. Бондаренко А.Е. Регулирование судовых генераторных агрегатов по мгновенным значениям параметров режимов. Дисс. на соискание ученой степени к.т.н. СПбГМТУ, Санкт-Петербург, 1992. 2. ГОСТ 19880-74. Электротехника. Основные понятия. Термины и определения. М.: Издательство стандартов, 1984. 32 с. 3. Бондаренко А.Е., Вилесов Д.В. Обобщенные мгновенные значения параметров состояния трехфазных систем // ЭМС технических средств: Тезисы докладов 5-ой НТК. Санкт-Петербург, 1998. С. 20. 4. Бондаренко А.Е., Вилесов Д.В.Электромагнитные параметры состояния судовых трехфазных сетей. Сборник научных докладов. Международный симпозиум по ЭМС. Ч. 3. Санкт-Петербург: СпбГЭИ, 1993. С. 602-604. 5. Бондаренко А.Е., Вилесов Д.В. Мгновенная активная, реактивная, полная мощность, эффективность энергопотребления в трехфазных сетях // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. № 10(64), октябрь 2011. С. 94-98. 6. Мельников Н.А. Реактивная мощность в электрических сетях. М.: Энергия, 1975. 128 с. 7. Бондаренко А.Е., Вилесов Д.В. Оценка качества трехфазного напряжения по модулю изображающего вектора. Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. № 11(65). 2011. С. 94-98. БОНДАРЕНКО АЛЕКСАНДР ЕВГЕНЬЕВИЧ – кандидат технических наук, докторант СанктПетербургского морского технического университета. ЯСАКОВ ГЕННАДИЙ СЕРАФИМОВИЧ – доктор технических наук, начальник лаборатории проблем корабельных ЭЭС при ВНУЦВМФ. АСМОЛОВСКИЙ ЭДУАРД ФЕДОРОВИЧ – старший научных сотрудник, лаборатория проблем корабельных ЭЭС при ВНУЦВМФ. КРОХМАЛЬ ЭДУАРД РОМАНОВИЧ – научных сорудник, лаборатория проблем корабельных ЭЭС при ВНУЦВМФ. 74 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ А.Е. Бондаренко МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА В ОБОБЩЕННЫХ ПАРАМЕТРАХ Под обобщенными параметрами трехфазного синхронного генератора (СГ), в теории синхронной машины в осях d-q, принято понимать: изображающий вектор тока статора, изображающий вектор напряжения статора, изображающий вектор тока возбуждения, изображающие вектора потокосцепления и их модули. Добавим к этому мгновенную мощность трехфазной системы, мгновенную реактивную мощность [2], мгновенные углы между изображающими векторами и осями d-q, В данной статье термин реактивная, мгновенная мощность определяет мгновенную электромагнитную энергию, запасенную трехфазным потребителем, с коэффициентом пропорциональности равным удвоенной угловой частоте вращения. Иногда, достаточно редко, изображающий вектор называется вектором пространственной волны тока, напряжения, э.д.с, потокосцепления и т.д. Все, перечисленные выше параметры, являются мгновенными величинами в функции времени. Необходимость создания математической модели СГ в обобщенных параметрах обусловлена тем, что модули изображающих векторов тока Im и напряжения Um, мгновенная мощность p(t), мгновенная реактивная мощность q(t) достаточно просто схемотехнически определяются на практике, тем самым легко проверяется соответствие принятой модели реальному событию. Рассмотрим принятую систему координат (Рис.1). В качестве неподвижных на плоскости координат возьмем симметричные фазные оси А, В. С, сдвинутые относительно друг друга на 120 эл. градусов, в центре пересечения этих осей находиться ось ротора СГ, относительно которой ротор вращается против часовой стрелки с переменной скоростью ω(t). Вместе с ротором вращаются оси d и q, закрепленные на роторе. Между осью А и осью d отсчитывается угол γ. Также с ротором, угловая скорость вращения которого), в общем случае, не является постоянной, вращаются изображающие вектора тока Im и напряжения Um, которые меняют положение относительно осей d и q за счет изменения во времени следующих углов: B q Um θ ω(t) φ Im β ω(t) γ d C A Рис. 1. Принятая система координат и направления осей θ, φ, β, где: θ(t) – мгновенный угол между изображающим вектором напряжения и поперечной осью ротора, отчитываемый от вектора напряжения в сторону поперечной оси, так называемый внутренний угол машины, φ(t) – мгновенный угол между изображающими векторами тока и напряжения, так называемый угол нагрузки, отчитываемый от вектора тока в сторону вектора напряжения, β(t) – мгновенный угол между продольной осью и изображающим вектором тока отчитываемый от продольной оси в сторону изображающего вектора тока. 75 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Отметим, что изображающие вектора тока и напряжения, вращаясь вместе с ротором, не будучи «жестко» связанны с осями q и d, в каждый текущий момент времени определяют фазные токи и напряжения следующим образом: ua = Um cos(γ + β + φ), ub = Um cos(γ + β + φ - 120), uc = Um cos(γ + β + φ + 120), (1) ia = Im cos(γ + β ), ib = Im cos(γ + β - 120), ic = Im cos(γ + β + 120). Также примем во внимание, что для трехфазной симметричной системы всегда действуют выражения: ia + ib + ic = ua + ub + uc = Ψa + Ψb + Ψc = 0 (2) Из теории электрических машин известно, что изображающий вектор – это сумма векторов фазных статорных проекций, и он может быть записан как: Vm= (2/3)( va + vb exp120j + vc exp240j); (3) А модуль изображающего вектора может быть определен как: Vm=(Vd+ Vq)0,5 = (( v2a + v2b +v2c )2/3)0,5 (4) Где: Vd ,Vq – проекции соответствующих изображающих векторов на оси d и q. В соответствии с (3) изображающие вектора для трехфазного тока, напряжения, потокосцепления можно записать как: Im = Im expj(γ + β), Um = Um expj(γ + β + φ), p(-Ψm ) = Um expj(γ + β + φ) + rIm expj(γ + β) (5) где r – активное сопротивление статорной обмотки, Ψm – изображающий вектор потокосцепления статора, p = d / dt – оператор дифференцирования. Чтобы определить производную по времени от изображающего вектора потокосцепления определим для начала выражения для потокосцеплений фазных контуров и контура возбуждения без учета успокоительных контуров: Ψa = La ia + Mab ib + Mac ic + Maf if , Ψb = Lb ib + Mba ia + Mbc ic + Mbf if , Ψc = Lc ic + Mca ia + Mcb ib + Mcf if , Ψf = Lf if + Maf ia + Mbf ib + Mcf ic . (6) Коэффициенты взаимоиндукции фазных обмоток между собой и взаимоиндукции фазных обмоток с обмоткой возбуждения, определяются следующим образом: Mab = Mba = Mo + Mmcos (2γ – 120), Mbc = Mcb = Mo + Mm cos 2γ , Mac = Mca = Mo + Mm cos (2γ + 120), Maf = - Mf cos γ, Mbf = - Mf cos (γ – 120), Mcf = - Mf cos (γ + 120), здесь: Mo – среднее значение коэффициента взаимоиндукции фазных обмоток, Mm – максимальный значение коэффициента взаимоиндукции фазных обмоток. 76 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Mf – максимальное значение коэффициента взаимоиндукции фазной обмотки и обмотки возбуждения при совпадении магнитных осей Коэффициенты самоиндукции фаз статора La , Lb , Lc определяются следующим образом: La = Lo + Lm cos 2γ, Lb = Lo + Lm cos (2γ + 120), Lc = Lo + Lm cos (2γ - 120), гдe Lo – среднее значение коэффициента самоиндукции фазных обмоток статора, Lm – максимальный коэффициент самоиндукции фазных обмоток статора. Приведенные выше коэффициенты взаимоиндукции и самоиндукции подставим в (6) и после несложных тригонометрических преобразований полученные выражения уже подставим в (3), что позволит определить выражение для изображающего вектора потокосцепления синхронной машины [1, с. 52]: Ψm = Im ((Lo – Mo )exp(j(γ + β)) + 1,5Mm expj(γ - β)) – Mf if expjγ, или Ψm = (Lo – Mo) Im - Mf if +1,5Mm Im exp(-j2β), Ψf = Lf if - 1,5 Mf Im cos β где if = if expjγ – изображающий вектор тока возбуждения Теперь возьмем производную от изображающего вектора потокосцепления и подставим в (5), в результате получим комплексное уравнение синхронного генератора в обобщенных величинах: Um expj(γ + β + φ) + rIm expj(γ + β) = Mf if γ 1expj(γ +90) + Mf if1expjγ - I1m ((Lo – Mo)exp(j(γ +β)) +1,5Mm expj(γ - β)) - Im((Lo – Mo)(γ 1+ β 1)expj(γ + +β+90) +1,5Mm (γ 1- β 1)expj(γ – β + 90)) (7) где: γ1 – производная по времени от угла γ1 = ω I1m – производная по времени от модуля изображающего вектора тока, β1– производная угла β по времени, if 1– производная по времени тока возбуждения синхронной машины. Выражение (7) представляет собою общее, комплексное уравнение СГ, записанное в физических параметрах. Это выражение не является переходом от трехфазной машины к двухфазной, но позволяет перейти к известным уравнениям Горева-Парка. представляющим собою проекцию выражения (7) на оси d-q. . Для получения уравнений Горева-Парка, исходное уравнение (7) спроецируем на оси d и q, для чего сократим левую и правую части на exp(jγ): Umexpj(β+φ)+ rImexp(jβ) = Mf if ωexp(j 90) + Mf if1 - I1m((Lo – Mo)exp(jβ) + 1,5 Mmexpj(- β))- Im((Lo – Mo)(ω + β 1)exp[j(β+90))+1,5 Mm(ω - β 1 )expj(90-β)) Теперь учтем некоторые соотношения при определении действительной и мнимой части полученного уравнения: Um sin(β + φ) = Uq,, Um cos(β + φ) = Ud, Im sinβ = Iq , Im cosβ = Id ; (Lo – Mo) +1,5 Mm = Ld, (Lo – Mo) - 1,5 Mm = Lq , где: Ld, Lq - реактивности по продольной и поперечной оси Используя эти соотношения, получим: Um cos(β+φ) = Mf if1 - rImcosβ - I1m((Lo – Mo)cosβ + 1,5 Mm cos β) -Im ((Lo – Mo)(ω + β 1)sin(-β)) + 1,5Mm(ω - β 1)sinβ) или после преобразований Ud = -rId + Mf if1 – Id1 Ld + ω Lq Iq Um sin(β+φ) = Mf if ω - rIm sinβ - I1m((Lo – Mo)sinβ - 1,5Mm sinβ)- 77 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ - Im ((Lo – Mo)(ω + β 1)cosβ + 1,5Mm(ω - β 1 ) cosβ ) или после преобразований Uq = Mf if ω - rIq - Id Ld ω– Iq1 Lq Очевидно, что уравнения Горева-Парка являются частным случаем общего, комплексного уравнения синхронного генератора. Теперь спроецируем комплексное уравнение СГ (7) на направление вектора трехфазного тока, для этого его левую и правую часть сократим на expj(γ + β), Um expjφ + rIm = Mf if ωexpj(90 -β) + Mf if1exp(- j β) - I1m ((Lo – Mo) + +1,5Mmexpj(-2β))- Im((Lo–Mo)(ω 1 + β )expj90 +1,5Mm(ω - β 1)expj(90–2β)) Выделим мнимую и действительную часть полученного выражения: Umcosφ = Mf if ω sinβ+Mf if1сosβ – rIm – I1m ((Lo–Mo) +1,5Mmcos2β) – - 1,5Mm Im (ω - β 1)sin2β Umsinφ = Mf if ω cosβ – Mf if1sinβ – Im (Lo–Mo)( ω + β1) +1,5Mm Im(ω - β1) cos2β + 1,5Mm I1m sin2β(8) Преобразуем первое уравнение, используя известные в теории машин соотношения, приведенные выше при определении действительной и мнимой части выражения (7). В результате получим следующее: Umcosφ = Mf if ω sinβ+Mf if1сosβ – rIm – 0,5 I1m (Lq sin2β +Ld cos2β) – - 0,5 Im (Ld –Lq) (ω - β 1)sin2β (9) Умножим полученное уравнение на величину модуля изображающего вектора тока, затем преобразуем и получим выражение для мгновенной трехфазной мощности [2, с. 94], потребляемой сетью: 2/3 p(t) = Um Im cosφ = Mf if ω Im sinβ +Mf if1 Im сosβ – rI2m - 0,5ω I2m (Ld – Lq) sin2β - 0,5( Ld (I2m сos2β)1 + Lq (I2m sin2β )1 ) или 2/3 p(t) = Ud Id + Uq Iq= Mf if ω Iq +Mf if1 Id – r(I2d + I2q ) - ω Iq Id (Ld –Lq) - 0,5 (Ld(I2d )1 + Lq(I2q )1) (10) Очевидно, что электромагнитная энергия взаимодействия полей ротора и статора (первые два слагаемых в (9)) расходуется на нагрев обмоток статора (третье слагаемое), на пополнение запасенной электромагнитной энергии в статорных обмотках (пятое слагаемое), на потребление трехфазной сетью. Теперь повторим похожую процедуру для второго уравнения в (8). Um sinφ = Mf if ω cosβ – Mf if1sinβ + 0,5(Ld – Lq) I1m sin2β – - ω Im(Lq sin2β + Ld cos2β) - β1 Im(Ld sin2β + Lq cos2β). (11) Мгновенную трехфазную, реактивную мощность определим следующим образом [2, с. 95]: 2/3 q(t) = Uq Id - Ud Iq 2/3 q(t) = Um Im sinφ = Mf if ω Im cosβ – Mf if1 Im sinβ + 0,5(Ld – Lq) Im I1m sin2β – - ω I2m(Lq sin2β + Ld cos2β) - β1 I2m(Ld sin2β + Lq cos2β), или после преобразований: 2/3 q(t) =Mf if ω Id –Mf if1 Iq + Ld I1d Iq – Lq I1q Id - ω (Lq I2q + Ld I2d ) (12) Мгновенная реактивная мощность, как видно из выражения (12), это результат электромагнитного взаимодействия ротора и статора (первые два слагаемых), изменение энергии взаимодействия статорных обмоток (третье и четвертое слагаемое), мгновенная электромагнитная энергия, накопленная в статорных обмотках, умноженная на двойную угловую частоту (пятое слагаемое). Запишем теперь уравнения (9), (10), (11). (12) для установившегося режима: Um cosφ = Mf if ω sinβ– rIm - 1,5Mm Im ω sin2β, или Um cosφ = Mf if ω sinβ – rIm – 0,5 Im ω (Ld –Lq) sin2β, 78 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ 2/3 p(t) = Mf if ω Im sinβ – rI2m - 0,5ω I2m (Ld – Lq) sin2β или 2/3 p(t)= Mf if ω Iq – r(I2d + I2q ) - ω Iq Id (Ld –Lq) Um sinφ = Mf if ω cosβ – Im (Lo–Mo)ω +1,5Mm Im ω cos2β, Um sinφ = Mf if ω cosβ - ω Im(Lq sin2β + Ld cos2β). 2/3 q(t) =Mf if ω Id - ω (Lq I2q + Ld I2d ) (13) Определим теперь запасенную энергию в контурах СГ, которая определяется как половинная сумма произведений соответствующих мгновенных потокосцеплений на соответствующие токи Wэ = 0,5 (Ψa ia + Ψb ib+ Ψc ic + Ψf if ) Преобразуем это выражение, используя (6) и (1) в следующее: Wэ = 0,5 (1,5 I2m ((Lo-Mo) + 1,5Mm cos2β) - 3 Mf if Im cosβ + Lf i2f ), Wэ = 1,5(0,5Lq I2m sin2β + 0,5Ld I2m cos2β) – 1,5Mf if Id + 0,5Lf i2f , Wэ = 1,5 (0,5Lq I2q + 0,5Ld I2d ) -1,5 Mf if Id + 0,5 Lf i2f (14) Определим теперь электромагнитный момент как производную от энергии магнитных полей по углу поворота ротора Mэ = d(Wэ)/d γ Произведем дифференцирование Wэ по углу поворота ротора γ, учитывая, чтоd( I2m )/dγ = 0, d( Lf i2f )/dγ = 0, Mэ = d( Wэ )/dγ = 1,5 Mf if Im sinβ – 2,25Mm I2m sin2β Mэ = d( Wэ )/dγ = 1,5 Mf if Im sinβ – 0,75(Lq + Ld ) I2m sin2β (15) Напряжение обмотки возбуждения определим следующим образом: uf = Lf i1f -1.5 M f (I m cosβ)1 + rf if (16) Выражения (9), (11), (15), (16) являются уравнениями СГ в обобщенных параметрах. Предложенное комплексное уравнение синхронной машины в обобщенных величинах (7) не представляет собою переход от трехфазной машины к двухфазной. В частном случае это выражение позволяет перейти к известным уравнениям Горева-Парка. Для перехода к фазным величинам достаточно спроецировать изображающие вектора трехфазного напряжения и тока на фазные оси (1). Поскольку характер изменения модуля изображающего вектора напряжения определяет форму кривых мгновенных фазных напряжений [3, с. 96-103], то имеет смысл при расчетах цепей с нелинейной нагрузкой определять модули изображающих векторов тока Im и напряжения Um, мгновенные углы θ, φ, β, для последующего определения фазных напряжений uabc и токов iabc\. c помощью (1). Библиографический список: 1.Бондаренко А.Е. Регулирование судовых генераторных агрегатов по мгновенным значениям параметров режимов. Дисс. на соискание ученой степени к.т.н. Санкт-Петербург: СПбГМТУ, 1992. 186 с. 2.Бондаренко А.Е., Вилесов Д.В. Мгновенная активная, реактивная, полная мощность, эффективность энергопотребления в трехфазных сетях // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. 2011. № 10 (64). 2011. С. 94-98. 3.Бондаренко А.Е., Вилесов Д.В. Оценка качества трехфазного напряжения по модулю изображающего вектора // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. 2011. № 11 (65). С. 100-188. БОНДАРЕНКО АЛЕКСАНДР ЕВГЕНЬЕВИЧ – кандидат технических наук, докторант СанктПетербургского морского технического университета. 79 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ В.Я. Геча, А.Ю. Мильшин УЧЕТ НАСЫЩЕНИЯ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ДОЗИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА Основными элементами автоматизированных систем управления технологическими процессами, связанных с потоками жидких и газообразных сред, являются клапаны и устройства дозирования. Которые имеют обширную классификацию, так, например можно выделить дозирующие устройства с электромагнитным, гидравлическим, пневматическим, пьезоэлектрическим, электродинамическим приводом или их комбинации. Стоит отметить, что в системах, где необходимо обеспечивать высокую частоту работы привода дозирующего устройства, всё чаще стали применять приводы электромагнитного типа. Требования, предъявляемые к таким системам: - частоты срабатывания от 1 до 500 Гц; - диапазон рабочих температур, от -200 до +600°С; - рабочее давление от 0 до 250 МПа; - рабочая среда – жидкость или газ (вода, масло, кислоты, щелочи, инертные газы, воздух и др.). Вопросами проектирования электромагнитных механизмов, расчета их магнитных систем, исследования динамики различных устройств с электромагнитным приводом вибрационного или ударного действия занимались разные ученые, среди которых стоит отметить следующих отечественных авторов (А.Т. Малова, А.И. Москвитина, В.А. Повидайло, Н.П. Ряшенцева, А.И. Смелягина, А.Г. Никитенко и др.). Методы расчета, ими применяемые, относятся к цепным методам, которые можно считать традиционными для расчета электромагнитных систем. Цепные методы позволяют свести расчет магнитной системы к расчету магнитной цепи, используя для получения результата основные законы, применяемые при расчете цепей электрических (аналогия магнитного и электрического поля). Такие методы применяются достаточно успешно и по настоящее время, но при расчете дают несколько большие погрешности, чем полевые методы. Это связано с использованием упрощенной картины поля, в которой потоки немагнитного пространства, окружающие магнитопровод, разбиваются на отдельные группы, тем самым, упрощая картину линий индукции. Мы предлагаем для более точного расчета использовать при проектировании электромагнитного дозирующего устройства, метод конечных элементов, который является достаточно универсальным. Применение полевых методов расчета, в частности программы Elcut, позволяет учесть насыщение магнитной системы устройства. Так учет насыщения происходит при задании свойств материала кривой намагничивания. Свойства материала можно представить фиксированным значением проводимости, тогда магнитная система будет ненасыщенной. Рассмотрим применение программы Elcut, которая рассчитывает магнитное поле методом конечных элементов, производя численное решение уравнений Максвелла, и представляет результат решения графически (рисунок 1). При нахождении индуктивности в программе Elcut применяется энергетический подход. Задача, решаемая для примера, магнитостатическая, а модель двумерная, осесимметричная. В общем виде выражение для нахождения индуктивности выглядит следующим образом: , (1) где W – энергия магнитного поля. , (2) где Н – напряженность магнитного поля; B – вектор магнитной индукции; dV – элемент объёма. На рисунке 1 показано распределение магнитных поток в магнитной системе исследуемого электромагнита. 80 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Рис. 1. Картина поля электромагнита, распределение потока Для того, чтобы найти тяговое усилие, воспользуемся следующим выражением: (3) где интегрирование ведется по поверхности окружающей заданный объём, а n – единичный вектор внешней нормали к поверхности. Рис. 2. Изменение тягового усилия в зависимости от воздушного зазора Из рисунка 2 видно, что тяговое усилие, полученное с учетом насыщения стали, на первых 4,5 мм ниже, чем в результате расчета учета без насыщения. В то время как, результаты расчета аналитическим метод практически совпадают с результатами моделирования методом конечных элементов без учета насыщения. Для наглядности во всех расчетах был выбран материал со свойствами конструктивной стали 3. Также проводилось моделирование для других типов стали, которое показало, что тяговое усилие приближается к значениям, найденным с допущением не насыщенности магнитной системы, и имеет расхождение не более 7-10%. По результатам проделанной работы можно сформулировать следующие выводы: 1.Учет насыщения влияет на расхождение результатов расчета и моделирования, следующим образом: порядка 20% для стали 3 и порядка 7-10% для электротехнических сталей. 81 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ 2.Для предварительного расчета магнитных систем (ненасыщенных) со свободным ходом якоря допускается использовать аналитический метод. Библиографический список: 1. Ряшенцев Н.П., Тимошенко Е.М., Фролов А.В. Теория, расчет и конструирование электромагнитных машин ударного действия. Новосибирск: Наука Сиб. отделение, 1970. 260 с. 2. Никитенко А.Г. Электромагнитные механизмы. Анализ и синтез. М.: Высш. шк., 1998. 330 с. 3. Никитенко А.Г., Щербаков В.Г., Лобов Б.Н., Лобанова Л.С. Математическое моделирование и автоматизация проектирования тяговых электрических аппаратов. М.: Высш. шк., 1996. 530 с. ГЕЧА ВЛАДИМИР ЯКОВЛЕВИЧ – доктор технических наук, заведующий кафедрой «Электромеханика», Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт». МИЛЬШИН АЛЕКСЕЙ ЮРЬЕВИЧ – аспирант, Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт». 82 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Д.И. Иванченко, О.Б. Шонин ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ НА ОСНОВЕ ПРОЦЕНТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЛЯ ТОКОВ ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ Силовые трансформаторы главных понизительных подстанций являются важным звеном систем электроснабжения горных предприятий, в значительной мере предопределяющим надежность и непрерывность технологического процесса. Анализ статистических данных по аварийным режимам трансформаторов показывает, что эксплуатируемые на подстанциях системы релейной защиты не в полной мере удовлетворяют требованиям надежного и бесперебойного электроснабжения предприятий. Так, из статистических данных энергетической компании ЕЭС России за 2009 год [1] следует, что при обследовании 9302 трансформаторов напряжением до 110 кВ было зафиксировано 542 аварии. Причем, в 320 случаях выход трансформаторов из строя был вызван короткими замыканиями в обмотках. По другим данным [2] за один год имело место 168 отказов защиты 3020 трансформаторов напряжением 35-110 кВ. В результате не предотвращенных аварий трансформаторы выходили из строя в среднем на 27 суток. Приведенные данные показывают, что для снижения ущерба от не предотвращенных аварий силовых трансформаторов и их ложных отключений требуется разработка и применение релейных защит с высокими показателями чувствительности, селективности и быстродействия. Наиболее распространенным типом дифференциальных релейных защит силовых трансформаторов главных понизительных подстанций предприятий в настоящее время является цифровая релейная защита на основе процентной характеристики срабатывания, использующей дифференциальные токовые органы с торможением. Указанные типы защит имеют, однако, ограничения по показателям чувствительности, селективности и быстродействия. Работа посвящена анализу работы таких защит и их сравнению с дифференциальной релейной защитой на базе тормозных характеристик для токов обратной последовательности. Входными сигналами устройств дифференциальной защиты являются векторы трехфазных токов i1 = [i1a, i1b, i1c]T и i2 = [i2a, i1b, i1c]T измерительных трансформаторов тока ТТ 1 и ТТ2 с коэффициентами трансформации KTT1 и KTT2, установленных на входных и выходных зажимах силового трансформатора (рис. 1). Токи i1 и i2 отличаются по амплитуде и фазе в зависимости от группы и параметров трансформаторов. Для правильной работы дифференциальной защиты ток i2 преобразуется в ток i2 , исходя из условия, что при нормальных условиях функционирования защищаемого объекта и внешних коротких замыканиях дифференциальный ток равен нулю id i1 i2 0 . i2 i1 i2 Рис. 1. Схема включения дифференциальной защиты При работе на нагрузку и возникновении внешних коротких замыканий обеспечить полный баланс токов реле id 0 не удается. Это приводит к возникновению тока небаланса inb, способного вызвать ложные срабатывания защиты. Ток небаланса имеет несколько составляющих, которые обусловлены погрешностью ТТ, изменением коэффициента трансформации силового трансформатора в режиме регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), неточностью амплитудной и фазовой компенсации токов i1 83 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ и i2 , током намагничивания силового трансформатора, изменяющего расчетные соотношения между токами первичной и вторичной обмоток. В нормальном режиме ток намагничивания составляет 1-5% от номинального значения, при увеличении напряжения на трансформаторе ток намагничивания резко возрастает, а в случае внешних коротких замыканий этот ток уменьшается. Чтобы исключить ложные срабатывания, вводят отстройку от токов небаланса путем наложения условия I d I s min , где I d – модуль вектора дифференциального тока id , Is min – порог срабатывания, превышающий модуль тока небаланса. В зависимости от типа реле порог чувствительности составляет 20-30% от номинального значения тока силового трансформатора. Наибольший вклад в ток небаланса вносит погрешность ТТ, которая зависит от контролируемого тока. Погрешность ТТ и ток небаланса возрастают при действии токов короткого замыкания, вызывающих насыщение ТТ. Чтобы исключить ложные срабатывания в этом случае, уставка срабатывания реле должна зависеть от тока, протекающего через трансформатор. Это достигается с помощью тормозной характеристики I s f ( I r ) , представляющей собой зависимость уставки срабатывания I s от тормозного тока I r , пропорционального сквозному току силового трансформатора. Эта зависимость в виде кусочнолинейной функции имеет в общем случае несколько точек излома с разными угловыми коэффициентами прямых (рис. 3А). Методика расчета параметров процентной характеристики для конкретного типа реле указывается производителем [3]. Сравнительно большое значение порога срабатывания I s min , определяющего горизонтальную часть процентной характеристикой I s f ( I r ) , не позволяет обнаружить начальную стадию развития авария, которая начинается в большинстве случаев с короткого замыкания незначительного числа витков и сопровождается незначительными приращениями токов первичной и вторичной обмоток. В ряде случаев серьезные повреждения трансформатора имеют место и при относительно малых значениях дифференциального тока, не превышающих порога срабатывания реле I d I s min . Одним из способов повышения чувствительности реле является преобразование исходных сигналов тока i1 и i2 с целью выделения наиболее чувствительных к межвитковым замыканиям составляющих. К таким преобразованиям относится обобщенный метод симметричных составляющих, dq0преобразование, вейвлет-преобразования и др. [4]. T Система несимметричных трехфазных токов i(t)=[ia(t),ib(t),ic(t)] раскладывается на симмет+ 0 ричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовательности i (t), i (t) и i (t) с помощью преобразования: 2 i (t ) 1 a a ia (t ) 1 2 i (t ) 1 a a ib (t ) , i 0 (t ) 3 1 1 1 i (t ) c (1) j1200 где a e , a e Для разложения несинусоидальных и несимметричных токов на симметричные составляющие может быть использовано оконное преобразование Фурье с последующим определением амплитуд и фаз симметричных составляющих для каждой из гармоник. Также возможно применение метода расчета, заключающегося в выделении основной гармоники фазных токов c частотой 1 фильтром низких частот H1 (s) 414 /(1 s) 4 и реализации формулы (1) с помощью преобразователя угла сдвига фаз с коэффициентом передачи H 2 (s) 0,5 k1 (1 s / 1 ) /(1 s / 1 ) . j1200 2 В зависимости от знака коэффициента k1 3 / 2 преобразователь обеспечивает на частоте 1 опережающий или отстающий угол сдвига фаз 1200 . Структурная схема получения токов обратной последовательности показана на рис. 2. 84 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Рис. 2. Cхема получения токов обратной последовательности В качестве характеристики I d дифференциального тока обратной последовательности id исполь- зовалось среднеквадратичное значение (RMS) разности тока обратной последовательности первичной обмотки i1 и тока приведенной вторичной обмотки трансформатора i2 : I d RMS i1 i2 / I n Тормозной ток формируется как среднеарифметическая величина от действующих значений токов обратной последовательности первичной и приведенной вторичной обмоток: I r [ RMS (i1 ) RMS (i2 )] /( 2 I n ) Величины I d и I r нормируются относительно номинального тока трансформатора I n . Ток уставки срабатывания I s f ( I r ) задается кусочно-линейной функцией: I s ( I r ) I smin K s ( I r I r1 ) 1 ( I r I r1 ) , где I smin 0,05 – пороговое значение чувствительности, K s 0,2 – угловой коэффициент, I r1 1 – координата точки излома, 1 – единичная ступенчатая функция. Принятое значение чувствительности I smin вытекает из результатов моделирования, которые по- казали, что использование в качестве информативных параметров характеристик токов обратной последовательности дает значительно меньшее значение тока небаланса по сравнению с дифференциальными реле, использующими полные токи обмоток. Произведем сравнительную оценку параметров дифференциальных защит на базе процентных характеристик для полных токов и для токов обратной последовательности с помощью компьютерной модели распределительной сети, силового трансформатора 35/6 кВ, 5,6 МВА и блоков релейной защиты, построенной в среде SimPower System Simulink Matlab. Работа релейных защит на базе полных токов и токов обратной последовательности иллюстрируется диаграммами, представленными на рис. 3. На диаграммах представлены траектории рабочих точек I d (t ) f 2 ( I r (t )) . Зависимость уставки I s от тормозного тока I r делит плоскость I d , I r на область срабатывания I d (t ) I s и область несрабатывания I d (t ) I s . реле I d (t ) f1 ( I r (t )) и Из сравнения графиков видно, что срабатывание дифференциального реле на базе токов обратной последовательности происходит при коротком замыкании 3% витков вторичной обмотки. При этом в базовом варианте число замкнутых витков, вызывающее срабатывание реле, составляет не менее 7%. Это свидетельствует о преимуществе дифференциальной защиты на базе токов обратной последовательности 85 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ по сравнению с защитой, использующей полные токи первичной и вторичной обмоток силового трансформатора. а) Id область срабатывания 7% I s min б) 7% I d область срабатывания 5% 5% 3% 3% I smin Ir I r Рис. 3. Характеристики дифференциальной защиты для полных токов (а) и токов обратной последовательности (б) при коротком замыкании 3, 5 и 7% витков вторичной обмотки Защита на основе токов обратной последовательности может быть реализована на базе программно-аппаратных средств характерных для цифровых дифференциальных защит с процентной характеристикой. Устройства защиты на базе рассмотренного алгоритма могут быть использованы как для замены базовых устройств релейной защиты, так и в качестве дополнения к ним для определения начальной стадии развития межвитковых замыканий. Библиографический список: 1. Релейная защита и автоматика энергосистем: Сборник докладов XX конференции. М.: Научно-инженерное информационное агентство, 2010. 2. IEEE Guide for Protecting Power Transformers (IEEE Standard C37.91 – 2008): New York, USA, 2008. 3. Циглер Г.. Цифровые устройства дифференциальной защиты. Принципы и область применения. М., Энергоиздат, 2005. 4. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. М.: Энергоатомиздат, 2007. ИВАНЧЕНКО ДАНИИЛ ИВАНОВИЧ – аспирант кафедры электротехники, электроэнергетики и электромеханики, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». ШОНИН ОЛЕГ БОРИСОВИЧ – доктор технических наук, профессор кафедры электротехники, электроэнергетики и электромеханики, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». 86 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ В.С. Пронько, О.Б. Шонин ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В СТАЦИОНАРНЫХ УСТАНОВКАХ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ НА ОСНОВЕ ЭКСТРЕМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ Значительная часть электрической энергии, потребляемой горными предприятиями, приходится на привод стационарных установок: вентиляторов и насосных станций. Эта доля достигает 50÷60% от общего потребления электрической энергии. В зависимости от нужд предприятия требуемая производительность данного оборудования может колебаться в значительных пределах. Энергосбережение может быть достигнуто снижением потерь в различных сечениях потока энергии в системе «распределительная сеть 6/10 кВ – электропривод – приводной механизм». Механическая нагрузка двигателя изменяется в соответствии с вентиляторной характеристикой, для которой момент на валу пропорционален квадрату частоты вращения M M 0 0 2 . При вентиляторной характеристике механической нагрузки частотное управление двигателем осуществляется по закону U/f 2 = const. Параметры закона U и f задаются амплитудой и частотой модулирующего сигнала ШИМ инвертора. Работа посвящена анализу потерь энергии в системе «преобразователь частоты – асинхронный двигатель» и исследованию работы алгоритма поиска оптимального режима по критерию минимума потерь при скалярном частотном управлении асинхронным двигателем. Основными составляющими потерь в приводе являются статические и динамические потери в инверторе, потери в омическом сопротивлении обмоток двигателя, потери в стали, состоящими из потерь на вихревые токи и гистерезис с учетом дополнительных потерь, механические потери на трение и привод вентилятора воздушного охлаждения двигателя [1] . Потери сложным образом зависят от переменных привода. При снижении потока ψm потери в инверторе и меди растут, а потери в стали уменьшаются так, что при оптимальном значении потока общие потери принимают минимальное значение. Для любой рабочей точки привода M=f(ω) можно найти оптимальное значение потока или отношение напряжения к частоте U/f, которое с одной стороны обеспечивает требуемый режим привода, а с другой минимизирует потери. Для обеспечения оптимального режима используются несколько методов и их модификаций [2]. В одном из методов оптимальное значение потока вычисляется на основе измеренных переменных привода и модели потерь, заложенной в память микропроцессорного устройства. Этот метод требует использования уточненной модели потерь, которая учитывает многие факторы, включая нелинейный характер намагничивания, зависимость параметров от температуры и др. Для учета этих факторов, изменяющихся в процессе работы двигателя, в системе управления используют адаптивный наблюдатель параметров двигателя. Рис.1. Реализация итерационного метода поиска экстремума функции потерь в приводе 87 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ В методе итерационного поиска экстремума функции потерь, реализация которого показана на рисунке 1, контроллер системы управления измеряет входную мощность привода через равные интервалы времени и ищет значение потока, при котором измеренная мощность будет минимальной для данной рабочей точки привода, определяемой скоростью и моментом. Простейший алгоритм поиска может быть представлен формулой: 1, Pi 0 (i 1) (i) k , k 1, Pi 0 где Δψi и ΔPi – приращение потока/мощности на i-ом шаге поиска. Система управления приводом содержит контур регулирования скорости и контур регулирования напряжения. Поддержание заданной скорости привода ωз осуществляется ПИ-регулятором путем изменения частоты модулирующего сигнала ШИМ инвертора по сигналу ошибки Δω=(ωзω), где ω – скорость двигателя, измеренная датчиком скорости (ДС). Регулятор напряжения сравнивает измеренное датчиком мощности (ДМ) значение входной мощности привода со значением, полученным на предыдущем шаге. Новое значение амплитуды напряжения двигателя определяется с учетом знака результата сравнения мощностей. Моделирование системы скалярного управления приводом на основе метода поиска экстремума функции потерь производилось в среде MATLAB/Simulink. Для учета нелинейности магнитной цепи и потерь в стали модель асинхронного двигателя представлена структурной схемой решения системы уравнений двигателя относительно обобщенных векторов [3] с учетом соотношений для ветви намагничивания, образованной нелинейной индуктивностью Lm(m) и сопротивлением Rm, символизирующим потери в стали: m = Lm(m)·im, dm/dt =irm·Rm, ie= im+ irm где im – ток намагничивания, irm – ток ветви с активным сопротивлением Rm, ie – ток возбуждения магнитной цепи. Решение получено для системы уравнений, записанных в неподвижной системе координат. Рассматривался прототип привода мощностью 315 кВт и напряжением 660 В с параметрами двигателя: R1 = 0,012 Ом, R2 = 0,014 Ом, L1σ = 3,1·10-4 Гн, L2σ = 3,4·10-4 Гн, Rm = 280 Ом, Lm = 0,018 Гн. Поиск экстремума в соответствии с представленным выше алгоритмом осуществлялся для различных значений частоты вращения в диапазоне ω = (0,4÷1)·ω0. Иллюстрация работы метода поиска при ω = 0,8ω0 представлена на рис. 2. Изменение потокосцепления на величину m = 0,05ψm ном. осуществлялось с шагом t = 2 с, который выбран из условия завершения переходного процесса, вызванного приращением напряжения предыдущего шага. Рис. 2. Поиск оптимального значения потокосцепления 88 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ На рис. 3 представлены зависимости суммарных потерь ΔP от потокосцепления намагничивающего контура m для различных рабочих частот привода ω=(0.4÷1)·ω0. На том же рисунке пунктиром показано изменение потерь при законе управления U/f 2 = const (кривая 1) и при оптимальном законе, обеспечивающим минимум функции потерь (кривая 2),. Из сопоставления графиков (1) и (2) видно, что в рассматриваемой области частотного регулирования привода потери при оптимальном управлении все2 гда меньше потерь при управлении по закону U/f = const. Следовательно, за счет уменьшения потокосцепления можно добиться заметного снижения потерь для каждой рабочей точки привода. Оценки показывают, что применение экстремального управления путем поиска экстремума функции потерь по2 зволяет снизить потери в приводе на 15% по сравнению с законом управления U/f = const. ΔP,о.е. 1 ω0 0,9ω 2 0 0,8ω 0 0,6ω 0 0,4ω 0 ψm , о.е. Рис. 3. Изменение потерь в приводе при снижении потокосцепления Полученные результаты позволяют сделать вывод, что преимущество рассмотренного в работе метода снижения потерь состоит в следующем: поскольку датчик мощности, установленный в точке питания привода, отражает динамику изменения суммарной мощности, то применение метода поиска экстремума позволяет минимизировать потери, как в инверторе, так и двигателе; вследствие более плавной формы кривых тока и напряжения на входе инвертора по сравнению с соответствующими величинами на входе двигателя точность измерения мощности выше по сравнению со случаем установки датчика непосредственно на входе двигателя; итерационный метод поиска минимума функции потерь не критичен к изменению параметров двигателя вследствие нагрева и других причин в отличие от метода, основанного на вычислении параметров оптимального режима в соответствии с моделью потерь в двигателе. Применение частотно-регулируемого электропривода ВГП в сочетании с рассмотренным методом энергосбережения позволит снизить энергопотребление вентиляционного оборудования и дать значительный экономический эффект. Библиографический список: 1.Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Поляков В.Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод. М.: Академия, 2004. 256 с. 2.Thanga Raj, C., Srivastava, S.P. and Pramod Agarwal. Energy Efficient Control of Three-Phase Induction Motor A Review // International Journal of Computer and Electrical Engineering, vol. 1. 2009. № 1. 3.Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. М.: Академия, 2006. 272 с. ПРОНЬКО ВЛАДИМИР СЕРГЕЕВИЧ – аспирант кафедры электротехники, электроэнергетики и электромеханики, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». ШОНИН ОЛЕГ БОРИСОВИЧ – доктор технических наук, профессор кафедры электротехники, электроэнергетики и электромеханики, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». 89 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Г.И. Однокопылов, А.Д. Брагин МОДЕЛЬ В СРЕДЕ MATLAB SIMULINK ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА В АВАРИЙНОМ ДВУХФАЗНОМ РЕЖИМЕ РАБОТЫ Для электроприводов в составе опасных производственных объектов: ядерные, военные, химические, строительные, металлургические, транспортные, в том числе трубопроводный транспорт – целесообразно применение отказоустойчивого управления с обеспечением свойства «живучести». Аварийный выход из строя таких электроприводов может привести к нарушению безопасной эксплуатации оборудования с риском для персонала с большими экономическими потерями. На рис. 1 изображена функциональная схема частотно-регулируемого асинхронного электропривода с обеспечением свойства живучести при аварийном отключении одной из фаз двигателя или преобразователя частоты. L1 ЗЭ1 ЗЭ3 FU1 VD7 FU5 VD11 VT5 VT3 VT1 VD1 VD3 VD5 ЗЭ5 FU3 VD9 C1 AD A B C ПЯ а ПЯ b ПЯ с C2 VD2 VD4 VD6 VT2 VT4 VT6 VD8 FU2 L2 VD12 VD10 FU4 ЗЭ2 ЗЭ4 FU6 VT1...VT6 ЗЭ1...ЗЭ6 Микроконтроллер Управление ω IА IВ IС a ωзад ЗЭ6 b Диагностика c Датчики тока Датчики скорости Рис. 1. Функциональная схема асинхронного электропривода со свойством живучести. Для организации аварийного двухфазного режима работы трехфазного АД в случае обрыва одной из фаз необходимо обеспечить равенство амплитудных значений токов в двух оставшихся фазах и обеспечить угол временного сдвига токов обмоток трехфазной электрической машины 3 . Эти два условия определяют сохранение кругового вращающегося магнитного поля в двухфазном режиме. Алгоритм восстановления работоспособности [1, 2] при отказе в одной из фаз обеспечивается микроконтроллером формирующим задания на фазные токи. Модель [3] выполнена с использованием среды программирования Delphi и позволяет исследовать аварийный двухфазный режим с различными алгоритмами восстановления работоспособности, но с программной средой Matlab Simulink не совместима. На рис. 2 приведена имитационная модель асинхронного электропривода среде Matlab Simulink позволяющая исследовать аварийный двухфазный режим трехфазного асинхронного электропривода. 90 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Рис. 2. Структурная схема асинхронного электропривода в Matlab Simulin Для моделирования был выбран двигатель MTF 311-6. Модель электропривода (рис. 2) включает в себя блок задания амплитуды и фазового сдвига векторов тока (ЗА), блок ПИ-регулятора тока (ПИ), асинхронный двигатель (АД), блок управления (БУ), формирующий сигнал обрыва фазы, а также измерительный блок, с помощью которого снимаются токи статора и ротора, электромагнитный момент и частота вращения вала АД. На рис. 3 и 4 приведены результаты подтверждающие адекватность разработанной модели. Рис. 3. Сравнение работы моделей АД для одинаковых частот вращения ω1 для модели из библиотеки SimPowerSistems и ω2 для разработанной модели в трехфазном режиме работы 91 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ ω , рад/с ω2 ω1 t, c Рис. 4. Сравнение работы моделей АД для одинаковых частот вращения ω 1 из модели в среде Delfi и ω2 для разработанной модели в аварийном двухфазном режиме работы. ω , рад/с 100 50 t,с 0 I, A 3 3.02 3.04 3.06 3.08 3.1 3.12 3.14 3.16 3.18 50 t,с 0 -50 3 3.02 3.04 3.06 3.08 3.1 3.12 3.14 3.16 3.18 Рис. 5. Временные диаграммы перехода АД из трехфазного режима в двухфазный при обрыве фазы А На рис. 5 приведены временные диаграммы процесса переключения АД из рабочего трехфазного режима в аварийный двухфазный при обрыве фазы А без применения алгоритма восстановления и рис. 6 с активизированным алгоритмом восстановления работоспособности илюстрирующие возможности применения разработанной имитационной модели. 92 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ ω , рад/с 100 50 t,с 0 I, A 50 t,с 0 -50 3 3.05 3.1 3.15 3.2 3.25 3.3 3.35 3.4 3.45 3.5 Рис. 6. Временные диаграммы перехода АД из трехфазного режима в двухфазный при обрыве фазы А с активизированным алгоритмом восстановления Из приведенных на рис. 5, 6 временных диаграмм переходных процессов, происходящий в АД при переходе в аварийный двухфазный режим работы видно, что при использовании алгоритма восстановления при номинальной нагрузке двигатель продолжит работу, но с меньшей скоростью вращения, составляющей 30% от номинальной. Время переходного процесса составляет 0,14 секунды. Можно заключить, что результаты моделирования разработанной модели совпадают с результатами, полученными на моделях, из библиотеки MutlabSimulink в трехфазном режиме и разработанной в среде Delphi[1] в аварийном двухфазном режиме, что подтверждает адекватность разработанной имитационной модели. Разработанная имитационная модель трехфазного АД позволяет производить исследование аварийного двухфазного режима работы АД, рассматривать различные алгоритмы восстановления работоспособности их влияние на работу асинхронного двигателя. Библиографический список: 1.Патент РФ на изобретение № 2326480, МПК Н02H 7/09, Н02H 7/12, Способ управления и обеспечения живучести трёхфазного асинхронного двигателя / Г.И. Однокопылов, И.Г. Однокопылов. № 2007112527; заявлено 04.04.2007 г.; опубл. 10.06.2008 г. Бюл. №16. 2.Однокопылов Г.И., Однокопылов И.Г. Обеспечение живучести электродвигателей переменного тока: Монография. Томск: Изд-во ТПУ, 2005. 187 c. 3.Свидетельство РФ о регистрации программы для ЭВМ №2005612119 «Программа расчета переходных процессов асинхронного двигателя с электромагнитным тормозным устройством». ОДНОКОПЫЛОВ ГЕОРГИЙ ИВАНОВИЧ – докторант, Томский политехнический университет. БРАГИН АЛЕКСАНДР ДМИТРИЕВИЧ – студент, Томский политехнический университет. 93 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ М.С. Сайкин, Д.Ю. Морозова МОДЕЛИРОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ МАГНИТОЖИДКОСТНОГО ДАТЧИКА УГЛА НАКЛОНА С ПОДВИЖНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ Для контроля параметров управления системами автоматического регулирования в технике применяются различные типы датчиков. Датчики различаются по принципу действия, назначению, эксплуатационным параметрам, однако все они служат для преобразования входного воздействия любой физической величины в сигнал, удобный для дальнейшего использования. Представляет интерес изучение датчиков, в которых используется магнитная жидкость (МЖ). Магнитожидкостные датчики (МЖД) можно разделить на два основных типа. В простейших датчиках МЖ используется в качестве рабочего тела помещённого в замкнутом цилиндрическом объёме. В другом типе МЖД используется свойство левитации постоянного магнита, помещённого в МЖ. Такие датчики обладают большим быстродействием и чувствительностью, по сравнению с датчиками, внутренний объём которых заполнен только МЖ (рис. 1). Рис. 1. Конструкция магнитожидкостного датчика с дисковыми постоянными магнитами Основным узлом датчика является подвижный элемент, чувствительный к углу наклона, который состоит из стального сердечника 1 и двух постоянных магнитов 2 подвешенных в МЖ 3 внутри немагнитного корпуса 4. МЖ обеспечивает устойчивый подвес подвижного элемента и гидродинамический режим трения в зазоре, что позволяет ему перемещаться вдоль корпуса с малым коэффициентом трения [2]. При наклоне датчика, происходит смещение подвижного элемента. При этом, осевая составляющая силы тяжести уравновешивается силой отталкивания со стороны магнитов 5, установленных внутри крышек 6, которые имеют возможность перемещения вдоль корпуса. Это позволяет регулировать диапазон измерения углов наклона датчика. Перемещение подвижного элемента фиксируется с помощью дифференциальнотрансформаторной схемы 7. На выходе датчика появляется сигнал пропорциональный углу наклона. Для уменьшения газодинамического сопротивления при движении подвижного элемента внутри корпуса выполнены отверстия 8. 4 1 5 NS SN 4 NS SN 6 3 2 7 2 3 Рис. 2. Конструкция магнитожидкостного датчика с кольцевыми постоянными магнитами 94 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ С целью повышения быстродействия датчика, за счёт уменьшения сопротивления движению подвижного элемента и расширения его функциональных возможностей, предложена конструкция (рис. 2). В корпусе 1, изготовленном в виде полой цилиндрической трубки, из немагнитопроводного материала, по обеим сторонам расположены две измерительных обмотки 2 и две торцевые крышки 3 с отверстиями, в которых установлены центрирующие кольцевые постоянные магниты 4. Внутри корпуса находится подвижный элемент, состоящий из двух кольцевых постоянных магнитов 5, между внутренними торцевыми поверхностями которых закреплена магнитопроводная втулка 6 со сквозным отверстием. Центрирующие кольцевые магниты 4 направлены одноименными полюсами к кольцевым постоянным магнитам 5 подвижного элемента. В цилиндрическом зазоре, образованном кольцевыми постоянными магнитами 5 и внутренней поверхностью корпуса 1, находится МЖ 7 [3]. В качестве постоянных магнитов используются магниты в форме колец. В магнитопроводной втулке 6 и торцевых крышках 3 выполнены сквозные отверстия. Это позволяет повысить быстродействие работы МЖД угла наклона и его чувствительность за счёт отсутствия перепада давлений, действующего на подвижный элемент. Перемещения торцевых крышек 3 вдоль корпуса датчика 1 позволяет регулировать диапазон измеряемых углов датчика за счёт изменения расстояния между обращёнными друг к другу центрирующими магнитами 4 и магнитами подвижного элемента 5. Диапазон измеряемых углов МЖД увеличивается при уменьшении расстояния между постоянными магнитами подвижного элемента 5, 6 и центрирующими магнитами 4, а чувствительность измерений повышается с увеличением этого расстояния. В работе проведёно сравнение двух конструкций МЖД по величине магнитной индукции по оси симметрии МЖД между обращёнными друг к другу одноименными полюсами магнитов подвижного элемента и центрирующими магнитами, установленными внутри крышек. Исследования проводились в интегрированной среде ELCUT. В качестве магнитов рассматривались «закритические» магниты с величиной остаточной индукции Bк = 0,77 Тл и коэрцитивной силы Нс -540 кА/м. Величина наружного диаметра магнита составляла 8, 10 и 12 мм, для обоих типов магнитов, а величина внутреннего отверстия для кольцевых магнитов была равна: 3,2; 4.0; 4,8 мм. Отношение расстояния между магнитами l к диаметру D изменялось в диапазоне от 0,2 до 1,8 с шагом 0,2. При этих исходных данных определялась величина магнитной индукции. На рис. 3 (а, б, в) представлены расчётные зависимости величины магнитной индукции на оси симметрии МЖД от величины l/D, при этом зависимости 1 соответствуют дисковым, а 2 кольцевым магнитам. 0,3 0,25 0,25 0,2 В, Тл В, Тл 0,2 0,15 1 0,1 0,15 1 0,1 2 2 0,05 0,05 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 0,2 0,4 0,6 0,8 l/D 1 1,2 1,4 1,6 1,8 l/D а) D = 8 мм. d = 3,2 мм б) D = 10 мм, d = 4 мм 0,25 В, Тл 0,2 0,15 1 0,1 2 0,05 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 l/D в) D = 12 мм. d = 4,8 мм Рис. 3. Зависимость магнитной индукции на оси датчика от расстояния между магнитами при различных значениях D и d Из полученных графиков можно сделать вывод, что при использовании в МЖД дисковых магнитов зависимости B=f(l/D) имеют более выраженный линейный характер выходного сигнала от угла наклона во всём диапазоне отношений l/D, чем при кольцевых магнитах. Применение кольцевых магнитов 95 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ в МЖД позволяет получить зависимости B=f(l/D), состоящие из двух различных характерных участков с выраженной границей изменения чувствительности МЖД в диапазоне l/D=0,8-1,2. Уменьшение диаметра внутреннего отверстия кольцевого магнита приводит к линеаризации полученных зависимостей. Характер полученной зависимости практически совпадает с характеристиками для первого случая. Библиографический список: 1.Бойко Н.Г., Касаткин С.А., Клюнин А.В. Магнитожидкостные датчики угла наклона, давления, ускорения // Механизация и автоматизация. 1990. № 4. С. 14. 2.Михалёв Ю.О., Сабуров И.Е. Исследование подвеса чувствительного элемента магнитожидкостного датчика угла наклона // Механика и физика фрикционного контакта: Межвуз. сб. науч. тр. Тверь, 2001. С.70-75. 3.Сайкин М.С., Морозова Д.Ю. Магнитожидкостное устройство для определения угла наклона. Патент на полезную модель, Российская Федерация № 113349, МКИ G01C 9/00, Приоритет от 18.10.2011, опубл. 10.02.2012, Бюл. № 4. САЙКИН МИХАИЛ СЕРГЕЕВИЧ – доцент кафедры ТОЭЭ, Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина. МОРОЗОВА ДАРЬЯ ЮРЬЕВНА – студент электроэнергетического факультета, Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина. 96 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ С.Ф. Четвериков, В.Ф. Осинин, Т.С. Жучкова К ВОПРОСУ О ВЫБОРЕ МЕТОДА ЧИСЛЕННОГО ИНТЕГРИРОВАНИЯ ПРИ РАСЧЕТЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ МОМЕНТОВ ОГИБАЮЩЕЙ АТМОСФЕРНОГО ОНЧ-РАДИОШУМА Возникающие в результате грозовых разрядов электромагнитные импульсы могут вызывать искажения в электрических сетях, ошибочные переключения при передаче сигнала при импульсно-кодовой модуляции и в микропроцессорных системах управления. Для защиты от такого рода воздействий необходимо правильно оценить возможные нарушения, для чего требуется знание мощности и количества приходящих грозовых импульсов. Однако для этого обычно используются данные, опирающиеся на среднегодовое количество ударов молний в рассматриваемой местности, что не позволяет учитывать постоянно меняющуюся грозовую активность. Поэтому задача разработки и создания информационноизмерительной системы контроля пауз между выбросами огибающей поля естественных ОНЧрадиошумов, является крайне актуальной и требует глубоких экспериментальных и теоретических исследований [1]. Информационно-измерительная система контроля потока выбросов поля атмосферного радиошума показана на рис. 1. Система состоит из четырех основных блоков: 1. Входной измерительный блок. Он включает в себя: вертикальную штыревую ненастроенную электрическую антенну с геометрической длиной пять метров над радиальным заземлением, которая позволяет регистрировать вертикальную электрическую компоненту Е Z электромагнитного поля в зоне регистрации; реле, переключающее антенну и калибровочный генератор; антенный усилитель пропускает полосу частот от 3 до 30 кГц и имеет коэффициент усиления в этой полосе равный двум. В режиме калибровки системы сигнал от генератора нормального шума через эквивалент антенны поступает на вход антенного усилителя приемного устройства. 2. Приемно-регистрирующий блок. Он состоит из: узкополосного приемника с диапазоном рабочих частот 2150 кГц и набором эффективных полос пропускания от 10 до 3000 Гц; низкочастотного фильтра для выделения огибающей узкополосного процесса; из многоканального регистратора с динамическим диапазоном измеряемых напряжений порядка 80 дБ. 3. Блок калибровки и настройки содержит генератор нормального шума с эффективной полосой генерации 50 кГц и коммутирующее устройство. 4. Блоком обработки информации и управления экспериментом является ЭВМ. Рис. 1. Структурно-функциональная блок схема информационно-измерительного комплекса Предложенная система соответствует всем требованиям Международного консультативного комитета по радиосвязи (МККР), что необходимо для сравнения собственных измеренных данных с данными отчета МККР №322 [2]. 97 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Рис. 2. Распределений вероятностей выбросов атмосферного шума в большом динамическом диапазоне Поскольку значения функции P(E>E0) определяются экспериментально Идея работы состоит в использовании и развитии математических методов для описания узкополосного случайного процесса – атмосферного радиошума на основе анализа распределений вероятностей P(E>E0) (рис. 2) выбросов огибающей напряженности поля, измеренных в большом динамическом диапазоне. на ряде пороговых дискретных уровней и нет аналитического выражения для P(E>E0), то вычисление статистических моментов Еср.и Еср.кв. необходимо находить приближенными численными методами интегрирования. В работе рассматривается два метода численного интегрирования: трапеций и парабол (Симпсона). Если отрезок [a,b] разбивается узлами интегрирования и каждом из элементарных отрезков применяется формула трапеций, суммирование даст значение исходного интеграла [3] b N 1 f ( x)dx a i 0 f ( xi ) f ( xi 1 ) ( xi 1 xi ) 2 (1) Для более точного вычисления интеграла, интервал [a,b] разбивают на N отрезков одинаковой длины и применяют формулу Симпсона [3] на каждом из них. Значение исходного интеграла является суммой результатов интегрирования на всех отрезках. Формулу можно записать используя только известные значения функции, т.е. значения в узлах: b a f ( x)dx h N 1 ( f ( xk 1 ) 4 f ( xk ) f ( xk 1 )) 3 k 1.2 (2) где k=1,2 означает, что индекс меняется от единицы с шагом, равным двум; h – величина шага; xk – узлы интегрирования, границы элементарных отрезков, на которых применяется формула Симпсона [3]. Проведенные измерения показали, что результаты, рассчитанные по данным методам, отличаются на две десятых условных единиц, что являлось бы существенным, если измерительная аппаратура соответствовала по классу точности методу Симпсона. В нашем случае вычисление статистических моментов Еср.и Еср.кв. по методу трапеций является более предпочтительным, чем метод Симпсона. 98 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Библиографический список: 1.Осинин В.Ф. Амплитудное распределение вероятностей атмосферных радиопомех // В кн: Геофизические явления верхней атмосферы и земной коры. (Тр.СВКНИИ ДВНЦ АН СССР, вып.47). Магадан. 1973. С. 45-59. 2.Подлесных Д. Грозовые радиоимпульсы. Методы контроля и прогнозирования / Д. Подлесных, В. Осинин // LAMBERT Academic Publishing - Saarbrucken. 2011. С. 136. 3.Численные методы / Н.С. Бахвалов, Н.П. Жидков, Г.М. Кобельков. 4-е изд. М: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2006. С. 122. 636 с. ЧЕТВЕРИКОВ СЕРГЕЙ ФЕДОРОВИЧ – аспирант, Липецкий государственный технический университет. ОСИНИН ВЛАДИМИР ФЕДОРОВИЧ – доктор физико-математических наук, профессор, Липецкий государственный технический университет. ЖУЧКОВА ТАТЬЯНА СЕРГЕЕВНА – магистрант, Липецкий государственный технический университет. 99 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Е.П. Гладкий ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УСТРОЙСТВА NI–6008 ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОЙ, РЕАКТИВНОЙ И ПОЛНОЙ МОЩНОСТЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В последнее время все большее распространение получают электронные измерительные приборы, в основе которых используется ЭВМ. Для работы с такими приборами используется программа, которая позволяет производить необходимые измерения и расчёты, не зная языка программирования. Специализация программы в основном определяется теми данными, которые нам необходимо получить в результате измерения. Используя полученные результаты измерения можно проводить необходимые расчёты и обработку данных, записывать их в документ или отображать на экран в виде графика. Одной из лабораторий разрабатывающей подобные программные продукты является National Instruments. Для работы с их устройствами используется программа LabView, необходимая для программирования. Предлагаем для измерения активной, реактивной и полной мощностей электрического тока использовать одну из множества предложенных лабораторией National Instruments моделей, NI–6008. Устройство NI–6008 может измерять как аналоговые, так и цифровые сигналы. Электрический ток – это аналоговый сигнал, который устройство преобразует в цифровой, а затем отправляет на ЭВМ для обработки. При разработке устройства NI–6008 были учтены определённые ограничители из-за не возможности устройства работать с токами высокого напряжения. Рабочее напряжение при использовании устройства равно 10 В. Зачастую приходится измерять токи с более значительным напряжением, поэтому в программе учтён коэффициент трансформации. Он представлен в виде константы в программе, с возможностью изменить его значение на рабочей панели. Мы проверили работоспособность программы, используя математическую модель представленную ниже. Для расчёта активной мощности использовали формулу: T P 1 p(t )dt , T 0 (1) где T – период, p(t ) – значение мгновенной мощности. Благодаря встроенной функции среднеквадратичного значения RMS программа даёт возможность рассчитать активную мощность. Для расчёта полной мощности использовали формулу: S I U , где I – сила тока, U (2) – напряжение. Имея значения активной и полной мощности, легко рассчитать реактивную мощность: Q S 2 P2 , (3) Коэффициент мощности можно рассчитать, используя значения величин активной и полной мощности: P (4) cos , S Программу лучше всего реализовать на языке G, в программном продукте National Instruments LabView, измеряющую активную, реактивную, полную мощность и коэффициент мощности. На рисунке 1 изображена упрощенная блок-схема разработанной нами программы измерителя. Были проведены полунатурные испытания программы, и мы удостоверились в её работоспособности. В результате измерения напряжения был получен график, представленный на рисунке 2. 100 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Построение электрической схемы для измерения Получение данных Численное решение уравнений Корректировка констант Вывод результатов Рис. 1. Упрощенная блок-схема программы измерителя Рис. 2. График значений напряжения полученного в результате измерения Полученные значения мощности представлены в графической части интерфейса разработанной программы в Labview (рисунок 3). 101 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Рис. 3. Результаты расчётов мощностей электрического тока Коэффициент мощности равен единице, так как ток при проведении испытаний был постоянный. Устройство NI–6008 удобно использовать для измерения различных параметров. Стоит отметить легкость программирования задач на языке G в программном продукте Labview, так как, не имея представления о внутренних параметрах устройства и о языках программирования можно создавать достаточно сложные расчётные программы. Устройство NI–6008 лучше всего использовать для учебных целей, но существует его улучшенная модель NI–6009, которую можно использовать для измерения в существующих системах электрических сетей. Библиографический список: 1. Агунов М.В. Новый подход к измерению электрической мощности / М.В. Агунов, А.В. Агунов, Н.М. Вербова // Промышленная энергетика. 2004. № 2. 2. Загидуллин Р.Ш. Labview в исследованиях и разработках. М.: Горячая линия – Телеком, 2005. 352 с.: ил. 3. User guide and specifications NI USB-6008/6009. 2004-2007. 32 с. ГЛАДКИЙ ЕВГЕНИЙ ПЕТРОВИЧ – студент, Северо-Кавказский федеральный университет. 102 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Н.А. Ермолаев, А.А. Воронцов, Е.Г. Зюзина, Р.В. Шабнов МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА ОТ КООРДИНАТЫ Z ДВУХКООРДИНАТНЫХ МАГНИТОСТРИКЦИОННЫХ НАКЛОНОМЕРОВ Современные объемы строительства неразрывно связаны с внедрением последних достижений науки в области строительной техники. Особое внимание уделяется приборам, предназначенным для предотвращения аварийной ситуации. Составляющей таких приборов являются наклономеры, необходимые для определения угла отклонения объекта относительно вертикали или горизонтали. Требования, предъявляемые к таким приборам различны, и зависят от области их применения. Однако главными из них остаются высокая точность и разрешающая способность, широкий диапазон преобразования, низкая стоимость и относительная простота конструкции. Наиболее привлекательными по перечисленным требованиям являются магнитострикционные наклономеры, в том числе один из их под классов – двухкоординатные магнитострикционные наклономеры (ДМН). Для воспроизведения информационного сигнала в ДМН возможно использование соленоида. Напряженность магнитного поля соленоида определяется многими параметрами конструкции как ДМН, так и самого соленоида. В соответствии с одной из моделей, поле H cz на оси соленоида в точке, отстоящей на расстояние z от его центра, определяется по формуле: H сz ( z ) 2 2 R2c R22c l z R2c R22c l z nI l z ln l z ln , 2 2 2 2 4( R2c R1c ) R R l z R R l z 1c 1c 1c 1c (1) где n=N/L - число витков на единицу длины соленоида, R1c и R2c - соответственно внутренний и внешний радиусы соленоида, 2l=L - длина соленоида, j - плотность тока: j=I/s, I - ток через провод, s площадь поперечного сечения провода. Анализ формулы (1) позволяет сделать вывод о нелинейной зависимости напряженности магнитного поля Hcz на оси соленоида от расстояния от его центра до текущей координаты z. Целью данной статьи является исследование напряженности магнитного поля H cz на оси соле- ноида от расстояния от его центра до текущей координаты z. Для исследования зависимости магнитного поля Hcz от текущей координаты z на оси соленоида было проведено математическое моделирование формулы (1) при изменении координаты z в диапазоне для различных значений R1c, R2c и L, результаты которого приведены на рисунках 1а-б и 2 соответственно. В качестве базовых параметров при моделировании будем использовать соленоид с внутренним и внешним радиусами R1c=2мм и R2c=3мм соответственно, длиной L=4мм, количеством витков на единицу длины n=1, с постоянным значением токового импульса I=1A. Результаты моделирования зависимости напряженности магнитного поля Hcz от координаты z, приведенные на рисунках 1а-б соответственно для различных значений внешнего и внутреннего диаметра, показали, что максимальное значение напряженности магнитного поля Hcz для указанных значений параметров конструкции наблюдается в центре соленоида, т.е. при z=0 и может достигать значений от нескольких А/м до кА/м в зависимости от количества витков и значения токового импульса I, а также других параметров как соленоида, так и звукопровода. Уменьшение значения внутреннего R1c и внешнего R2c радиусов соленоида, как это демонстрируют результаты моделирования, приведенные на рисунках 1а-б соответственно, способствуют увеличению значения напряженности магнитного поля в центре соленоида и более резкому уменьшению ее значения при удалении от центра. 103 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ а) б) Рис. 1. Распределение относительной величины магнитного поля по оси соленоида в точке, отстоящей на расстоянии z от его центра при различных значениях внутреннего (а) и внешнего (б) диаметров соленоида При изменении длины соленоида L, как это показано на рисунке 2, происходит существенное смещение максимального значения напряженности Hcz относительно начала отсчета координаты z, совмещенного с центром соленоида. Так, в приведенных на рисунке 2 результатах моделирования, при увеличении длины соленоида с L 1=4мм до L 2=12мм положение максимума напряженности Hcz смещается с z=0 до z=2,5мм. Также необходимо отметить, что изменение длины соленоида незначительно изменяет максимальное значение напряженности магнитного поля Hcz. Для приведенного примера изменение составило с Hcz =0,31А/м до Hcz =0,34А/м, т.е. менее 10%, при изменении длины соленоида в 3 раза с L 1=4мм до L2=12мм. Рис. 2. Распределение относительной величины магнитного поля по оси соленоида в точке, отстоящей на расстоянии z от его центра при различных значениях длины соленоида 104 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Таким образом, на основании исследования зависимости магнитного поля Hcz от текущей координаты z на оси соленоида, можно сделать вывод, что для изменения максимального значения напряженности магнитного поля соленоида Hcz, наиболее эффективными методами являются изменение его внешнего и внутреннего радиусов и количества витков, а также значения токового импульса I. Для изменения положения максимального значения напряженности магнитного поля соленоида Hcz, эффективным способом является изменение его длины L. ЕРМОЛАЕВ НИКОЛАЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ – кандидат техничеких наук, доцент кафедры Информационных технологий и систем, Пензенская государственная технологическая академия. ВОРОНЦОВ АЛЕКСАНДР АНАТОЛЬЕВИЧ – аспирант кафедры Физики, Пензенская государственная технологическая академия. ЗЮЗИНА ЕЛЕНА ГРИГОРЬЕВНА – студент специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», Пензенская государственная технологическая академия. ШАБНОВ РУСЛАН ВЯЧЕСЛАВОВИЧ – студент специальности «Машины и аппараты пищевых производств», Пензенская государственная технологическая академия. 105 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Н.А. Ермолаев, А.А. Воронцов, Е.Г. Зюзина, Т.В. Дарченко ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ КОЛЬЦЕВЫХ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ ДВУХКООРДИНАТНЫХ МАГНИТОСТРИКЦИОННЫХ НАКЛОНОМЕРОВ Бурное развитие науки и техники невозможно без разработок, исследований и внедрения новых приборов и устройств, предназначенных для контроля и диагностики механизмов и сооружений во всех видах производственной деятельности. К таким приборам относятся наклономеры, предназначенные для определения углов наклона объекта. Наклономеры используются для определения положения различных высотных сооружений, плотин, для определения величины прогибов и деформаций различного рода опор и балок, контроля углов наклона автомобильных и железных дорог при их строительстве, ремонте и эксплуатации, определения угла наклона дорожных грейдеров, асфальтоукладчиков, подъемников, кранов и экскаваторов и т.д. Для этих целей в последнее время все чаще находят применение магнитострикционные наклономер. Их отличительными особенностями являются высокая точность, быстродействие, широкий диапазон преобразования, относительно невысокая себестоимость и простота реализации. Магнитострикционные наклономеры можно условно разделить на две основные группы – однокоординатные (ОМН) и двухкоординатные (ДМН). ДМН позволяют проводить одновременное измерение двух углов наклона объекта во взаимноперпендикулярных плоскостях относительно вертикали или горизонтали. Следует отметить, что результирующее магнитное поле, формируемое ДМН, состоит из двух составляющих – созданной токовым импульсом при протекании им в среде звукопровода (ЗП) и созданной постоянным магнитом (ПМ). Последняя составляющая представляет наибольший интерес, так как она зависит от множества факторов, основными из которых являются форма и размеры ПМ, а также значение остаточной намагниченности Br и коэрцитивной силы Hc. Задачей данной статьи является оценка влияния каждого из основных факторов, влияющих на формирование магнитного поля созданных кольцевым (КПМ) ПМ, используемых в ДМН методом математического моделирования. Это позволит улучшить характеристики ДМН и снизить его себестоимость. Одним из способов аналитического преобразования уравнений магнитного поля является их предварительное сведение к уравнению относительно скалярного магнитного потенциала [1]. Данный метод расчета является наиболее эффективным, так как скалярными здесь являются не только рассчитываемая величина, но и решаемое уравнение в целом. Для моделирования магнитных полей, созданных кольцевым ПМ, воспользуемся формулой проекции вектора напряженности магнитного поля на ось Z, созданного ПМ радиусом RM и высотой hM для КПМ: E (k2 ) d , 1 hМ2 hМ2 2 2 2 RМ [(r ) )] [(r ) )] 4 4 H Z (r ) 4hМ M 2 где E (k 2 ) (1 k 22 (sin ) 2 d – полный эллиптический интеграл (1) второго рода, 0 k 2 2 4r . h2 (r ) М 4 2 На основании формулы (1) можно сделать вывод, что напряженность магнитного поля, созданная ПМ в разной степени зависит от его размеров и величины остаточной намагниченности. Это также наглядно демонстрируют результаты моделирования зависимостей напряженности магнитного поля, созданные кольцевым ПМ от высоты hM (рисунок 1), внутреннего диаметра dM КПМ (рисунок 2) а также марки ПМ (рисунок 3). Для моделирования в качестве основного был выбран СПМ с размерами DM х dM х hM =110х90х5мм соответственно со значением остаточной индукции Br =0,35Тл. Моделируемое значение напряженности определялось вдоль оси абсцисс, совмещенной с центром ПМ. 106 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Рис. 1. Зависимость напряженности магнитного поля от высоты КПМ Анализ результатов моделирования, приведенных на рисунках 1–3, позволяет сделать вывод, что наиболее эффективным способом изменения напряженности магнитного поля вне ПМ является изменение значения остаточной индукции, определяемой маркой ПМ и высоты. Изменение диаметра ПМ при значениях DM-dM>5мм сопровождается незначительным изменением значения напряженности магнитного поля вне ПМ. Поэтому дальнейшее увеличение этого значения является необоснованным. Также необходимо отметить, что максимальное значение напряженности магнитного поля было зафиксировано на расстояниях от центра ПМ вдоль оси абсцисс r d M DM 4 Рис. 2. Зависимость напряженности магнитного поля от внутреннего диаметра КПМ Таким образом, полученные в результате теоретического исследования математические формулы позволяют найти оптимальное значение параметров конструкции, что позволяет подобрать оптимальное значение массы и габаритов ДМН, уменьшая при этом его себестоимость изготовления. 107 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Рис. 3. Зависимость напряженности магнитного поля от марки КПМ Библиографический список: 1.Демирчян К.С., Чечурин В.Л. Машинные расчеты электромагнитных полей: Учеб. пособие для электротехн. и энерг. спец. Вузов. М.: Высш. шк., 1986. 240 с. ЕРМОЛАЕВ НИКОЛАЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ – кандидат техничеких наук, доцент кафедры Информационных технологий и систем, Пензенская государственная технологическая академия. ВОРОНЦОВ АЛЕКСАНДР АНАТОЛЬЕВИЧ – аспирант кафедры Физики, Пензенская государственная технологическая академия. ЗЮЗИНА ЕЛЕНА ГРИГОРЬЕВНА – студент специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», Пензенская государственная технологическая академия. ДАРЧЕНКО ТАТЬЯНА ВЛАДИСЛАВОВНА – студент специальности «Машины и аппараты пищевых производств», Пензенская государственная технологическая академия. 108 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Н.А. Ермолаев, А.А. Воронцов, Р.В. Шабнов, И.В. Шувалова ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ СПЛОШНЫХ И КОЛЬЦЕВЫХ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ ВБЛИЗИ ИХ ОСНОВАНИЙ В ДВУХКООРДИНАТНЫХ МАГНИТОСТРИКЦИОННЫХ НАКЛОНОМЕРАХ Для определения положения различных высотных сооружений, плотин, определения величины прогибов и деформаций опор и балок, контроля углов наклона автомобильных и железных дорог при их строительстве, ремонте и эксплуатации, определения угла наклона дорожных грейдеров, асфальтоукладчиков, подъемников, кранов и экскаваторов применяются приборы, называемые наклономерами. В последние годы для этих целей все чаще находят применение магнитострикционные наклономеры (МН). На данный момент наиболее проработанными являются конструкции МН на продольных и крутильных УЗВ. МН на крутильных упругих УЗВ можно условно разделить на однокоординатные (ОМН) и двухкоординатные (ДМН), позволяющие измерение двух углов наклона во взаимно перпендикулярных плоскостях. Магнитные поля, формируемые ДМН зависят от многих параметров конструкции ДМН, основными из которых являются параметры постоянных магнитов (ПМ). Необходимо отметить, что напряженность магнитного поля, созданного вблизи оснований ПМ, будет отличным от нуля. При создании опытных образцов ДМН необходимо учитывать численное значение напряженности магнитного поля вблизи оснований ПМ, так как это может привести к формированию ультразвуковых волн в точках звукопровода, не предусмотренных расчетами. Целью данной статьи является математическое моделирование напряженностей магнитного поля, созданных кольцевым (КПМ) и сплошным (СПМ) ПМ. Одним из способов аналитического преобразования уравнений магнитного поля является их предварительное сведение к уравнению относительно скалярного магнитного потенциала [1]. Данный метод расчета является наиболее эффективным, так как скалярными здесь являются не только рассчитываемая величина, но и решаемое уравнение в целом. Для моделирования магнитных полей, созданных КПМ и СПМ, воспользуемся формулой проекции вектора напряженности магнитного поля на ось Z, созданного ПМ радиусом RM и высотой hM: E (k 2 ) d , 1 2 2 h h RМ [(r ) 2 М )] [(r ) 2 М )] 2 4 4 H Z (r ) 4hМ M где 2 E (k 2 ) (1 k 22 (sin ) 2 d – полный эллиптический интеграл 0 k 2 2 4r . h2 (r ) М 4 2 Рис. 1. Зависимость напряженностей магнитного поля СПМ от высоты на фиксированном расстоянии r от центра ПМ 109 (1) второго рода, ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Рис. 2. Зависимость напряженностей магнитного поля КПМ от высоты на фиксированном расстоянии r от центра ПМ Зависимости напряженностей магнитного поля ПМ указанных форм от высоты на фиксированном расстоянии r от центра ПМ, рассчитанные по формуле (1) приведены на рисунках 1 и 2. Анализ результатов моделирования зависимости напряженностей магнитного поля СПМ и КПМ от высоты на фиксированном расстоянии r от центра ПМ (рисунки 1 и 2), рассчитанных по формуле (1), позволяет сделать вывод о необходимости предотвращения возможности формирования УЗВ кручения в точках, не предусмотренных расчетами углов наклона ДМН относительно горизонтали, расположенных вблизи его оснований, таких как A, B, C и D для КПМ и E и F для СПМ (рисунок 3). Рис. 3. Точки возможного формирования УЗВ СПМ и КПМ Этого можно добиться подбором соответствующих размеров и марки ПМ, либо экранированием ПМ, как это показано на рисунке 4. Результирующее значение напряженности магнитного поля, согласно закону полного тока, определится по формуле [2] 2 2 (8) H Г2 H О .П . H К , где НГ – напряженность результирующего поля, НО.П. – составляющая напряженности магнитного поля, созданная ПМ и рассчитываемая по формуле (7), НК– составляющая напряженности магнитного i поля, созданная токовым импульсом i при протекании им в среде ЗП; H К , где R – радиус ЗП. 2 R 110 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ а) б) Рис. 4. Кольцевой (а) и сплошной (б) ПМ с экранирующим слоем Таким образом, моделирование показало необходимость учета значения напряженностей магнитного поля вблизи оснований ПМ, например их экранированием. Полученные в результате теоретического исследования математические формулы позволяют найти оптимальное значение параметров конструкции, что позволяет подобрать оптимальное значение массы и габаритов ДМН, уменьшая при этом его себестоимость изготовления. Библиографический список: 1.Демирчян К.С., Чечурин В.Л. Машинные расчеты электромагнитных полей: Учеб. пособие для электротехн. и энерг. спец. Вузов. М.: Высш. шк., 1986. 240 с. 2.Кухлинг Х. Справочник по физике: Пер. с нем./ Под ред. Е.М. Лейкина. М.: Мир, 1983. 520 с. ЕРМОЛАЕВ НИКОЛАЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ – кандидат техничеких наук, доцент кафедры Информационных технологий и систем, Пензенская государственная технологическая академия. ВОРОНЦОВ АЛЕКСАНДР АНАТОЛЬЕВИЧ – аспирант кафедры Физики, Пензенская государственная технологическая академия. ШАБНОВ РУСЛАН ВЯЧЕСЛАВОВИЧ – студент специальности «Машины и аппараты пищевых производств», Пензенская государственная технологическая академия. ШУВАЛОВА ИРИНА ВЛАДИМИРОВНА – студент специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», Пензенская государственная технологическая академия. 111 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Е.В. Грачёва, Н.А. Ермолаев, В.А. Володин, Д.И. Маркин ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ИНДУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ Измерительные приборы нашли применение во многих отраслях современной промышленности. Работая в составе систем автоматического регулирования, они позволяют решать широкий круг задач и гарантируют высокую точность полученных результатов. Их отличает широкая область возможного применения, низкая себестоимость, простота конструкции, высокое быстродействие и разрешающая способность. Принцип работы большинства из них, в том числе и магнитострикционных приборов (МП) основан на возбуждении и считывании акустических сигналов в среде магнитострикционного звукопровода (ЗП). Для воспроизведения информационного сигнала в МП возможно использование соленоида или индуктивного элемента. Необходимо отметить, что напряженность магнитного поля соленоида определяется многими параметрами конструкции, как МП, так и самого соленоида. Так, в соответствии с одной из моделей, поле H cz на оси соленоида в точке, при изменении его длины L=2l, определяется по формуле: H сz (l ) 2 2 R2c R22c l z R2c R22c l z nI l z ln l z ln 2 2 4( R2c R1c ) R1c R12c l z R1c R12c l z , (1) где n=N/L - число витков на единицу длины соленоида, R1c и R2c - соответственно внутренний и внешний радиусы соленоида, j - плотность тока: j=I/s, I - ток через провод, s - площадь поперечного сечения провода, z – координата по оси 0Z, отсчитываемая от центра соленоида, l – расстояние от центра соленоида до его края l=L/2, L – длина соленоида. Анализ формулы (1) позволяет сделать вывод о нелинейной зависимости напряженности магнитного поля H cz на оси соленоида от расстояния l=L/2, поэтому целью данной статьи является исследование методом математического моделирования зависимости H cz (l ) . Это необходимо для возможности выбора оптимальных размеров соленоида. На основании формулы (1) было проведено математическое моделирование зависимости напряженности магнитного поля соленоида H cz при изменении расстояния l для различных значений R1c, R2c и z, результаты которого приведены на рисунках 1-3 соответственно. В качестве базовых параметров использовался соленоид с внутренним и внешним радиусами R1c=2мм и R2c=3мм соответственно с количеством витков на единицу длины n=300 и постоянным значением токового импульса I=50мA. Рис. 1. Зависимость относительной величины магнитного поля Н по оси соленоида от его длины L=2l, при изменении внутреннего радиуса R1c: 1–R1c=0,5мм; 2 – R1c =1 мм; 3 – R1c =1,5 мм; 4 – R1c =2 мм; 5 – R1c =2,5 мм 112 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Рис. 2. Зависимость относительной величины магнитного поля Н по оси соленоида от его длины L=2l, при изменении внешнего радиуса R2c: 1–R2c=2,5мм; 2 – R2c =3мм; 3 – R2c =3,5мм; 4 – R2c =4мм; 5 – R2c =4,5мм Результаты моделирования зависимости напряженности магнитного поля H cz от расстояния l, в точке, расположенной на оси соленоида на расстоянии от его центра z =1мм, для различных значений внешнего (рисунок 1) и внутреннего (рисунок 2) радиусов, показали, что с увеличением последних происходит уменьшение численного значения напряженности магнитного поля соленоида H cz при фиксированном значении длины l. Результаты моделирования зависимости напряженности магнитного поля H cz от расстояния l, в точке, расположенной на оси соленоида на расстоянии от его центра z =1мм, для различных значений внешнего (рисунок 1) и внутреннего (рисунок 2) радиусов, показали, что с увеличением последних происходит уменьшение численного значения напряженности магнитного поля соленоида H cz при фиксированном значении длины l. Результаты моделирования показали резкое увеличение значения напряженности магнитного поля H cz при изменениях значения расстояния l с l=1мм до l=3-3,5мм как при изменении значений радиусов соленоида, так и при изменении координаты z, измеряемой относительно центра соленоида (рисунок 3), в зависимости от количества витков на единицу площади n и значения токового импульса I. Рис. 3. Зависимость относительной величины магнитного поля Н по оси соленоида от его длины L=2l, при изменении координаты отсчитываемая от центра соленоида вдоль его оси: 1– z =0; 2 – z =0,2мм; 3 – z =0,4мм; 4 –z=0,6мм; 5 – z =0,8мм 113 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Необходимо отметить, что при протекании в среде ЗП постоянного тока, согласно результатам моделирования, приведенным на рисунке 3, максимальное значение магнитного поля соленоида H cz будет фиксироваться в его центре независимо от его длины. Таким образом, на основании исследования зависимости магнитного поля H cz от текущей координаты z на оси соленоида, можно сделать вывод, что для изменения максимального значения напряженности магнитного поля соленоида H cz , одним из эффективных методов является изменение значения внешнего и внутреннего радиусов соленоида. Результаты моделирования показали, что увеличение значения длины соленоида L свыше L 6 7 мм ( l 3 3,5 мм) является неэффективным способом увеличения напряженности его магнитного поля H cz . ГРАЧЕВА ЕЛЕНА ВЯЧЕСЛАВОВНА – доцент кафедры Вычислительных машин и систем, Пензенская государственная технологическая академия. ЕРМОЛАЕВ НИКОЛАЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ – кандидат техничеких наук, доцент кафедры Информационных технологий и систем, Пензенская государственная технологическая академия. ВОЛОДИН ВАСИЛИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ – студент специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», Пензенская государственная технологическая академия. МАРКИН ДЕНИС ИГОРЕВИЧ – студент специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», Пензенская государственная технологическая академия. 114 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Н.П. Руденко ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА ТРАВИЛЬНЫХ РАСТВОРОВ На практике решение задачи оптимизации и управления технологическим процессом сернокислотного травления сталей с целью удаления технологической окалины заключается в том, чтобы по измеренным значениям концентрации кислоты, ферросульфата, ингибитора и температуры по регулировочным диаграммам или численно на компьютере найти оптимальные условия травления. Для контроля состава травильных растворов обычно применяют измерения кислотности (рН), плотности (ρ), удельной электропроводности (). Теоретический расчет этих величин невозможен, так как травильный раствор представляет собой многокомпонентный концентрированный электролит. Удельная электрическая проводимость, связанная с составом жидкой среды, является информативным параметром кондуктометров, которые широко применяются в научных исследованиях и системах технологического контроля. Исследование электрофизических свойств материалов и растворов необходимо для усовершенствования концентратомеров [1]. Для уменьшения количества сточных вод созданы замкнутые циклы травление-регенерация. Травильные растворы таких технологий содержат высокие концентрации солей двухвалентного железа: от 90 до 240 г/л. Поэтому при оптимизации технологии травления сталей в этих условиях возникла потребность непрерывного контроля состава раствора. Зависимости ρ (г/см3), 1 (См/м) и рН от состава сернокислого травильного раствора получены эмпирическим методом планирования эксперимента. Реализованы трехуровневые планы второго порядка [2]. Условия опытов и результаты представлены в таблице. Значения удельной электропроводности рассчитывали по величине электросопротивления растворов R∞, полученной линейной экстраполяцией экспериментальных данных на бесконечную частоту в координатах сопротивление-обратная частота [3]. Сопротивление раствора измеряли с помощью моста переменного тока Р-586 и кондуктометрической ячейки УК-02/1. рН исследуемых растворов измеряли на рН-метре рН-340 при помощи стеклянного электрода. Плотность травильных растворов определяли денсиметрами общего назначения в условиях термостатирования. Получены уравнения: (1) ρ = 1 + 0,523*10-3 [ Н2SO4] + 0,907*10-3 [ FeSO4], (2) lg = -2,5294 + 1,0490 lg [ H2SO4] – 0,2359 lg [ H2SO4]*lg [ FeSO4] + 0,4178 lg [ FeSO4], (3) pH = 2,6373 – 1,2011 lg [ H2SO4]. На рисунке 1 показаны удобные для практического использования графики, рассчитанные по уравнениям (1-3). а) б) в) Рис. 1. Зависимость рH (а), плотности (б), удельной электроповодности (в) от [H2SO4] и [FeSO4] 115 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Таблица Планирование эксперимента в задаче определения плотности, удельной электропроводности и рН системы H2SO4 – FeSO4 – H2O Факторы Х1 [H2SO4], г/л Х2 [FeSO4], г/л Х3 t oC 130 120 250 10 130 120 250 10 65 25 90 40 Основной уровень (0) Интервал варьирования Верхний уровень (+1) Нижний уровень (-1) Опыт 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 X1 +1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 0 0 0 0 0 0 0 X2 +1 -1 -1 +1 0 0 0 0 +1 +1 -1 -1 0 0 0 X3 0 0 0 0 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 0 0 0 R∞ 1,0134 0,6543 8,1955 4,2491 0,7121 0,9334 6,1708 4,5655 1,3966 1,6555 0,9718 1,0351 1,1405 1,1400 1,1400 0,405 0,629 0,050 0,096 0,577 0,440 0,015 0,090 0,294 0,248 0,424 0,397 0,361 0,363 0,359 lg -0,393 -0,201 -1,299 -1,014 -0,238 -0,356 -1,176 -1,045 -0,531 -0,605 -0,373 -0,401 -0,442 -0,440 -0,444 рН -0,35 -0,15 -1,18 1,48 -0,22 -0,27 1,36 1,72 0,10 -0,05 0,13 0,18 0,13 0,10 0,12 ρ 1,332 1,131 0,990 1,222 1,255 1,248 1,120 1,102 1,295 1,290 1,080 1,066 1,169 1,169 1,169 Измерять указанные физико-химические параметры травильного раствора можно с помощью приборов, выпускаемых промышленностью. Известны датчики плотности промышленного применения, встраиваемые в технологическую линию [4], промышленные кондуктометры различных модификаций, потенциометры, предназначенные для непрерывного измерения активности ионов водорода (рН) и температур технологичских растворов [5]. Библиографический список: 1.Латышенко К.П.Принципы построения и разработка амплитудных, частотных и импульсных кондуктометров для контроля природной среды и 2.Технологических процессов. Дис… докт. техн. наук. Москва, 2006. 237 с. 3.Горский В.Г., Бродский В.В. Новые идеи в планировании эксперимента. М.: Наука, 1969. С. 118-139. 4.Методы измерения в электрохимии. М.: Мир. 1977. Т. 2. 475 c. 5.Непрерывный контроль концентрации кислоты и металла в травильных ваннах/mask.com.ua. 6.Применение приборов в металлургии/ izpk.com.ua. РУДЕНКО Нина Павловна – кандидат техничеких наук, доцент, Национальная металлургическая академия Украины. 116 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Д.С. Рухлов НОВЫЕ РЕШЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ MEMS ТЕХНОЛОГИЙ Микроэлектромеханические системы (МЭМС, или MEMS) – одна из наиболее передовых технологий, позволяющая не только значительно улучшить характеристики электронной аппаратуры, но и создавать устройства для решения задач в совершенно новых областях. Большая популярность технологии МЭМС обусловлена её широким потенциалом для использования как в бытовой, так и в промышленной технике. МЭМС-датчики широко применяются и в автомобильной промышленности для управления подушками безопасности, и в охранной сигнализации, в навигационных системах для исчисления пройденного пути или определения маршрута следования, а также в робототехнике. MEMS устройства представляют собой электронные схемы, механические узлы и чувствительные элементы, выполненные в виде одного компонента с использованием технологических приемов, применяемых для производства микросхем. Фактически технология MEMS позволяет дополнять традиционную электронную схему датчиками и исполнительными механизмами, достигая тем самым интегрированного изготовления законченной системы. На рис. 1. представлены датчики давления, которые устанавливаются на печатную плату методом поверхностного монтажа [Dan DeFalco 2007: 4]. Рис. 1. MEMS-датчик давления для поверхностного монтажа (Изображение с сайта www.sensorsportal.com) Современные MEMS также часто содержат в себе оптические компоненты. Такие MEMS иногда выделяют в отдельную группу (называемую MOEMS), в основном, из-за конструктивных различий, поскольку MOEMS требуют наличия прозрачных для света окон в корпусе, что иногда является проблемой из-за требований к герметичности. На рис. 2. изображена MEMS-камера, обладающая встроенной системой фокусировки [R.C. Gutierrez 2007: 2]. Рис. 2. Цифровая MEMS-камера В настоящее время MEMS уже получили широкое распространение в отдельных областях (например, в автомобильной электронике), но потенциал данной технологии далеко не исчерпан. Во многих областях MEMS только начинают применяться. Кроме того, постоянное развитие самой технологии, позволяющее создавать все более миниатюрные изделия, открывает перспективу новым областям применения электроники, таким как контроль атмосферы взвешенными в ней датчиками, внедрение в кровеносную систему человека устройств для очистки артерий и другие. Впервые успех MEMS-устройства завоевали в 1990 году в качестве детекторов столкновений в автомобильных подушках безопасности. Уменьшение стоимости, размеров и потребляемой мощности со- 117 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ временных датчиков, а также расширение базы производителей позволило MEMS-устройствам выйти на рынок потребительской электроники. Например, в ноутбуках используются 3-координатные акселерометры для защиты жесткого диска при случайном ударе. В смартфонах и мобильных телефонах MEMSакселерометры позволяют упростить пользовательский интерфейс. В игровых устройствах MEMSсистемы помогают определить пространственное положение игрового контроллера. В последнее время такие технологии производства MEMS-устройств как травление линий, в которых высота в несколько раз превышает ширину линии (high-aspect-ratio etching), сращивание пластин (wafer bonding) и корпусирование получили дальнейшее развитие. Появились также совершенно новые подходы в производстве MEMS-устройств, которые позволят этим приборам выйти на рынок критически важных приложений и потребительской электроники. Автомобильная промышленность стала первой областью, где технология MEMS стала применяться серийно. В автомобильной технике применение MEMS оказалось экономически оправдано и позволило улучшить функциональность и надежность различных систем, и в первую очередь, систем безопасности водителя и пассажиров [3]. Рис. 3. Структура MEMS-акселерометра (Фото с сайта www.analog.com) Используя опыт применения нанотехнологий при создании печатающих головок с высокой плотностью форсунок и высокой энергоэффективностью, компания Hewlett Packard разработала запоминающее устройство на базе MEMS. В процессе разработки была создана технологическая платформа для производства нового поколения инерциальных MEMS-датчиков. Такое запоминающее устройство позволяет реализовать систему, подобную CD-RW, на кристалле. Вращающийся диск и лазер были заменены на координатный манипулятор – микродвижитель (micromover) и электронные прожекторы с холодным катодом. В обоих устройствах для хранения данных используется среда с фазовыми переходами. Интеграция MEMS и КМОП-процесса обеспечивает ряд преимуществ, таких как уменьшение размера кристалла и большое число качественных межсоединений. Однако существующие решения представляют собой либо формирование структуры на поверхности пластины после окончания КМОП- 118 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ процесса, либо создание выемки для MEMS-структуры в пластине с использованием обычных методов обработки по технологии MEMS. Оба подхода дороги и требуют больших затрат времени и специального оборудования, которое, как правило, малопроизводительно. Рис. 4. MEMS-акселерометр в корпусе ИМС (SOIC) (Фото с сайта www.analog.com) Компания Baolab Microsystems потратила несколько лет на разработку патентованной технологии создания MEMS-устройств в пластине, используя стандартные высокопроизводительные линии, что существенно облегчает и ускоряет производство, т.к. количество необходимых операций уменьшается. Если несколько различных MEMS-устройств формируются на одном и том же кристалле, их стоимость снижается на две трети и более. В технологии NanoEMS™ компании Baolab для формирования MEMS-структуры с помощью стандартных шаблонов используются существующие металлические слои в КМОП-пластине. Диэлектрик, расположенный между слоями металла, удаляется через окна в слое пассивации при травлении в HF в паровой фазе (vHF-травление). Для травления используется оборудование, которое доступно для массового производства, а сам процесс занимает менее часа, что весьма незначительно увеличивает общее время изготовление прибора. Вытравленные углубления затем покрываются защитным слоем, а кристалл заключается в корпус. Поскольку используется только стандартный КМОП-процесс, MEMSустройство, созданное по технологии NanoEMS, можно непосредственно интегрировать с активной схемой [Louizos 2012:5]. Еще одним примером внедрения новых технологий в MEMS-устройства является интегрированный модуль инерциального датчика компании Bosch, содержащий датчик угловой скорости рысканья и ускорения, расположенный поверх кристалла ASIC в 16-выводном пластмассовом корпусе SOIC. Рис. 5. Интегрированный инерциальный датчик для системы ESP SM1540 компании Bosch Данное устройство было разработано в рамках программы развития электронных систем динамической стабилизации автомобиля (Electronic Stability Program, ESP), в которых применяются MEMSакселерометры и MEMS-датчики давления. Первые поколения этих устройств не позволяли интегрировать датчики угловой скорости и ускорения в схему считывания в отдельном компактном корпусе. С выпуском комбинированного инерциального датчика для системы ESP SM1540 компания Bosch решила эту проблему [Mannion: 6]. Интеграция различных MEMS-устройств в одном модуле обещает бурное развитие рынка MEMSприложений за счет новых возможностей, например, благодаря созданию приборов с девятью степенями свободы — комбинацией 3D-акселерометра, 3D-гироскопа и 3D-магнитометра. Кроме того, такие приложения как беспроводные сети датчиков получат дальнейшее развитие за счет интегрирования радиочастотных каскадов, устройств сбора энергии и чувствительных элементов [Ghodssi 2011:1]. Эволюция технологий MEMS существенно влияет на способы получения данных из окружающей среды и взаимодействия с ней. Технология нанодатчиков позволяет создавать сетевые системы датчиков, которые сочетают отличные характеристики, малые размеры и стоимость, что требуется для критически важных приложений. 119 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Библиографический список: 1.R. Ghodssi, P. Lin (2011). MEMS Materials and Processes Handbook. Berlin: Springer. ISBN 978-0-387-47316-1. 2.MEMS Digital Camera R.C. Gutierrez*, T.K. Tang, R. Calvet, E.R. Fossum Siimpel Corporation, 400 East Live Oak Ave., Arcadia, CA 91006 USA SPIE Electronic Imaging – Digital Photography III January 28-29, 2007 San Jose California USA Proc. SPIE vol. 6502 paper 36 www.siimpel.com. 3.MEMS Applications www.allaboutmems.com. 4.Surface Mount MEMS Pressure Sensor. Sensors & Transducers e-Digest, Vol. 78, Issue 4, April 2007: Product News www.sensorsportal.com. 5.Microelectromechanical Systems and Nanotechnology. A Platform for the Next Stent Technological Era ,LouizosAlexandros Louizos, Panagiotis G. Athanasopoulos, Kevin Varty,VASC ENDOVASCULAR SURG November 2012 vol. 46 no. 8 605-609, doi: 10.1177/1538574412462637. 6.Patrick Mannion. ISSCC: Bosch unveils integrated MEMS automotive sensor//www.eetimes.com. РУХЛОВ ДМИТРИЙ СЕРГЕЕВИЧ – аспирант, МИЭТ. 120 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ Д.С. Соловьев ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ИЗМЕНЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ КОМПОНЕНТОВ ЭЛЕКТРОЛИТА В ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ ВАННЕ При длительной эксплуатации электролитов в ходе осаждения гальванических покрытий происходит их чрезмерное загрязнение. Часть электролитов уносится с деталями, меняется pH электролита, нарушается соответствие между количествами осаждаемого катодно и растворяемого анодно металла, что влечет за собой изменение концентрации отдельных компонентов электролита. Все эти факторы отрицательно влияют на получение качественных покрытий. Следует рассматривать гальванический процесс как двупериодический. Малый период – время, затрачиваемое на нанесение покрытия. Его продолжительность Т1 (в зависимости от металла покрытия и заданной толщины покрытия) составляет 0.5–6 часов. Большой период (от двух недель до двух месяцев, в зависимости от типа процесса и площади обрабатываемых деталей) – промежуток времени Т2, в течение которого осуществляется работа электрохимической ванны на одном электролите, после чего осуществляют его коррекцию или замену. На рис. 1 приведен пример расчета изменения концентрации хромового ангидрида в процессе хромирования в стандартном электролите. В начале первого малого периода (=0) для поиска оптимальных управлений используется начальная концентрация С=С0. После завершения первого малого периода (обработана первая партия деталей) и уноса части электролита с обработанными деталями (в момент времени =Т1,1) концентрация хромового ангидрида становится равной С1, которая и используется для поиска оптимальных управлений для второго малого периода. В момент времени Т 2 (завершение большого периода) осуществляется добавление израсходовавшегося на проведение электрохимических реакций и частично унесенного с обработанными деталями хромового ангидрида. Рис. 1. Изменение концентрации хромового ангидрида Исследовался процесс изменения концентрации электролита на действующей промышленной гальванической линии хромирования [1]. Свежий стандартный электролит имел следующий состав (г/л): CrO3 – 250, H2SO4 – 2.5. Процесс проводился при температуре 502 0С, токе 2000 А, площадь обрабатываемых деталей на каждой подвеске (площадь катодов) колебалась от 0.22 до 0.45 м2 . Измеренный удельный унос электролита на деталях составил 0.00021 м 3м-2. Масса электролита в ванне в начале процесса – 1000 кг. Время обработки каждой партии деталей колебалось от 40 до 60 мин. Концентрация оксида хрома и серной кислоты определялась лабораторным анализом после извлечения каждой десятой подвески с деталями. Полученные экспериментальные значения представлены в табл. 1. 121 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Отсутствие приборов для прямого измерения концентрации большинства компонентов электролитов, значительные погрешности немногих имеющихся датчиков в условиях сильных электрических полей и высокой агрессивности электролитов приводит к необходимости поиска текущих значений концентрации с использованием косвенных данных о силе тока, температуре и уровне электролита по математическим моделям электрохимического процесса. Автором разработано программное обеспечение, для расчета изменения концентрации компонентов электролита для различных гальванических процессов [2]. Концентрация хромового ангидрита C1 в момент времени τ определяется из следующего выражения: dC1(τ)/d τ = – Э · η(τ) · Э · ||iK(x,y,z, τ)|| · (M · )-1, где – молекулярная масса CrO3; Э – электрохимический эквивалент; ||iK||– плотность катодного тока; Э – плотность электролита; М – масса электролита в прикатодном слое, определяющаяся выражением: M = δЭK ∙ ||SK|| ∙ Э , где δЭK – толщина прикатодного слоя; ||SK|| – площадь детали-катода. Функция катодного выхода по току имеет вид: ( ) 5.43 0.036 t 0.0005 t 2 0.002657 C1 ( ) 2.054 ln(0.01 iKcp ) 0.0575 C2 ( ) , 100 4.59 C2 ( ) 0.074 C22 ( ) где t – температура электролита; iKcp – средняя плотность катодного тока; С2 – концентрация серной кислоты. На рис. 2 продемонстрированы графики изменения концентрации компонентов C1 (CrO3) и C2 (H2SO4), а также катодного выхода по току η. Рис. 2. Расчетное изменение концентрации компонентов и выхода по току 122 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Таблица 1 Рассчитанные и экспериментальные значения концентраций № партии Площадь деталей в партии SK (м2) Время обработки партии T1 (мин) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... 20 ... 150 ... 300 0.35 0.3 0.4 0.32 0.38 0.31 0.45 0.22 0.33 0.34 ... 0.45 ... 0.3 ... 0.22 60 54 58 53 50 49 60 40 49 50 ... 60 ... 54 ... 40 Концентрация (г/л) расчетная экспериментальная CrO3 H2SO4 CrO3 H2SO4 249.84 2.4998 249.70 2.4996 249.55 2.4994 249.40 2.4993 249.27 2.4991 249.13 2.4989 248.99 2.4987 248.87 2.4986 248.75 2.4884 248.62 2.4983 249 2.49 ... ... ... ... 247.18 2.4962 247 2.49 ... ... ... ... 227.01 2.4704 228 2.48 ... ... ... ... 206.01 2.4448 205 2.45 Сравнение рассчитанных и экспериментальных значений, представленных в табл. 1, показывает их хорошее соответствие (относительная погрешность не превышает 0.5% от экспериментальной величины, что соизмеримо с погрешностью измерения концентрации использованным методом лабораторного анализа), что говорит о корректности разработанного программного обеспечения с приемлемой для практики точность расчета. Библиографический список: 1. Литовка Ю.В. Математическое описание изменения концентрации электролита в гальванической ванне // Журнал прикладной химии. 1997. Т. 70, вып. 10. С. 1631-1637. 2. Св–во о гос. регистрации программы для ЭВМ №2012614476 «Расчет изменения концентрации компонентов электролита в гальванической ванне» / Д.С. Соловьев (RU). Зарег. в реестре программ 18.05.2012 г. СОЛОВЬЕВ ДЕНИС СЕРГЕЕВИЧ – аспирант кафедры «Системы автоматизированного проектирования», Тамбовский государственный технический университет. 123 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ О.В. Поливода, А.В. Рудакова, С.П. Шейник ОПТИМИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЛАГООБЕСПЕЧЕНИЕМ В ИРРИГАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ Постановка проблемы. В настоящее время развитие сельскохозяйственного производства требует внедрения более совершенных технологий, к которым относятся системы управляемого «точного» земледелия, а также применения современных технологий сбора и обработки информации. Для повышения производительности и уменьшения затрат на производство сельскохозяйственной продукции необходимо осуществлять оптимальное управление рассредоточенным оборудованием ирригационной системы с учетом динамики изменения влажности в каждой «точке» орошаемой площади, с целью поддержания оптимального режима влагообеспеченности сельхоз культур. Анализ публикаций по теме исследования. Управление влагообеспечением в ирригационных системах зачастую осуществляется в ручном режиме [1]. Применение систем автоматического полива с устройствами управления на базе контроллеров [2], открывающих и закрывающих электромагнитные клапаны согласно автономной программе, в которой заложен режим полива, неэффективно для использования в сельхозугодиях, охватывающих значительную территорию. Попытки внедрения автоматизированных систем в системы диспетчерского управления влагообеспечением сталкиваются с трудностями формализации поддержки принятия решений диспетчерами при оперативном управлении в реальном времени в условиях неполноты и неточности данных об управляемом процессе. Это объясняется малым временем на сбор и анализ информации о состоянии объекта управления, отсутствием систем мониторинга, большим объемом информации о состоянии распределенных сельскохозяйственных угодий, которую диспетчер должен учитывать при формировании решения. Постановка задачи. Целью исследований является разработка методов и средств оптимизации оперативного управления влагообеспечением для повышения эффективности функционирования ирригационных систем. Основная часть. Оперативное управление режимами влагообеспечения сельхозугодий осуществляется в течение вегетационного периода и состоит из следующих периодически повторяющихся этапов: 1. Составление планов работы оборудования ирригационной системы на текущий период на основе графиков полива. Осуществляется распределение водных ресурсов с учетом пропускной способности каналов и мелиоративных условий системы. 2. Реализация планов влагообеспечения и их корректировка. Водные ресурсы доставляют на севооборотные участки согласно утвержденному графику полива, с учетом режимов работы оборудования. Необходимость отступления от намеченных графиков и их корректировки может возникнуть при отклонении метеорологических условий от прогнозируемых (выпадение обильных осадков, резкое похолодание), при резком повышении или понижении уровня грунтовых вод, при изменении водоносности источника орошения. 3. Мониторинг и оценка влажности почвы. Формируется информационная модель текущего состояния территориально-распределенного объекта по данным систематического наблюдения за состоянием почв и процессом водораспределения. 4. Формирование графиков полива на предстоящий расчетный период на основе заявок от потребителей. При этом требуется обеспечить поддержание заданного уровня влажности в течение всего периода с наименьшими возможными затратами ресурсов (воды, электроэнергии). Расчет оптимального управления влагообеспечением может осуществляться в АРМ диспетчера, с помощью системы поддержки принятия решений (СППР), структура которой приведена на рис. 1. В интегрированной автоматизированной системе управления (ИАСУ) влагообеспечением необходимо наличие соответствующих моделей и программ для прогноза динамики влажности почвы и планирования водораспределения, системы мониторинга оценки качества управления, участие водопользователей в процессе согласования принятых решений. Подсистема мониторинга должна осуществлять систематическое измерение всех текущих параметров функционирования объекта, параметров окружающей среды, пополнение баз данных новой информацией и фиксировать изменения параметров системы для возможности дальнейшего прогноза. Таким образом, подсистема мониторинга предоставляет СППР оперативную информацию о влажности почвы, влажности и температуре воздуха, а также информацию о режиме работы поливного оборудования. Эффективная работа подсистемы мониторинга является необходимым условием для повышения эффективности функционирования ирригационной системы. В первую очередь необходимо избегать информационной избыточности измерений и упростить техническую реализацию контура идентификации состояния влажности почвы. Схемы оптимального размещения датчиков и периодичности их опроса 124 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ можно определить на основе методов одномерного и двумерного спектрального анализа динамики влажности по всей орошаемой территории [3]. Рис. 1. Структура СППР для управления влагообеспечением Подсистема обработки первичной информации выполняет анализ внешней входной информации, обработку информации, получаемой от оператора, отображение данных в виде удобном для последующей обработки и передачу информации в базу данных. Подсистема моделирования формирует модель динамики влажности почвы в зависимости от объемов воды, подаваемых на поля поливными системами или поступающих естественным образом в виде случайных осадков. Для моделирования динамики влажности почвы необходимы данные о типе почвы пахотного и подпахотного слоев и их почвенно-гидрологических константах, типе культивируемых культур и условиях их выращивания, о наличии элементов оросительной техники, их расположении на географической плоскости (координаты элементов), а также статистическая информация о климатиче- 125 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ ских условиях. Для упрощения анализа распределенного объекта можно использовать непрерывную модель распределения влаги в пахотном слое в виде поверхности с использованием аппроксимирующих оболочек, которая дает возможность прогнозировать влажность почвы и определять режимы работы поливных систем по всей территории сельхозугодий [4]. Примеры непрерывных моделей, используемых для формирования поверхностной модели динамики влажности почвы с учетом карт и схем элементов территориально распределенных объектов (рис. 2) приведены на рис. 3. y y y 100 100 100 Тёмнокаштановые суглинки Свекла 60 50 Щёлочноземельные суглинки 30 0 50 а) 50 Лук 100 x 50 100 x 50 б) в) Рис. 2. Типовые карты территориально распределенных объектов: а) почв; б) высадки культур; в) размещения поливных агрегатов TR(x,y) 100 x q(x,y) y x y x б) в) Рис.3. Примеры поверхностных моделей распределенных параметров: а) влагопроводности почвы; б) водопотребления культур; в) объемов полива а) SGLX2 ( FF7) N1 50 APPвлажности почвы в пахотном слое, Модели распределенных параметров, а также модель динамики сформированная на основе уравнения Дарси [5], позволяют моделировать динамику влажности почвы в 0 корнеобитаемом слое по всему сельхозугодию в течение вегетационного периода. Пример 1 2 поверхностной модели динамики влажности почвы на глубине z = 25 см в момент времени t 20 3 суток от начала вегетационного периода по территории хозяйства W x, y показана на рис.4а. 4 В подсистеме решения задач можно формировать режимы полива на предстоящий период с 5 APP 6 учетом прогноза динамики влажности почвы. Использование метода экспоненциального сглаживания, который учитывает скорость изменения отклонения выходных параметров от заданных, позволяет 7 уменьшить ошибки идентификации и приводит к полному устранению недопустимых условий по 8 влажности и уменьшению среднеквадратического отклонения значения от оптимального на 13-18% при 9 уменьшении расхода воды на 150 м3/га, что составляет 4,2% от поливной нормы [6]. Результаты10 моделирования адаптивной системы управления влагообеспеченностью с учетом осадков приведен на11 12 рис. 4б. 13 126 0 3.087928342·10-3 3.438749673·10-3 3.807227664·10-3 4.190785496·10-3 4.586325889·10-3 4.99026165·10-3 5.398565515·10-3 5.806839353·10-3 6.210402044·10-3 6.604394389·10-3 6.98389856·10-3 7.344068756·10-3 7.680268962·10-3 7.988213093·10-3 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ W(x,y) y ( F_T1) x б) q – полив, w – влажность почвы а)-поверхностная модель Рис.4. Результаты моделирования влажности почвы Система передачи данных, связывающая СППР с оборудованием ирригационной системы и подсистемой мониторинга, может быть реализована на базе беспроводных телекоммуникационных технологий. Выводы. Оптимизация оперативного управления влагообеспечением в ирригационных системах возможна за счет использования ИАСУ. Применение непрерывной модели динамики влажности в виде аппроксимирующей поверхности позволяет оптимизировать структуру и параметры работы подсистемы мониторинга, оценивать и прогнозировать влагообеспечение по всей территории орошаемых земель. Использование метода адаптивного управления с экспоненциальным сглаживанием и прогнозирующей моделью приводит к экономному использованию водных и энергетических ресурсов. Библиографический список: 1. Сурин В.А. Механизация и автоматизация полива сельско-хозяйственных культур / В.А. Сурин, В.Ф. Носенко. М.: Колос, 1981. 271 с. 2. Пульты управления системой автоматический полив. URL: http://www.polivmaster.ru/controller.php. 3. Поливода О.В. Применение спектрального анализа в контуре идентификации состояния информационноуправляющей системы ирригационной сети // Вестник Херсонского национального технического университета.2011. № 2(41). С. 245-250. 4. Поливода О.В. Использование непрерывных оболочек для моделирования влагосодержания почвы / О.В. Поливода, С.П. Шейник, А.В. Рудакова // Вестник Херсонского национального технического университета. 2009. № 2(35). С. 357-362. 5. Поливода О.В. Динамическая модель распределения влаги в пахотном слое / О.В. Поливода, Н.И. Рыженко, А.В. Рудакова // Вестник Херсонского национального технического университета. 2010. № 3(39). С. 374–380. 6. Поливода О.В. Использование метода экспоненциального сглаживания для адаптивного управления ирригационной системой/ О.В. Поливода, А.В. Рудакова, Н.В. Сарафанникова // Автоматика–2012: тезисы докладов. Киев: Издательство НУПТ, 2012. С. 118. ПОЛИВОДА ОКСАНА ВАЛЕРИЕВНА – ассистент кафедры «Техническая кибернетика», Херсонский национальный технический университет (Украина). РУДАКОВА АННА ВЛАДИМИРОВНА – доцент кафедры «Техническая кибернетика», Херсонский национальный технический университет (Украина». ШЕЙНИК СЕРГЕЙ ПЕТРОВИЧ – ассистент кафедры «Дизайн», Херсонский национальный технический университет (Украина). 127 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ О.А. Виноградов, И.А. Варфоломеев, Е.В. Ершов, А.Ю. Казинаускас ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА НЕЧЕТКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГРУНТОВОЧНОЙ ПЕЧЬЮ АГРЕГАТА ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ МЕТАЛЛА НА ОАО «СЕВЕРСТАЛЬ» Толщина и качество полимерного покрытия на листе металла являются важнейшими характеристиками при дальнейшей эксплуатации продукции, полученной из данного металла. Если, например, толщина покрытия будет слишком маленькой, то металл в местах сгибов и изломов будет быстро терять полимерное покрытие. С другой стороны, если, например, полимерное покрытие в печи отжига будет пересушено, то может произойти растрескивание покрытия, что приведет к потере качественного вида продукции. Таким образом, обозначилась проблема поддержки необходимой толщины покрытия, а также обеспечение необходимого качества полимерного покрытия металла. Частое изменение параметров объекта управления или внешних возмущений, действующих на него, приводят к постоянному изменению параметров и структуры регулятора. По этой причине, многие процессы производственного цикла нуждаются в адаптивном управлении. Для этих целей широко используются системы интеллектуального управления, а именно расчётно-логические системы. К таким системам относятся системы, способные решать задачи управления на основе декларативных описаний условий (экспертных знаний) благодаря наличию базы знаний и компонентов логического вывода [1]. Агрегат полимерных покрытий металла на ОАО «Северсталь» имеет 2 печи (для сушки грунтовочного и отделочного слоев). Каждая из этих печей имеет по 7 печных зон. В каждой печи можно максимально лакировать 2 стороны. Основной задачей управления грунтовочной печью агрегата полимерных покрытий №2 ОАО «Северсталь» является поддержание температур всех семи зон, обеспечивающих на выходе из печи пиковую температуру полимеризации лакокрасочного покрытия. На данный момент принято считать, что для печи грунтовочного слоя температура полимеризации попадает в диапазон 220-250 оС независимо от типа лака. Нагрев осуществляется путем задания температур всех семи зон печи. При определении температур зон печи необходимо учесть взрывоопасность лака. При достижении концентрации взрывоопасных газов отметки в 30% происходит аварийная остановка работы агрегата. Количество взрывоопасных газов регулируется определением положения заслонок отвода отработанного воздуха установленных во 2-ой и 7-ой зонах печи и зависит от входного потока горячего воздуха и выходного потока отработанного воздуха. Распределение температур по зонам печи также зависит от скорости движения полосы, определяемой заданием на смену, габаритов полосы и толщины покрытия [2]. Каждая из семи зон печи грунтовочного слоя снабжена самостоятельным регулятором температуры (рис. 1). Рис. 1. Структура регулятора В общем случае многосвязный объект в момент времени t содержит m входов ui(t), i=1..m, и n выходов yj(t), j=1..n, причем каждый вход в разной степени действует на каждый выход. Нечёткая модель, описывающая такой объект, состоит из n подмоделей, каждая из которых реализует связь одного выходного параметра и входного вектора [3]. При выполнении определенных этапов построения нечёткой динамической модели, можно определить связи между входными и выходными параметрами грунтовочной печи агрегата полимерных покрытий. Общая структурная схема интеллектуальной модели нечеткого управления грунтовочной печью представлена на рис. 2. 128 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Рис. 2. Общая структурная схема интеллектуальной модели грунтовочной печи агрегата полимерных покрытий Полученная модель позволила рассчитать распределение температуры поверхности полосы по зонам печи на основании заданных значений следующих входных параметров: – габариты полосы – ширина 1,490 м, толщина 0,9 мм; – температура полимеризации – 250 оС; – скорость движения полосы – 1,1 м/с; – взрывоопасность лака – 180,5 (комплексный параметр, зависящий от температуры зажигания растворителя, нижнего предела взрывоопасности растворителя, минимальной теплоты сгорания растворителя, температуры кипения растворителя); – толщина покрытия – 0,02 мм; – температуры печных зон – 250 оС, 300 оС, 350 оС, 375 оС, 365 оС, 370 оС, 280 оС; – скорости вращения вентиляторов зон нагрева – 600 об/мин, 800 об/мин, 1000 об/мин, 1000 об/мин, 1000 об/мин, 1000 об/мин, 600 об/мин; – процент открытия заслонок отвода отработанно воздуха – 2 зона – 100%, 7 зона – 100%. Распределение температуры по зонам печи, необходимое для закрепления лакокрасочного покрытия на поверхности металлической полосы показано на рис. 3. Рис. 3. Распределение температуры по зонам печи Фактическая температура поверхности полосы и рассчитанная по модели отличаются на 5-7% по зонам печи. Это связано с тем, что в модели учитывались не все характеристики объекта. Так не было учтено взаимное влияние температур соседних зон в печи. Тем не менее, температура поверхности полосы, рассчитанная с использованием модели, попала в диапазон допустимых температур полимеризации. Таким образом, при данных допущениях работу модели можно считать адекватной. На основе полученной интеллектуальной модели можно построить структурную схему системы управления грунтовочной печью агрегата полимерного покрытия металла (рис. 4). 129 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Скорость флотации воздуха Температура отжига Толщина покрытия Качество поверхности Толщина полосы Тип краски Блок ввода и установки требуемой температуры печи Толщина влажной пленки Блок расчета объема отработанного воздуха и объема образования растворителя Блок управления флотацией воздуха Отработанный воздух База данных Блок управления нагревом печи в случае изменения размеров полосы Блок регулирования температуры полосы для сушки краски Блок визуализации процесса отжига Деминерализованная вода Толщина покрытия Качество сушки Природный газ Скорость полосы Рис. 4. Структурная схема интеллектуальной системы управления грунтовочной печью Библиографический список: 1. Описание многосвязных объектов с помощью нечётких динамических моделей на примере печи агрегата полимерных покрытий №2 ЧерМК ОАО «Северсталь» / И.А. Варфоломеев, Е.В. Ершов, Л.Н. Виноградова // Сборник материалов 7-ой Международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надёжность машин, приборов и оборудования». Вологда: ФГБОУ ВПО ВоГТУ, 2012. С. 82-85. 2. Matamoros S. Подробное описание печной установки для печи грунтовочного слоя и печи отделочного слоя и термореактора АПП. Леверкузен, Германия: gatv mbH, 2005. 55 с. 3. Кудинов И.Ю. Интеллектуальные технологии моделирования и управления многосвязными объектами // Информационные технологии. Приложение. 2011. № 3. С. 1-32. тет. ВИНОГРАДОВ ОЛЕГ АНАТОЛЬЕВИЧ – магистрант, Череповецкий государственный универси- ВАРФОЛОМЕЕВ ИГОРЬ АНДРЕЕВИЧ – аспирант кафедры МПО ЭВМ, Череповецкий государственный университет. ЕРШОВ ЕВГЕНИЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой МПО ЭВМ, Череповецкий государственный университет. КАЗИНАУСКАС АЛЕКСЕЙ ЮРЬЕВИЧ – студент, Череповецкий государственный университет. 130 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ О.В. Руденко ПОСТРОЕНИЕ АДАПТИВНОЙ НЕЙРОННОЙ СЕТИ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ Прогнозирование режимов электропотребления (электрической нагрузки P) необходимо для решения практически всего спектра задач текущего планирования и оперативного управления режимами функциионирования электроэнергетическими системами (ЭЭС) [1-6]. В самом общем виде задачу прогнозирования электропотребления (ЭП) можно представить как построение функции: P F t , t , n, k , Pt t ,..., Pt nt , X i t t ,..., X i t nt (1) для максимально вероятных неизвестных значений P в будущий момент времени, на интервал упреждения длиной t+kΔt, в зависимости от известных прошлых сведений. Величина прогноза P должна находиться в заданном доверительном интервале прогнозирования δ с заданной доверительной вероятностью p, величина k определяет тип прогноза. Здесь t – текущий момент времени, Δt – интервал времени между измерениями; n – число интервалов в прошлое, k – число интервалов в будущее, m – количество измеряемых характеристик; Xi при i=1,…,m – измеряемые характеристики, входящие в перечень ретроспективных влияющих факторов. Функция в (1) зависит от независимых переменных, принимаемых в качестве факторов, влияющих на величину ЭП, по которым имеются достоверные фактические данные: суточные графики метеорологических параметров, температура, освещённость, влажность, осадки, скорость и направление ветра [6]. Традиционно для прогнозирования используются статистические методы (метод авторегрессии, метод сезонных кривых, факторный анализ и т.д.). Однако они являются, в основном, линейными моделями, а нагрузки, которые они моделируют, являются нелинейными функциями. В последнее время для планирования энергопотребления стали применять нейросетевые методы, основной привлекательностью которых является возможность использования как числовых, так и категориальных переменных [1,5]. Данная задача прогнозирования обладает теми особенностями, которые делают целесообразным использование этих методов: – в таблице входных данных могут присутствовать пропуски; – в данных возможны искажения («шум»); – необходима возможность адаптации модели при поступлении новых данных в процессе эксплуатации; – зависимость (1) имеет неизвестный нелинейный характер. В данной работе для анализа временных рядов применён модуль «Нейронные Сети» пакета STATISTICA 6.0 – удобный, современный, мощный, и очень быстрый пакет нейросетевого анализа данных. В рамках проведённого исследования для прогнозирования потребления электроэнергии использована статистика потребления за предыдущие периоды, а также температурные и погодные факторы на день составления прогноза. Для решения поставленной задачи прогнозирования энергопотребления был построен многослойный персептрон (MLP) (рис. 1). Чтобы избежать недостатков в решении задач регрессии, в MLP используется следующий прием: логистическую функцию активации в выходном слое заменяют на линейную, которая не меняет уровня активации (функции активации меняются только в выходном слое; в промежуточных слоях по-прежнему остаются гиперболические функции активации). Линейная функция активации не насыщается, и поэтому способна экстраполировать (при этом логистические функции предыдущих уровней все-таки предполагают насыщение на более высоких уровнях). Линейные функции активации в MLP могут вызвать определённые вычислительные трудности в алгоритме обратного распространения ошибки, поэтому при его использовании следует брать малые (менее 0.1) скорости обучения. При таком подходе нет необходимости использовать алгоритмы масштабирования исходных данных. Рис.1. Архитектура (топология) MLP 131 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ На основании математической модели первой переменной, которая должна быть использована в качестве входа, является сама нагрузка. Второй входной переменной должна быть температура окружающей среды, которая сильно влияет на энергопотребление. Так же экзогенными переменными могут являться влажность воздуха, скорость ветра, длительность светового дня и т.д., которые создают дискомфорт для человека и могут влиять на потребление электроэнергии. Из этих данных формируется база ретроспективных данных, в которую они записываются через определённый интервал времени Δt.Переменная «Потребляемая электрическая мощность» является как входной, так и выходной. Ретроспективное временное окно равно n=8 (данные за предыдущие 2 часа), а интервал упреждения k=1 (прогноз на 15 мин вперед). В целом по выборке данных, которые не участвовали в обучении НС, средняя относительная погрешность прогноза была равна 2,17%. При эксплуатации любой прогнозной модели рано или поздно возникает вопрос о возможности коррекции её параметров (т.е. адаптация прогнозной модели). Учитывая специфику электроэнергетики, а именно зависимость величины электрической нагрузки от множества различных факторов (погодных условий; типа дня – выходной, рабочий, праздник; типа потребителя – промышленный и бытовой сектор), проблема переобучения системы прогнозирования очевидна, поскольку рано или поздно модель перестанет давать адекватный прогноз. Полученная НС не является адаптивной. К ней относятся общие для всех адаптационных прогнозных моделей проблемы, которые заключаются в требовании быстрого, т.е. в реальном масштабе времени, переобучения в самом процессе эксплуатации; частой невозможности или неэффективности хранения обучающей базы данных разработки модели. . Для преодоления указанных проблем применяются специальные алгоритмы обучения, самообучающиеся, рекуррентные и самоорганизующиеся НС [1, 3, 5, 7, 8]. Первым этапом является изменение алгоритма обучения НС. Алгоритм обучения сети с процедуры обратного распространения ошибки был изменен на алгоритм сигнального обучения Хебба, который может работать без обучающих примеров. Подстройка синапсов будет проводиться только на основании информации, доступной в нейроне, то есть его состояния и уже имеющихся весовых коэффициентов. Вторым этапом является построение рекуррентной нейронной сети – это наиболее сложный вид нейронных сетей, в которых имеется обратная связь. Сеть Эльмана естественным образом предназначена для моделирования временных рядов как альтернатива НС с прямой передачей информации. Если анализ потребления электроэнергии показывает высокий уровень нестабильности и редкие выбросы, то невозможно применение рекуррентных сетей известных топологий без их модификации. Предлагаемая в [8] модификация касается первого и выходного слоев рекуррентной сети. Основой для построения такой архитектуры являются стандартные нейроны с активационной функцией тангенс гиперболический, элементы задержки и блоки фаззификации, предназначенные для преобразования входных номинальных переменных в числовую форму. Таким образом, формируется новый первый скрытый слой. На выходе используется нелинейный нейрон с сигмоидной активационной функцией. Сигналы первого скрытого слоя задержек и фаззификации в виде вектора, описывающего текущее потребление электроэнергии, и его прошлый значения поступают во второй скрытый слой. Выходной слой сети Эльмана образован единственным нейроном, формирующими сигнал прогноза. Непрерывное развитие ЭЭС предъявляет всё более высокие требования к показателям качества прогнозных расчётов (точности, достоверности, информативности, автоматизируемости, быстродействию и т.п.) и обеспечению надёжности энергосистем. Поэтому применение нейросетевых методов, обладающих возможностью для адаптации модели при поступлении новых данных в процессе эксплуатации, является самым оптимальным для решения задачи прогнозирования электропотребления. Библиографический список: 1.Макоклюев Б.И. Анализ и планирование электропотребления. М.: Энергоатомиздат, 2008. 296 с. 2.Автоматизация диспетчерского управления в электроэнергетике / Под общей ред. Ю.Н. Руденко и В.А.Семенова. М.: Издательство МЭИ, 2000. 648 с. 3.Гурский С.Н. Адаптивное прогнозирование временных рядов в электроэнергетике. Минск: Наука и техника, 1983. 4.Бэнн Д.В., Фармер Е.Д. Сравнительные модели прогнозирования электрической нагрузки: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1987. 200 с. 5.Новые информационные технологии в задачах оперативного управления электроэнергетическими системами / Н.А. Манов, Ю.Я. Чукреев, М.И.Успенский и др. Екатеринбург: УрО РАН, 2002. С. 127-156. 6.Методика прогнозирования графиков электропотребления для технологий краткосрочного планирования. ОАО «СО ЕЭС», 2007. www.so-ups.ru. 132 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ 7.ОАО «ВНИИЭ», программный комплекс "Энергостат": http://www.yug.so-ups.ru/Page.aspx?IdP=625. 8. Плисс И.П., Попов С.В., Рыбальченко Т.В., Слипченко Е.В. Модифицированная реккурентная нейронная сеть Элмана в задаче краткосрочного прогнозирования потребления электроэнергии // Свiтлотехнiка та електроэнергетика. Вып. 2. 2009. С. 70-87. РУДЕНКО ОЛЬГА ВАЛЕНТИНОВНА – кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры Общей математики, Кубанский государственный технологический университет. 133 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ ЭНЕРГЕТИКА С.В. Гаврилова, Е.А. Бексаева ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В ближайшем будущем проблема энергосбережения повысит свой рейтинг при ускоренном развитии экономики, когда появится дефицит электрической энергии и компенсировать его можно двумя путями – введением новых энергогенерирующих систем и энергосбережением. Решение проблемы энергосбережения возможно при совершенствовании регулируемого электропривода на базе асинхронных двигателей, которые должны быть спроектированы и изготовлены специально для энергосберегающих технологий. Целью данной работы является рассмотрение возможностей создания энергоэффективных асинхронных двигателей (АД) для регулируемых электроприводов для обеспечения реального энергосбережения. Принимая во внимание большой потенциал энергосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ), рассмотрим возможности применения регулируемого электропривода на базе асинхронных двигателей в этой сфере. Одним из перспективных способов совершенствования электропривода является проектирование и изготовление АД специально для конкретных условий эксплуатации, что благоприятно для обеспечения энергосбережения [3, с. 5]. При этом встает вопрос об обоснованном выборе подходящего двигателя из разнообразной по исполнению, модификациям номенклатуры выпускаемых двигателей, потому что применение общепромышленных асинхронных двигателей для электропривода с регулируемой частотой вращения оказывается неоптимальным по массогабаритным, стоимостным и энергетическим показателям. В связи с этим требуется проектирование энергоэффективных АД. Энергоэффективным является асинхронный двигатель, в котором с использованием системного подхода при проектировании, изготовлении и эксплуатации повышены КПД, коэффициент мощности и надежность. Анализ проблем регулируемых асинхронных двигателей показал, что их разработка должна выполняться на основании системного подхода с учетом особенностей работы в регулируемых электроприводах [2, с. 357]. В настоящее время в связи с возросшими требованиями к эффективности за счет решения вопросов энергосбережения и повышения надежности функционирования электротехнических систем приобретают особую актуальность задачи модернизации асинхронных двигателей для улучшения их энергетических характеристик (КПД и коэффициента мощности), получения новых потребительских качеств (совершенствование защиты от окружающей среды, в том числе герметизация), обеспечение надежности при проектировании, изготовлении и эксплуатации асинхронных двигателей. Поэтому при выполнении исследований и разработок в области модернизации и оптимизации асинхронных двигателей необходимо создание соответствующих методик для определения их оптимальных параметров, из условия получения максимальных энергетических характеристик, и расчета динамических характеристик (время пуска, нагрев обмоток и т.д.). Важно определить наилучшие абсолютные и удельные энергетические характеристики асинхронных двигателей, исходя из требований, предъявляемых к регулируемому электроприводу переменного тока. В настоящее время АД для регулируемого электропривода практически не разрабатываются. Целесообразно использовать специальные модификации асинхронных двигателей, в которых сохраняются штампы на листы статора и ротора и основные конструкционные элементы. В данной статье рассматривается возможность создания энергоэффективных АД путем изменения длины сердечника статора (l), числа витков в фазе обмотки статора (W) и диаметра провода при использовании заводской геометрии поперечного сечения. На начальном этапе была произведена модернизация асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором за счет изменения только активной длины [1, с. 239]. В качестве базового двигателя взят асинхронный двигатель АИР112М2 мощностью 7,5 кВт. Значения длины сердечника статора для расчетов принимались в диапазоне l=100-170%. Результаты расчетов в виде зависимостей максимального (ŋmax) и номинального (ŋн) КПД от длины для взятого типоразмера двигателя представлены на рис. 1. 134 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Рис. 1. Зависимости максимального и номинального коэффициента полезного действия при различной длине сердечника статора Модернизированный АД имеет номинальный КПД выше, чем у базового двигателя при изменении длины сердечника статора до 160%, при этом наиболее высокие значения номинального КПД наблюдаются при 110-125%. Но изменение только длины сердечника и, как следствие, уменьшение потерь в стали, несмотря на некоторое увеличение КПД, не является наиболее эффективным путем совершенствования асинхронного двигателя. Более рациональным будет изменение длины и обмоточных данных двигателя (число витков обмотки и сечение провода обмотки статора). При рассмотрении данного варианта значения длины сердечника статора для расчетов принимались в диапазоне l=100-130% [1, с.240], а значения витков обмотки статора – W=60-110%. У базового двигателя значение W=108 витков и ŋн =0,875. На рис. 2 представлен график изменения значения КПД при изменении обмоточных данных и активной длины двигателя. При изменении количества витков обмотки статора в сторону уменьшения, происходит резкое падение значений КПД до 0,805 и 0,819 у двигателей с длиной 100 и 105% соответственно. Рис. 2. Зависимость КПД от изменения длины и числа витков Двигатели в диапазоне изменения длины l=110-130% имеют значения КПД выше, чем у базового двигателя, например W=96 ŋн=0,876-0,885 и W=84 при l=125-130% имеют ŋн=0,879-0,885. Целесообразно рассматривать двигатели с длиной в диапазоне 110-130%, и при снижении количества витков обмотки статора на 10%, что соответствует W=96 витков. Экстремум функции (рис. 2), выделенный темным цветом, соответствует данным значениям длины и витков. Значение КПД при этом возрастает на 0,7-1,7% и составляет 0,876-0,885. Третий путь обеспечения энергосбережения мы видим в том, что можно применять асинхронный двигатель общепромышленного исполнения большей мощности [3, с. 19]. Значения длины сердечника статора для расчетов принимались в диапазоне l=100-170%. Анализ полученных данных показывает, что у исследуемого двигателя АИР112М2 мощностью 7,5 кВт при увеличении его длины до 115% максимальное значение КПД ŋmax=0,885 соответствует мощности Р=5,5 кВт. Этот факт указывает на то, что 135 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ можно использовать в регулируемом электроприводе двигатели серии АИР112М2 с увеличенной длиной сердечника статора мощностью 7,5 кВт, вместо базового двигателя мощностью 5,5 кВт серии АИР90М2. Огромный потенциал энергосбережения в России определяется большими затратами электрической энергии в народном хозяйстве. Системный подход при разработке асинхронных регулируемых электроприводов и организация их серийного производства может обеспечить эффективное энергосбережение, в частности, в жилищно-коммунальном хозяйстве. При решении проблемы энергосбережения следует применять асинхронный регулируемый электропривод, альтернативы которому в настоящее время нет. Задачу создания энергоэффективных асинхронных двигателей, отвечающих конкретным условиям эксплуатации и энергосбережения, необходимо решать для конкретного регулируемого электропривода, используя системный подход. В настоящее время применяется новый подход к проектированию асинхронных двигателей. Определяющим фактором является повышение энергетических характеристик. Библиографический список: 1. Вехтер Е.В. Выбор асинхронных двигателей повышенной мощности для обеспечения энергосбережения насосных агрегатов в ЖКХ // Современная техника и технологии. Томск: Изд-во ТПУ, 2005. Т. 1. С. 239-241. 2. Петрушин В.С. Системный подход при проектировании регулируемых асинхронных двигателей // Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение: Труды 5-ой Междунар. конф. МКЭЭЭ-2003. Крым, Алушта, 2003. Ч. 1. С. 357-360. 3. Энергетическая стратегия России на период до 2020 г. // ТЭК. 2003. № 2. С. 5-37. ГАВРИЛОВА СВЕТЛАНА ВЛАДИМИРОВНА – студент, Ульяновский государственный технический университет. БЕКСАЕВА ЕКАТЕРИНА АНДРЕЕВНА – студент, Ульяновский государственный технический университет. 136 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ А.В. Гуляев ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ При существующей потребности в наличие автономной ветрогенераторной установки встает вопрос о выборе основных характеристик ветрогенератора для соответствующих нужд и метеорологических условий района. Существует множество различных типов ветрогенераторных установок, их выбор зависит в основном от средней расчетной скорости ветра. Метеорологические условия Вологодской области характеризуются наличием ветров средней скоростью 3-4 м/с вблизи поверхности земли, лесистой местностью, высокой влажностью и резкими перепадами температур. Работа ветроэнергетических установок в таких условиях затруднительна. Задача оценки приспособленности существующих типов ветрогенератора поставлена в данной работе. Нами были проведены исследования на экспериментальной аэродинамической установке с целью сравнения аэродинамических качеств существующих типов пропеллеров. Испытательная установка состоит из аэродинамической трубы, создающей ламинарный воздушный поток, инвертора, управляющего скоростью воздушного потока, датчика генераторного типа, прибора для измерения скорости вращения вала пропеллера и анемометра. Испытания проводились на пропеллерах с вертикальной и горизонтальной осью, при этом их площади вращения были эквивалентны (рис. 1). Рис. 1. Пропеллеры: с горизонтальной осью (слева); с вертикальной осью (справа) Установлена зависимость показателя частоты на инверторе от скорости воздушного потока, создаваемого пропеллером. Для этого менялась скорость воздушного потока, создаваемого аэродинамической трубой, скорость исходящего воздушного потока измерялась с помощью анемометра. Получилась следующая зависимость (табл. 1). Установив зависимость частоты на инверторе от скорости воздушного потока, появилась возможность исследовать эффективность ветрогенераторных установок различных типов. Далее, с датчика генераторного типа, непосредственно соединенного с пропеллером анемометра, снимались значения напряжения при разных скоростях воздушного потока. Для различных типов установок получены результаты измерений (табл. 1). Таблица 1 Скорость воздушного потока, м/с Напряжение анемометрического датчика, В с горизонтальной осью с вертикальной осью 2 лопасти 3 лопасти 4 лопасти 0,75 0,9 1,65 2,1 2,9 3,1 3,6 4,6 4,9 5 0 0 0,026 0,101 0,135 0,149 0,168 0,191 0,202 0,207 0,000 0,000 0,011 0,277 0,361 0,428 0,503 0,573 0,625 0,636 0,000 0,000 0,000 0,000 0,116 0,450 0,546 0,616 0,642 0,681 137 0,000 0,000 0,000 0,252 0,368 0,455 0,523 0,588 0,627 0,650 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ По результатам измерений построен график зависимости напряжения генератора в зависимости от скорости воздушного потока. Рис. 2. Зависимость изменения напряжения на генераторе, от скорости воздушного потока Результаты испытаний показывают, что ветрогенератор с вертикальной осью вращения стартует намного раньше, чем с горизонтальной осью, что может оказаться решающим фактором при выборе типа пропеллера для ветроэнергетической установки в метеорологических условиях Вологодской области. Изготовленная экспериментальная установка и модель тихоходного электрогенератора, способна производить до 1.0 кВт электроэнергии. Техническая новизна решений основывается на применении семифазного статора и ротора на постоянных магнитах. Опыт работы проектирования электрогенераторов постоянного тока основывается на существующих наработках (рис. 3). Рис. 3. Экспериментальная ветроэнергетическая установка с тихоходным электрогенератором Возможна оптимизация характеристик выходной мощность за счет установки повышающего планетарного редуктора между осью пропеллера и электрогенератора. Для этого необходимо изготовление планетарного редуктора для ветрогенератора, уменьшение затрат времени на изготовление ветрогенератора за счет применения шаблонов, готовых изделий, оптимизации технологии изготовления деталей. 138 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ На основании опыта, полученного при конструировании тихоходного электрогенератора планируется повысить надежность конструкции и ее стойкость к воздействию перепадов температур, конденсации влаги, воздействию осадков. ГУЛЯЕВ АЛЕКСЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ – студент факультета производственного менеджмента и инновационных технологий, Вологодский государственный технический университет. 139 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ А.И. Мершевой, Д.Л. Безбородов, Е.К. Сафонова, А.Л. Попов ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В ЭНЕРГЕТИКЕ Луганская теплоэлектростанция входит в состав компании «Востокэнерго» и располагает энергоблоками суммарной установленной электрической мощностью 1 425 МВт (4 энергоблока по 200 МВт, 3 по 175 МВт и 1-100 МВт), а также с 2-мя законсервированными до недавнего времени энергоблоками, которые исчерпали свои проектные ресурсы. 3 блока мощностью 200 МВт по техническим ограничениям перемаркированы в 175 МВт. Для повышения КПД блока предлагаем замену привода питательного насоса. Для небольших мощностей питательного насоса (до 6500 кВт) обычно используют асинхронный двигатель. Следует также отметить, что мощность изготавливаемых в настоящий момент электродвигателей не превышает 8000-12000 кВт. Поэтому для крупных блоков на установках с электроприводом приходится применять несколько питательных насосов, что усложняет схему и делает ее дороже. Электропривод прост в эксплуатации, обладает высокой надежностью и имеет высокий к.п.д. Но при этом регулирование расхода питательной воды может вестись либо дросселированием, либо с помощью гидромуфты. Это снижает КПД при работе на низких нагрузках. Регулирование дросселированием в этом случае экономически не корректно и так же ведет быстрому износу насоса и арматуры. Регулирование гидромуфтой так же имеет свои недостатки, несмотря на то, что это экономичнее, но при низких нагрузках блока велики потери к.п.д. При работе в номинальном режиме ее к.п.д. составляет 95-98%, а при нагрузке 50% всего лишь 75-80%. Наряду с электроприводом так же возможно применение турбопривода питательного насоса (ТПН), газотурбинных и газопоршневых установок. Паропроизводительность котла, мощность и тип турбины являются основными критериями по выбору и компоновке питательных насосов. Компоновка питательных насосов к мощным энергоблокам может выполняться в различных вариантах сочетания оборудования (установка двух или трех питательных электронасосов, установка одного питательного турбонасоса и одного питательного электронасоса, и т.д.). Предлагаем для привода питательного насоса использовать паровую турбину. Она позволяет в достаточно широких пределах производить регулирование частоты вращения. Во всех случаях на ТЭС пар подводится к приводной турбине от одного из отборов главной турбины или из котла (свежий пар), а так же возможен вариант подвода пара из холодной нитки (пар идущий на перегрев после ЦВД). Эти схемы подключения изображены на Рис 1. Рис. 1. Варианты питания приводной турбины 140 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ При использовании турбопривода в качестве привода питательного насоса его регулирование производительности производится изменением числа оборотов ротора. Такой вид регулирования является наиболее экономичным. Кроме того, применение турбопривода приводит к уменьшению расхода электроэнергии на собственные нужды электростанции. Проведенные расчеты показали, что уменьшились затраты на собственные нужды с 10% до 6,57% блока, что привело к увеличению количества сжигаемого натурального топлива с 0,462кг до 0,512 кг. Так как затраты электрической энергии уменьшились то соответственно увеличился отпуск ее с шин станции с 1266300 МВт/год до 1362780 МВт/год. Увеличились затраты на ремонт и содержание оборудования, но общепроизводственные затраты уменьшились. Из таблицы видно, что общие затраты на 1МВт ч уменьшились с 404,468 до 397,656. Экономическая эффективность предложенной реконструкции: срок окупаемости капиталовложений 3 года и годовой экономический эффект 5083167,953 грн. Нет необходимости нанимать дополнительный персонал или переучивать его для обслуживания ТПН. Результаты расчетов для реконструированного и не реконструированного варианта приведены в таблице 1. Таблица 1. Калькуляция себестоимости 1МВт-ч электрической энергии Затраты Топливо (уголь), т Вода на тех. нужды, м3 Электроэнергия, кВт-ч Заработная плата Отчисления в фонды соц.страхования Затраты на ремонт и содержание оборудования Общепроизводственные затраты Амортизация ОПФ Итого исходный вариант кол-во цена 0,472 681,200 0,134 9,500 0,100 471,000 х х х х сумма 321,628 1,273 47,100 6,418 2,282 проектный вариант кол-во цена 0,505 681,200 0,134 9,500 0,031 471,000 х х х х сумма 344,142 1,273 14,803 6,418 2,120 х х х х х 0,086 х х 0,100 х х х 6,477 19,204 404,468 х х х х х х 6,185 22,616 397,656 Библиографический список: 1. К вопросу рационального использования энергетических ресурсов при работе энергетических блоков 200 МВт / А.И. Мершевой, А.В. Литвиненко, Д.Л. Безбородов // Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів: ХХII Всеукраїнська наукова конференція аспірантів і студентів, 17-19 квітня 2012 р.: збірка доповідей. Т. 2 / ДонНТУ та ін.; редкол.: Є.О. Башков (відп. ред.) та ін. Донецьк: ДонНТУ: ДонНУ, 2012. С.200–201. 2. К вопросу повышения эффективности работы котельных / И И. Подколзина, О.Г. Сагир, Д.Л. Безбородов // Металлургия XXI столетия глазами молодых : всеукраинская научно-практическая конференция студентов: сборник докладов / ГВУЗ "ДонНТУ", Физико-металлургический ф-т ; редкол.: С.М. Сафьянц (пред.) и др. Донецк: ДонНТУ, 2012. С.152. 3. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкции турбин: учебник для вузов: в 2 кн. / А.В. Щегляев; А.В. Щегляев. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1993. 384с.: ил.,1 л.портр. Загл. обл.: Паровые турбины. 4. Краткий справочник по паротурбинным установкам / П.Н. Шляхин, М.Л. Бершадский; П.Н. Шляхин, М.Л. Бершадский. 2-е изд., доп. М.: Энергия, 1970. 215 с.: черт. МЕРШЕВОЙ АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ – студент, Донецкий национальный технический университет (Украина). БЕЗБОРОДОВ ДЕНИС ЛЕОНИДОВИЧ – старший преподователь кафедры Промышленной теплоэнергетики, Донецкий национальный технический университет (Украина). САФОНОВА ЕЛЕНА КОНСТАНТИНОВНА – доцент кафедры Промышленной теплоэнергетики, Донецкий национальный технический университет (Украина). ПОПОВ АНАТОЛИЙ ЛЕОНИДОВИЧ – доцент кафедры Промышленной теплоэнергетики, Донецкий национальный технический университет (Украина). 141 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Ю.Е. Николаев, А.Б. Дубинин, И.А. Вдовенко, В.Н. Осипов ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ СХЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Разработка перспективных схем теплоснабжения муниципальных образований предусматривает повышение экономичности, надежности и качества предоставляемых услуг населению путем внедрения энергосберегающих технологий во всех звеньях системы. В законе «О теплоснабжении» указывается на «..обеспечение приоритетного использования комбинированной выработки электрической и тепловой энергии» [1]. Включение в схемы теплоснабжения малых ТЭЦ на базе газотурбинных (ГТУ) и газопоршневых установок будет оказывать влияние на показатели надежности теплообеспечения. В качестве основного показателя надежности рекомендуется принимать вероятность безотказной работы системы теплоснабжения и ее элементов (источника, сетей и установок потребителей) [2]. Рассмотрим определение указанных показателей для отдельных элементов системы теплоснабжения. Вероятности, в которых может находиться источник, определяются на основании составления его структурной схемы и графа состояний [3]. Применительно к схеме малой ТЭЦ с газотурбинными установками, состоящей из двух блоков ГТУ с котлами-утилизаторами и двух пиковых водогрейных котлов, структурная схема и граф возможных состояний приведены на рисунке. На рисунке S0 соответствует исправному состоянию всех элементов системы, S1 – отказу одного блока ГТУ, S2 – отказу всех элементов (двух ГТУ и двух пиковых котлов), S3 – отказу одного пикового котла. Рис. Структурная схема (а) и граф состояний (б) малой ТЭЦ с ГТУ и пиковыми котлами 1 – блок ГТУ с котлом-утилизатором; 2 – пиковый водогрейный котел Переход из одного состояния в другое характеризуется интенсивностями отказа ГТУ – 1, пикового котла – 2. Соответствующие интенсивности восстановления обозначены 1, 2. Показатели надежности малых энергоустановок приняты в соответствии с данными их эксплуатации: 1=(0,29-1)*10-3,1/ч, 2=0,17*10-3,1/ч, 1=0,02-0,024 1/ч, 2=0,025-0,033 1/ч. Составляя систему уравнений и решая ее, получим искомые вероятности. Для графа, изображенного на рисунке, система запишется в виде: Р 0 2λ 2λ Р μ Р μ Р 0; 2 1 0 1 1 2 3 t Р 1 2λ Р λ μ Р 2μ Р 0; 1 0 1 1 1 1 2 t Р 3 2λ Р μ λ Р 2μ Р 0; t 2 0 2 2 3 2 2 Р Р Р Р 1, 1 2 3 0 (1) где Р0 , Р1, Р2, Р3 – вероятности работоспособного состояния источника теплоснабжения, выхода в аварийный режим одной ГТУ, полного останова источника и выхода в аварийный режим одного пикового котла. 142 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Решение системы уравнений показало, что вероятность безотказной работы малой ТЭЦ (Р 0) находится в пределах 0,9896 – 0,9905, что превышает нормативную величину равную 0,97 [2]. Надежность работы тепловых сетей определим используя методику, разработанную в [4]. Параметр потока отказов для трубопроводов принят равным з = 0,05 1/км год, для задвижек т = 0,002 1/ год. Для повышения надежности теплоснабжения тепловые сети секционированы с установкой задвижек после каждого ответвления. Присоединение ответвлений к магистральной сети осуществляется с двух сторон от секционирующей задвижки до и после нее. Эквивалентные параметры потока отказов на каждом участке сети рассчитаны по формуле экв 2 (з т l ) , (2) где l – длина участка трубопровода, км. Вероятность работоспособного состояния системы теплоснабжения определяется как Р ехр ( j t ) , ( 3) j где t – относительное годовое время работы системы теплоснабжения; j – номер участка тепловой сети. Расчет вероятности работоспособного состояния сетей показал, что величина Р составляет 0,5417, что значительно ниже нормируемого значения 0,9 [2]. Это получается в результате низкой надежности протяженных магистральных сетей диаметром 450-500 мм. Для повышения надежности сетей рекомендуется включение в схему резервной котельной и дополнительных перемычек. Вероятность безотказной работы сетей в этом случае составляет 0,94-0,96 и превышает нормируемый уровень надежности. Таким образом, при разработке перспективных схем теплоснабжения городов необходимо оценивать изменение надежности источника теплоты, тепловых сетей и системы теплоснабжения в целом с целью проверки соответствия их показателей нормируемым значениям. При этом возможен перевод отдельных котельных в резерв. Следует заметить, что полученные результаты справедливы при принятых показателях, характеризующих надежность отдельных звеньев системы. При их изменении возможно получение других решений. Библиографический список: 1. ФЗ РФ «О теплоснабжении» № 190-ФЗ. М.: Изд-во Проспект, 2010. 48 с. 2. СНиП 41-02-2003 Тепловые сети. М.: Госстрой России. 2003. 37 с. 3. Надежность теплоэнергетического оборудования ТЭС и АЭС / Под ред. А.И. Андрющенко. М.: Высшая школа, 1991. 303 с. 4. Ионин А.А. Надежность систем тепловых сетей. М.: Стройиздат,1989. 268 с. НИКОЛАЕВ ЮРИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ – профессор, Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А. ДУБИНИН АЛЕКСАНДР БОРИСОВИЧ – доцент, Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А. ВДОВЕНКО ИВАН АНАТОЛЬЕВИЧ – доцент, Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А. ОСИПОВ ВАЛЕРИЙ НИКОЛАЕВИЧ – доцент, Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А. 143 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ И.М. Павленко, С.Ф. Степанов ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩЕГО КОМПЛЕКСА МУЛЬТИМОДУЛЬНЫХ ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ В настоящее время большинство разработчиков ветроэлектрических станций (ВЭС) стремятся увеличить вырабатываемую ими мощность за счет увеличения их габаритов. Однако при увеличении линейного размера ВЭС ее мощность растет в квадратной пропорции, а вес – в кубической. При этом лопасти ВЭС, как и другие их элементы, должны быть легкими, прочными и упругими, так как повышение массы увеличивает нагрузки на конструкцию и стоимость ветроэлектростанции. Монтаж и ремонт крупных ВЭС требует наличия специальной техники, а повреждения отдельных элементов таких ветроэлектростанций приводят к серьезным авариям, а замена крупной детали на высоте более 100 м является чрезвычайно сложным и дорогостоящим мероприятием, которое занимает длительное время [1, с. 42]. Примеры конструктивных просчетов крупных ветроэлектростанций известны во всем мире, так в Англии сильный ветер повредил одну из турбин (рис. 1). Рис. 1. Авария на ветроэлектростанции в Англии Однако параллельно с этими разработками развивается альтернативное направление создания ветроэлектростанций модульного типа. Мультимодульная ветроэлектростанция (МВЭС) представляет собой объединение в одной конструкции многих модулей небольшой мощности. Мультимодульные ветроэлектрические станции содержат несколько съемных модулей 1, закрепленных на вращающейся раме 2, установленной на опоре 5, а также датчик направления и скорости ветра 3 и блок управления вращающейся рамой 4 (рис. 2). При большом количестве съемных модулей вращающаяся рама может быть установлена на нескольких опорах. а) б) Рис. 2. Мультимодульная ветроэлектростанция: а) вид спереди, б) вид сбоку, где 1 – съемный модуль мультимодульной ветроэлектростанции, 2 – вращающаяся рама, 3 – датчик направления и скорости ветра, 4 – блок управления вращающейся рамой, 5 – опора 144 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Ветроэлектростанции данного типа обладают повышенной надежностью, удобны в эксплуатации и ремонте, а также позволяют выполнить МВЭС необходимой мощности, объединением модулей небольшого размера [1, с. 42]. Размер ветроэлектростанции определяется количеством модулей, увеличивая число которых, можно получить значительную суммарную мощность. Известно, что работа любой ветроэлектростанции возможна только до определенной скорости ветра. При ураганных скоростях ветра возрастает нагрузка на лопасти и мачту крупных ВЭС. Отличительной особенностью мультимодульной ветроэлектростанции является способность противостоять таким скоростям ветра: при скорости ветра более 25 м/с ветроэлектростанция располагается вдоль ветрового потока (рис. 2, б), защищая лопасти и электрогенераторы модулей МВЭС от разрушения. Каждый из съемных модулей МВЭС включает в себя установленные на неподвижном валу ветроколесо, соединенное с электрогенератором, электромеханическую систему перемещения ветроколеса и преобразователь частоты. В качестве генератора используется многополюсный синхронный генератор на постоянных магнитах. К преимуществам этих генераторов относится надежность, простота конструкции и обслуживания, удобство эксплуатации, автономность, меньший нагрев. Особенностью этих бесконтактных генераторов является отсутствие подвижных контактов, усложняющих конструкцию и снижающих надежность электрической машины. По имеющейся статике щеточный контакт при нормальных условиях работы наряду с изоляцией и подшипниковыми узлами вызывает наибольшее число отказов электрических машин [2, с. 78]. Но синхронные генераторы на постоянных магнитах обладают рядом недостатков, наиболее существенными из которых являются сложность регулирования и стабилизации напряжения. Устранение этого недостатка осуществляется с помощью преобразователя частоты со звеном постоянного тока, который особенно удобен для подключения аккумуляторных батарей. Другой особенностью модуля МВЭС является то, что ветроколесо 6 установлено в роторе многополюсного электрогенератора 11. На внутренней поверхности статора электрогенератора 9 расположена обмотка статора электрогенератора 10 безпазовой конструкции, выполненная в виде плоских изолированных проводников небольшой толщины. Применение предложенной конструкции ветроэлектростанции позволяет устранить недостатки крупных ВЭС, а применение электромеханической системы перемещения ветроколеса в составе модуля МВЭС позволяет стабилизировать выходное напряжение при изменяющейся скорости ветра, сокращая при этом диапазон регулирования преобразователя частоты на основе инвертора тока, за счет электромеханической системы перемещения ветроколеса. Библиографический список: 1. Соломенкова О.Б. Мультимодульные ветроэлектростанции – одно из перспективных направлений использования ветровой энергии / О.Б. Соломенкова, И.М. Павленко, С.Ф. Степанов // Научно-практический журнал Энергосбережение в Саратовской области. Саратов, июнь 2011 г. № 2 (44). С. 42-43. 2. Электрические генераторы для ветроэлектростанций: состояние и перспективы развития / И.М. Павленко [и др.] // Инновационные технологии в обучении и производстве: Материалы VII Всероссийской научно-практич. конф. / Камышин. 2010. Т. 4. С. 77-80. ПАВЛЕНКО ИРИНА МИХАЙЛОВНА – аспирант, Саратовский технический университет им. Гагарина Ю.А. СТЕПАНОВ СЕРГЕЙ ФЕДОРОВИЧ – доктор техничеких наук, профессор кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий», Саратовский технический университет им. Гагарина Ю.А. 145 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ П.В. Коваленко, В.Д. Куликов ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-ИНВЕРТОРНЫХ БЛОКОВ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ТРЕХГЕНЕРАТОРНОЙ АВТОНОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ В автономных системах электроснабжения возможно применение генераторов различной мощности, подключенные параллельно на общую нагрузку. При использовании в качестве генераторов синхронных машин на постоянных магнитах, управление величиной генерируемого тока не представляется возможным. В таком случае применяются преобразователи частоты на полупроводниковых элементах, а управление величиной тока осуществляется на стадии выпрямления. При этом необходимо решить задачу синхронного управления выпрямителями, подключенными к выводам генераторов, для обеспечения параллельной работы генераторов переменного тока различной мощности на общую шину постоянного тока. Для решения такой задачи предлагается система управления выпрямителями, модель которой изображена на рисунке 1. Для исследования процессов синхронизации работы отдельных контуров генерирования электроэнергии была разработана математическая модель в программном комплексе MatLab с пакетом приложений Simulink [1]. В предлагаемой модели управление электрогенерирующим комплексом возможно с любым количеством генераторов различной мощности и скоростей вращения ротора. При этом для стабилизации напряжения достаточно управления одного из выпрямителей по величине вырабатываемого напряжения, подключенных к наиболее мощному генератору, а управление остальными выпрямителями будет осуществляться синхронно, пропорционально номинальной мощности подключенных к ним генераторов. В таком случае не требуется устройств коммутации и системы управления коммутацией силовых цепей для дополнительных запусков и остановов генераторов при изменении нагрузки. В3 G3 БУВ3 ДТ3 IВ3 И1 В2 380 В, 50 Гц G2 БУВ2 ДТн Iнагр ДТ2 IВ2 В1 G1 БУВ1 ПИрегулятор ΔIВ3 ΔIВ2 ПИрегулятор Uном ΔU ПИрегулятор блок сравнения блок сравнения умножитель умножитель блок деления Iном Iном2 Iном3 блок сравнения Рис. 1. Структурная схема формирования управляющих сигналов в трехгенераторной автономной электростанции 146 ДН I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ В математической модели системы управления выпрямителями заданы различные мощности (токи) генераторов 1-3 и одинаковое значение напряжения и электрической частоты. Нагрузка моделируется отдельным блоком с заданными параметрами. На рисунке 2 показана зависимость токов генераторов 2 и 3 после выпрямления от величины нагрузки. Видно синхронное изменение величин токов после выпрямления пропорционально в соответствии с изменением величины тока нагрузки потребителя. При этом можно наблюдать некоторый переходный процесс в течение первых 5-6 секунд, по истечении которых действующее значение токов стабилизируется. Коэффициент загрузки по току нагрузки Ток от генератора 2 за выпрямителем Ток от генератора 3 за выпрямителем 5, с 6, с t, с Рис. 2. Осциллограмма токов выпрямителей 2, 3 Напряжение на выводах выпрямителей синхронизировано во времени между собой и стабилизируется до заданного значения 300 Вольт через некоторый промежуток времени (на осциллограммах, изображенных на рисунке 3, к 5-ой секунде). На осциллограммах также наблюдается переходный процесс на начальном интервале времени. 147 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ 1с Опорное напряжение 300 В Напряжение выпрямителя 1 300 В Напряжение выпрямителя 2 300 В Напряжение выпрямителя 3 2с 3с 4с 300 В 5с Рис. 3. Осциллограмма напряжений на выводах выпрямителей Таким образом, результаты исследования предлагаемой модели показывают ее работоспособность и возможность осуществить синхронное управление выпрямителями, подключенными к генераторам различной мощности, работающим параллельно на общую шину нагрузки. Библиографический список: 1. Коваленко П.В. Модель системы управления выпрямителями при параллельной работе генераторов на шину постоянного тока / П.В. Коваленко, С.Ф. Степанов, Коваленко В.В. // Актуальные проблемы электронного приборостроения: материалы 10-й юбилейной международной конференции (Саратов, 19-20 сентября 2012 г.). Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2012. С. 348-350. 2. Артюхов, И.И. Автономная система электроснабжения с перестраиваемой структурой / И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, А.В. Коротков, Н.В. Погодин // Проблемы электроэнергетики: межвуз. науч. сб. Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2004. С. 9-14. КОВАЛЕНКО ПАВЕЛ ВАЛЕРЬЕВИЧ – аспирант кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий», Саратовский технический университет им. Гагарина Ю.А. КУЛИКОВ ВИКТОР ДМИТРИЕВИЧ – кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий», Саратовский технический университет им. Гагарина Ю.А. 148 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Н.И. Черкасова, В.С. Гребенников ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ С УЧЕТОМ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНРГИИ. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИСКАЖАЮЩИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ При проведении работ по энергосбережению требуется определить качество электроэнергии, так как дополнительные потери электроэнергии возникают в том числе в результате плохого ее качества. Авторами проводился энергоаудит агропромышленной компании «Мельник» по инициативе руководства компании. Агропромышленная компания «Мельник» – довольно крупное предприятие по переработке зерна, построенное по типовому проекту и имеющее проблемы, типичные для предприятий данной отрасли. Краткие результаты исследования, касающиеся качества электроэнергии приведены ниже. Из восьми показателей качества электроэнергии, нормируемых ГОСТ 13109-97, наиболее важными и существенно влияющими на работу электроприемников, можно назвать следующие: 1. Установившееся отклонение напряжения U у ; 2. Колебание напряжения (размах изменения напряжения) U t ; 3. Несинусоидальность напряжения, характеризуемая коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения k u и коэффициентом n-ой гармонической составляющей напряжения k u (n ) . Рассмотрение именно этих показателей качества вызвано тем, что на улучшение их значений можно повлиять выполнением мероприятий на самом предприятии. Изменение других показателей качества электроэнергии с точки зрения потребителя весьма проблематично и поэтому не было рассмотрено. Для анализа параметров электроэнергии рассмотрены точки подключения питающих кабельных линий 6 кВ к источнику питания. Взяты наиболее характерные сутки (16.11.11 г, среда рабочего дня). Отклонение напряжения в течение суток определялось его максимальным и минимальным значениями: U max = 6,29 кВ; U min =6,02 кВ. Отклонение напряжения определилось величиной U у = 4,8%, при нормально допустимом отклонении 5% , согласно [1]. Колебание напряжения определялось в течение суток его максимальным и минимальным значениями, соответственно: U max =6,45 кВ; U min = 6,1 кВ. Колебание напряжения определилось величиной U t = 7,5%. Предельно допустимое значение суммы установившегося отклонения и размаха изменения напряжения нормируются величиной 10% [1]. Вывод: показатели качества отклонения и размаха изменения напряжения находятся в пределах нормально допустимых величин. Несинусоидальность форм кривой напряжения определялась по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения ku , который за рассматриваемый период изменялся от 1,8% до 16,6%. Предельно допустимым значением является величина 8%, согласно [1]. Были исследованы коэффициенты несинусоидальности пятнадцати гармонических составляющих, значения которых приведены в таблице 1. Наибольшее влияние на форму напряжения оказывают нечетные гармоники: 5, 7, 11, а также нечетные гармоники кратные трем. Наличие гармоник 3, 9 и 15-ой наиболее отрицательно сказывается на работе электромагнитных аппаратов (трансформаторов и электродвигателей). Наибольший ущерб от несинусоидальности напряжения определяется дополнительными активными потерями в электроаппаратах и старением их изоляции в результате повышенного нагрева. Наличие гармонических составляющих в форме кривой напряжения Таблица 1 Фактическое содержание, % от первой гармоники (по фазам) А В С 5 4 0,5 5,0* 0,5 Нечетные, 7 3 1,0 4,5* 1,0 некратные 11 2 0 3,0* 0,5 трем 13 2 0,5 2,0 0,5 3 1,5 1,0 36* 1,0 Нечетные кратные 9 0,5 1,0* 2,5* 1,0* трем 15 0,15 0,5* 1,0* 0,5* 4 0,7 0 0,5 0,5 6 0,3 0 1,5 0 Четные 8 0,3 0 0,5* 0 10 0,3 0,5* 0,5* 0 12 1,5 0 0,5 0 * содержание гармонической составляющей выше предельно-допустимой Номер гармоники Норма, % 149 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Наиболее массовым источником помех, влияющих на качество электроэнергии, являются силовые полупроводниковые преобразователи газоразрядные лампы с балластными сопротивлениями и магнитные усилители. Чтобы анализировать вопросы электромагнитной совместимости преобразователей с питающей сетью на этапе проектирования, или иметь возможность улучшать качество электроэнергии в процессе эксплуатации, следует предусматривать средства, обеспечивающие соответствие качества электроэнергии стандартным требованиям. Для решения этой задачи целесообразно применять компьютерные методы расчета электрических схем. Для анализа схем силовых полупроводниковых преобразователей были использованы три программы из комплекта системы Design: Schematics – графический редактор, предназначенный для ввода исходных данных в виде принципиальной схемы электронного устройства и управления двумя другими программами; PSpice – модуль моделирования, предназначенный для анализа схемы электронного устройства и вывода результатов анализа в текстовой форме; Probe – графический постпроцессор, предназначенный для вывода и обработки результатов анализа в графической форме. К пакету системы Design прилагаются библиотеки графических символов и математических моделей компонентов, которые также используются при моделировании преобразователей. Рассмотрим пример моделирования влияния на питающую сеть тиристорного выпрямителя, выполненного в системе схематического моделирования Design-PSpice по трехфазной мостовой схеме с целью выбора параметров фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ). Функциональная схема модели, созданная в среде программы Schematics, показана на рисунке 1. Рис. 1. Функциональная схема модели для анализа влияния на питающую сеть тиристорного выпрямителя, выполненного по трехфазной мостовой схеме Условные обозначения: ALFHA – угол управления, градусы; T_puls –длительность импульса управления; FREQ – частота, Гц; Ls – индуктивность сети, мГн; Lk – индуктивность рассеяния трансформатора, мГн; TENS – действующее значение фазного напряжения источника питания, В; K – коэффициент трансформации Параметры схемы выбраны таким образом, чтобы обеспечить существенное искажение формы кривой питающего напряжения сети (коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения U(La:2) – 22,7%), если не применять ФКУ (рисунок 2). Рис. 2. Эпюры кривых тока и напряжения сети без ФКУ 150 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ ФКУ на рисунке 1 исполнено в виде иерархического символа – блока ФКУ, функциональная схема блока ФКУ показана на рисунке 3. Рис. 3. Функциональная схема блока ФКУ В данном случае модель ФКУ представляет собой шесть графических символов трехфазной схемы ФКУ, соединенных параллельно, настроенных на пятую, седьмую, одиннадцатую, тринадцатую гармоники (F1 – F4 – соответственно). Форма кривых тока и напряжения сети для схемы, показанной на рисунке 1, при подключенном ФКУ приведена на рисунке 4. Рис. 4. Эпюры кривых тока и напряжения сети при подключенном ФКУ В результате применения ФКУ выполняются требования [1] по несинусоидальности напряжения сети (коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения U(La:2) – 4,87%) и обеспечивается значение коэффициента сдвига основной гармоники тока относительно основной гармоники напряжения на входе преобразователя равное единице. Вывод: При наличии отклонения показателей качества электроэнергии по коэффициентам ku и k u (n ) , использование данной модели позволяет подобрать требуемые параметры ФКУ, использование которых способствует снижению потерь электроэнергии на предприятии. Библиографический список: 1. ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. 2. Валиуллина З., Зинин Ю. Схемотехническое моделирование силовых дросселей для тиристорных преобразователей повышенной частоты // Силовая электроника. 2007. № 1 3. Дьяконов В.П. MATLAB 6.5 SP1-7 + Simulink 5-6. Основы применения. М.: Солон-Пресс, 2005. 800 с. 151 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ 4. Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. М.: Физматлит, 2001. 320 с. 5. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB. Питер: ДМК, 2008. 288 с. ЧЕРКАСОВА НИНА ИЛЬИНИЧНА – кандидат технических наук, доцент Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова. ГРЕБЕННИКОВ ВИКТОР СЕРГЕЕВИЧ – аспирант Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова. 152 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ М.В. Смирнова ЭФФЕКТИВНЫЕ ОТОПИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ При проектировании новых или реконструкции действующих систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха могут решаться три типа технико-экономических задач: 1. Существует только один вариант энергосберегающего решения и его сопоставляют, с точки зрения экономической эффективности, с базовым вариантом, не предусматривавшим энергосберегающих мероприятий. 2. Существуют несколько энергосберегающих мероприятий (или одно, но с различными количествами сберегаемой энергии при разных режимах работы); все они сопоставляются по величине достигаемого экономического эффекта между собой и с базовым вариантом. Применению подлежит экономически наиболее целесообразное мероприятие. 3. Определяется экономически оптимальный вариант решения, т.е. лучший из всех возможных в принятых условиях. [1, с. 8] Стены здания выполнены из различных материалов: навесные керамзитобетонные панели, кирпичная кладка. Толщина стен 250 мм. Площадь наружных стен 6567,6м². Одинарное остекление в деревянном переплете. Общая площадь остекления 1075м². В здании имеются фонари. Кровля состоит из рубероида (4 слоя) и плитного утеплителя. Толщина кровли 100мм. Общая площадь кровли 15610 м². Полы бетонные заливные. Толщина пола 525м. Общая площадь 15143 м². Общая площадь ворот 162,6 м². Материал ворот: металлические листы и минераловатные плиты, сэндвич панели. Толщина ворот 100мм. Результаты расчета фактических теплопотерь приведены в Таблице № 1. Вариант № 1. Система отопления на основе газовых инфракрасных излучателей. Имея высокую поверхностную температуру, нагреватели, используя физические свойства электромагнитных волн, отдают тепловую энергию всем находящимся в области работы прибора предметам. Нагретые тела, в свою очередь, переизлучают накопленное тепло в окружающее пространство, нагревая его конвекционным методом. Экономия энергии достигается за счет исключения из процесса обогрева промежуточного теплоносителя - воздуха. Электромагнитные волны напрямую передают тепло всем окружающим предметам. Вторым положительным моментом применения данного типа оборудования является аккумулирование тепла внутри предметов, находящихся в зоне действия излучателя. Вариант №2. Система отопления на основе газовых тепловентиляторов. Система отопления помещений, использующая энергию сгорания топлива для нагрева воздушного потока. Теплообмен обеспечивается за счет непрерывного прохождения потока воздуха через теплообменник. Поток создается центробежным вентилятором. К теплогенератору подсоединяется система дымоудаления. Вариант № 3. Система отопления на основе водяных воздушно-отопительных аппаратов и дестратификаторов. Работа отопительного аппарата основана на протекании горячей воды через медные трубки. От медных трубок тепло передается струе нагнетаемого воздуха. Нагретый таким образом воздух подается в помещение и направляется в зону пребывания людей. Дестратификатор улучшает эффективность отопления высоких объектов. Предотвращает скапливанию нагретого воздуха в верхних частях отапливаемого помещения. Результаты подбора оборудования приведены в таблице № 1 153 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Приведенные затраты включают стоимость основного оборудования, без учета затрат на работы, сопутствующие материалы и т.д. Вариант № 1. Система отопления на основе газовых инфракрасных излучателей. Расход газа составит 310,5 м³/ч, расход электроэнергии 3864 Вт. Капитальные затраты 3809 тыс.руб. Расходы газа и электроэнергии приняты по техническим данным на оборудование. Вариант № 2. Система отопления на основе газовых тепловентиляторов. Расход газа составит 319,2 м³/ч, расход электроэнергии 69200 Вт. Капитальные затраты 5303 тыс. руб. Расходы газа и электроэнергии приняты по техническим данным на оборудование. Вариант № 3. Система отопления на основе водяных воздушно-отопительных аппаратов и дестратификаторов. Расход газа составит 365 м³/ч, расход электроэнергии 12040 Вт. Капитальные затраты 3183 тыс. руб. Расходы газа и электроэнергии приняты по техническим данным на оборудование. Вариант № 1 дешевле варианта №2 на 28% и дороже варианта №3 на 20%. Эксплуатационные затраты на энергоресурсы за отопительный период трёх вариантов систем отопления. Вариант № 1. Эксплуатационные расходы на газ и электроэнергию 2700 тыс.руб. Вариант № 2. Эксплуатационные расходы на газ и электроэнергию 3735 тыс.руб. Вариант № 3. Эксплуатационные расходы на газ и электроэнергию 3582 тыс.руб. Вариант № 1 экономичнее варианта №2 на 28% и варианта №3 на 25%. Для каждого варианта системы отопления рассчитан срок окупаемости исходя из расчёта эксплуатационных затрат вариантов №1 и №2 по газу и электроэнергии (без дополнительных затрат на обслуживающий персонал), вариант №3 исходя из стоимости тепловой энергии: 1Гкал=975руб. Вариант № 1. Срок окупаемости 1,0 год. Вариант № 2. Срок окупаемости 2,0 года. Таким образом с точки зрения экономии капитальных затрат целесообразно применение варианта № 3, исходя из условий энергоэффективности целесообразно применение варианта №1. Библиографический список: 1. Ерёмкин А.И., Королёва Т.И., Данилин Г.В., Бызеев В.В., Аверкин А.Г. Экономика энергосбережения в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха: Учебное пособие. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2008.-184 с. 2. СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование». 3.Табунщиков Ю.А. Энергоэффективные здания – возможности московского строительства // Энергосбережение. 2010. № 8. СМИРНОВА Мария Валерьевна – магистрант Владимирского государственного университета им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых. 154 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ МЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Н.П. Руденко СТРУКТУРА МИКРОРЕЛЬЕФА СТАЛЕЙ ПОСЛЕ ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ В ИНГИБИРОВАННОЙ СЕРНОЙ КИСЛОТЕ Микрогеометрия поверхности металла, которая формируется на стадиях химической обработки в кислотах, оказывает влияние на эффективность последующих операций прокатки и волочения. В настоящее время стандартом ГОСТ 2789-73 предусмотрено шесть параметров шероховатости: Ra, Rz, Rmax , Sm, S, tp . Применение на практике большого числа параметров приводит к затруднениям при анализе данных, поэтому чаще всего для количественной характеристики микрорельефа используют один высотный параметр Ra (или Rz). Это, естественно, снижает научную и практическую ценность работ. Более информативно влияние неровностей поверхности на эксплуатационные свойства, кроме стандартных параметров шероховатости, проявляется посредством физически обоснованных параметров шероховатости R (избыточный коэффициент концентрации напряжений) и вп (радиус кривизны впадин), применение которых обусловлено физико-технической теорией [1]. Цель настоящей работы – исследование влияния технологических факторов процесса травления сталей на параметры рельефа их поверхности. Методика исследования. Параметры и характеристики шероховатости исследуемых сталей 10КП, 45, А12 определены в ГОСТ 2789-73. Измерения неровностей поверхности проводили с использованием профилометра модели «Калибр». Профиль неровностей записывали электротермическим методом на графитизированную ленту в прямоугольных координатах с вертикальным увеличением Uy = 1000 и горизонтальным увеличением Uх = 80. Коэффициент сжатия при этих увеличениях находится в рекомендуемых пределах К = 12,5 [1], а угол наклона боковых сторон воспроизводимого профиля не превышает 80° град. Рис. 1. К определению физически обоснованных параметров неровностей поверхности αR, впi Физически обоснованные параметры шероховатости (рис. 1) рассчитаны по формулам [1]: R max H вп вп ; (1) вп i d i2U y 8aiU 2 x ai , 2U y (2) где Нвп – глубина канавки; впi – радиус кривизны впадин в осевом сечении; di – ширина канавки на глубине, до которой ее дно сохраняет плавные очертания; а i – расстояние от наиболее глубокой точки 155 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ дна до линии, на которой измерялась ширина di; Ux, Uy – горизонтальное и вертикальное увеличение профилограммы; H впi – измеряли вдоль оси симметрии боковых сторон впадин; вп – значение впi , использованное для расчета R . Концентрации растворов и ингибиторов: CH SO : 240 100 г / л; CFeSO : 90 240 г / л. ; КИ-1 – 0,25-1,00 г/л; ТМ (тиомочевина) – 0,25-1,00 г/л; С-5 – 0,5-2,5 г/л. Интервал температур – 60-90°С, длительность травления – 15 мин. Результаты и обсуждение. Зависимость высотного параметра Ra от технологических факторов процесса травления получена методом математического планирования эксперимента с использованием трехуровневых планов второго порядка: сталь 10КП: lg Ra = 0,3114 + 0,1716 lg CH SO + 0,2248 lg C2H SO + 0,1826 lg C2FeSO + 0,1013 2 3 lg C FeSO4 4 4 4 2 4 4 1 (R2 = 85 %); T (3) сталь А12: lg Ra = 0,6936 – 0,0843 1 – 0,0732 lg CFeSO + 0,0704 lg CH 2SO4 + 0,0784 lg C H SO 1 + 2 4 T T 1 2 0,0566 lg C FeSO (R = 80 %). (4) 4 T Экспериментальные данные показывают, что в зависимости от условий травления шероховатость поверхности стали изменяется в достаточно широких пределах: диапазон изменения Ra – 2-10 мкм. Верхний уровень значений параметра Ra поверхности металла после кислотной обработки близок к значениям Ra поверхности стали после дробеструйной очистки с небольшим диаметром дроби (8-11 мкм), а нижний – близок к шероховатости поверхности после иглофрезерной зачистки (2-5 мкм). Средний минимальный радиус кривизны (рис.2) для всех изученных нами сталей (15-20 мкм) 4 меньше, чем вп , рассчитанный, например, для шлифованных поверхностей (25-40 мкм), и значительно меньше вп поверхностей, прошедших обработку алмазным выглаживанием (810-1015 мкм). Это значит, что узкие впадины, образующиеся на поверхности стали после кислотного травления могут служить более активными концентраторами напряжений при коррозионно-усталостном разрушении, чем впадины, полученные при механической обработке. В большинстве случаев высотный параметр шероховатости Ra коррелирует с физически обоснованным параметром αR (рис. 3), т.е. грубая, шероховатая поверхность с высоким значением Ra более опасна с точки зрения развития коррозионных трещин. Рис. 2. Корреляция избыточных коэффициентов концентрации напряжений αR и радиусов впадин при травлении сталей в сернокислых средах ○ – 10КП; х – 35; ● – 45; + – А12; ∆- 60С2Г; □ – 60С2А; ▲-железо армко 156 вп I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Рис. 3. Влияние выработки травильного раствора на скорость коррозии сталей V (1, 2), избыточные коэффициенты концентрации напряжений αR (3, 4), высотный параметр Ra (5, 6); 1, 3, 5 – А12; 2, 4, 6 – 10КП; t = 75° Как известно [2], те участки поверхности металла, которые прилегают к неметаллическим включениям (например, FeS и MnS), являются наиболее активными, и скорость растворения металла вблизи включений может быть на два порядка выше, чем на остальной поверхности. Если размеры включений и их количество на поверхности достаточно велики, то отдельные микроязвы сливаются в более крупные. Размер их постепенно увеличивается, что приводит к уменьшению концентрации напряжений. При повышенном содержании серы (до 0,12%) на порядок увеличивается скорость растворения стали А12 по сравнению с 10КП при почти соизмеримых значениях Ra. Такую высокую скорость коррозии можно объяснить резким увеличением гетерогенности поверхности стали А12 (по сравнению с 10 КП), так как концентрация серы в приграничном слое в 104 превышает ее среднюю концентрацию в металле. Сравнительно невысокие Ra для стали А12, вероятно, связаны с непрерывным обновлением поверхности. В этом случае можно сделать предположение о некоторых критических значениях параметров шероховатости: поверхность становится настолько изрезанной, что при непрерывном воздействии агрессивной среды происходит своеобразное «выглаживание» вследствие растворения наиболее высоких выступов рельефа. В связи с этим скорость растворения стали и параметры рельефа не всегда коррелируют друг с другом (рис. 3). Значения вп зависят и от состава среды: чем больше содержание H2SO4 в травящей среде, тем более узкие микроязвы получаются на поверхности сталей после травления и больше избыточные коэф фициенты концентрации напряжений R . С уменьшением содержания H2SO4 и увеличением содержа- ния FeSO4 R уменьшается. Скорость растворения сталей (кроме 10КП и 45) при этом уменьшается. Добавление в травильные растворы некоторых ингибиторов наряду с уменьшением коррозионных потерь металла во время травления несколько повышает пластичность [3] и длительную прочность сталей после травления [4, 5]. Эффект упрочнения металла в этих условиях объясняется изменением микрорельефа поверхности [3, 5], в частности, закруглением дна исходных концентраторов напряжений [4]. На рис. 4 приведены средние значения R и вп и пределы изменения этих величин для отдельных марок сталей. Введение ингибиторов С-5 и КИ-1 в травильные растворы практически не влияет на величину радиусов закругления «опасных» впадин и значений коэффициентов концентрации напряже ний, т.к. области изменения R и вп в растворах, содержащих ингибитор и без него, приблизительно одинаковы. Радиусы закруглений впадин заметно увеличиваются в присутствии ТМ, особенно для стали А12. Однако увеличение вп в растворах, содержащих ТМ, не приводит к заметному уменьшению избыточных коэффициентов концентрации напряжений (рис.4, б). В этом случае наряду с выглаживанием дна впадин (увеличение вп ) происходит углубление самих впадин и тогда R , рассчитанное по (1), остает- 157 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ ся приблизительно постоянным. Несколько уменьшается R для стали А12 в присутствии ТМ (в раство ре без ингибитора R = 22, с ТМ – 14). Таким образом, при кислотном травлении в условиях, приближенных к условиям заводского травления с ингибиторами, не происходит таких изменений в микрогеометрии поверхности, которые приводили бы к выглаживанию дна концентраторов напряжений, как это наблюдали в работе [4, 5]. Рис. 4. Средние значения и интервалы изменения и R R в п (а) (б), рассчитанные для сталей 10КП, 45, А12 Несмотря на то, что при кислотном травлении добавки ингибиторов мало влияют на изменение и в п , их положительное действие, приводящее к улучшению качества поверхности, состоит в уменьшении высотного параметра шероховатости – Rа. В таблице показано влияние ингибиторов КИ-1, С-5, ТМ на изменение параметра Rа, т.е. разность между исходной шероховатостью и шероховатостью после обработки в травильной среде (240 г/л H2SO4 и 90 г/л FeSO4, 90 °С), содержащей ингибитор. В этих же условиях определяли величину коэффициента торможения скорости коррозии ингибиторами (γ). Изменение ± Ra, мкм (числитель) и величина γ (знаменатель) после травления сталей в ингибированных травильных растворах Сталь Ст. 45 Ст. 10КП Ст. А12 [C-5 ], г/л 0,5 +0,5/2,80 –0,5/2,55 0.0/1,51 3,0 –1,0/32,86 –1,5/35,46 –3,0/26,6 [КИ-1 ], г/л 0,25 +1,3/1,72 +0,5/9,04 +5,0/ – 1,5 –1,3/4,87 0,25/16,28 –1,8/2,92 [ТМ ], г/л 0,25 +0,8/4,67 +1,2/14,70 +0,6/1,81 Таблица 1,5 +1,5/10,89 +2,3/9,94 –1,0/20,56 С-5 и КИ-1 эффективно уменьшают шероховатость поверхности всех изученных сталей только при высоких концентрациях добавок. При низких концентрациях в растворе шероховатость в большинстве случаев увеличивается. В присутствии С-5 – ингибитора смешанного типа, – Rа исследованных сталей снижается значительно. ТМ способствует уменьшению шероховатости только стали А12, содержащей больше серы, чем другие стали. При высоких концентрациях ингибиторов КИ-1 и С-5, способствующих уменьшению общей скорости коррозии, Rа уменьшается, причем для сталей с большей гетерогенностью поверхности (А12) это уменьшение больше, чем для других сталей. В присутствии ТМ для сталей 10КП и 45 Rа увеличивается при общем уменьшении скорости коррозии (коэффициент торможения γ равен 9,94 и 10,89 соответственно для стали 10КП и стали 45). Это, вероятно, связано с растравом поверхности, т.е. образованием на поверхности более глубоких впадин с 158 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ большим в п . Поверхность становится более трещиноватой, увеличивается склонность стали к питтин- гообразованию. Для стали А12, более гетерогенной, чем другие, что происходит общее уменьшение Rа. в п увеличивается настолько сильно, Библиографический список: 1. Дунин-Барковский И.В., Карташова А.М. Измерения и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности. М.: Машиностроение, 1978. 232 с. 2. Колотыркин Я.М. Электрохимические аспекты коррозии металлов// Защита металлов. 1975. Т 11. № 6. С. 675-686. 3. Антропов Л.И., Козлов В.И., Бармашенко И.Б. Влияние добавок катионного типа на пластичность малоуглеродистых сталей при травлении в 1 н. серной кислоте // Защита металлов. 1975. Т 10. № 6. С. 694-697. 4. Солодкина В.П., Балезин С.А., Романов В.В. Исследование обработки стали ингибированными растворами кислоты с целью увеличения циклической прочности на воздухе // Защита металлов. 1975. Т 11. № 4. С. 513-515. РУДЕНКО Нина Павловна – кандидат техничеких наук, доцент, Национальная металлургическая академия Украины. 159 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ В.В. Власов, М.В. Мальцев РАЗРАБОТКА ОРОСИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПЛЕНОЧНОГО АППАРАТА Современная химическая промышленность развивается в направлении наращивания производственных мощностей и повышения качества производимой продукции, что обуславливает повышенные требования к технологии и аппаратуре. Повышение качества продукции (т.е. чистота полупродуктов) и экологические характеристики процесса (в первую очередь содержание примесей в жидких и газообразных отходах производства) относятся к важным проблемам, связанным с совершенствованием технологических процессов. При этом большое значение имеет осуществление эффективных процессов теплообмена между потоками с минимальными затратами энергии [1]. Одним из наиболее эффективных методов интенсификации процессов тепло- и массообмена является проведение их в тонких пленках [2]. Пленочные аппараты имеют относительно небольшое гидравлическое сопротивление, малую удельную металлоемкость и требуют для установки небольшую производственную площадь. Небольшие объемы жидкостей в пленочном аппарате позволяют осуществлять быструю смену обрабатываемых продуктов. Эти аппараты особенно хорошо себя зарекомендовали при обработке пенящихся и термолабильных продуктов. Пленочные технологические аппараты сравнительно просты в обслуживании и позволяют автоматизировать процесс. Эффективность работы пленочных аппаратов зависит от оросительного устройства, обеспечивающего равномерное распределение жидкости по рабочей поверхности аппарата. Конструкция и размеры оросителя определяют степень и стабилизацию течения жидкостной пленки на рабочей поверхности аппарата [3]. Одной из основных характеристик течения жидкостных пленок является плотность орошения. В качестве исходной величины плотности орошения принято принимать минимальный расход жидкости, который необходим для полного смачивания орошаемой поверхности и отнесенный к единице смоченного периметра. Для достижения необходимой площади орошения пленочных аппаратов применяют различные оросительные устройства, которые конструктивно можно разбить на следующие типы: переливные, щелевые, перфорированные и турбинные. Известные оросительные устройства просты по конструкции и имеют ряд существенных недостатков: отсутствие регулирования в широком диапазоне толщины и скорости течения жидкостной пленки по рабочей поверхности аппарата, которые являются основными параметрами пленочного течения. При литературном и патентном анализе конструкций тепло- и массообменных аппаратов установлено, что известные оросительные устройства не позволяют проводить регулирование параметров движения жидкости. Наличие указанного недостатка способствует снижению области применения таких аппаратов при производстве и переработке термически лабильных продуктов. Поставленной технической задачей являлось разработка новой конструкции оросительного устройства для пленочного аппарата, позволяющего осуществлять регулирование основных параметров движения жидкости, а следовательно и процесса в целом. На основе литературного и патентного анализа современных оросительных устройств была разработана новая конструкция устройства для распределения жидкости на рабочую поверхность аппарата [4]. Устройство содержит держатель 1 с отверстиями 2, закрепленного на торце питающего трубопровода 3 посредством резьбового соединения, обтекатель 4 и цилиндрический насадок 5, выполненный из эластичного материала один торец которого при помощи хомута 6 закреплен на торце питающего трубопровода 3, другой – свободно прилегает к обтекателю 4. Питающий трубопровод 4 снабжен регулировочным вентилем. 160 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ 3 6 1 5 2 4 Рис. 1. Схема оросительного устройства Устройство работает следующим образом. Жидкость по трубопроводу 3 и через отверстия 2 держателя 1 поступает во внутреннюю полость цилиндрической насадки 5. При повышении внутреннего избыточного давления жидкости свободная кромка цилиндрической насадки деформируется, образуется кольцевая щель, через которую жидкость истекает в виде кольцевой куполовидной струи, угол раскрытия которой определяется гидродинамическими параметрами, которые регулируются вентилем и геометрией угла конусности обтекателя 4. Предлагаемая конструкция оросительного устройства позволяет проводить регулирование толщины и скорости истечения куполовидной струи жидкости, за счет изменения величины избыточного давления внутри полости образованной эластичной цилиндрической насадкой 5 и обтекателем 4. На основе разработанной схемы был изготовлен и испытан экспериментальный образец оросительного устройства. В качестве рабочей среды использовали воду. Рис. 2. Устройство оросительное 161 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Проведенные экспериментальные исследования показали, что предлагаемая конструкция оросительного устройства действительно позволяет формировать и выдавать жидкость в виде куполовидной тонкопленочной завесы. Максимальный диаметр купола жидкости может достигать значения до 10 d, где d – диаметр выходной щели оросительного устройства. Библиографический список: 1. Пленочная тепло- и массообменная аппаратура (Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии) / Под ред. В. М. Олевского. М.: Химия, 1988. 240 с.: ил. 2. Теплообмен в жидкостных пленках / Е.Г. Воронцов, Ю.М. Тананайко. Киев.: Технiка, 1972. 196 с. 3. Пленочные испарители. Удыма П.Г. / Под. ред. А.М. Бакластова. М.: Моск. энерг. ин-т, 1985. 88 с.: ил. 4. Власов В.В., Мальцев М.В. Разработка распределительных устройств для массообменных аппаратов. Сборник научных трудов по материалам международной научно практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте». Том 3. Технические науки. Одесса: Черноморье, 2009. 91 с. ВЛАСОВ ВЛАДИМИР ВАДИМОВИЧ – аспирант кафедры Машин и аппаратов химических производств, Воронежский государственный университет инженерных технологий. МАЛЬЦЕВ МАКСИМ ВАЛЕРЬЕВИЧ – кандидат технических наук, доцент кафедры Машин и аппаратов химических производств, Воронежский государственный университет инженерных технологий. 162 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Н.С. Белинская, И.О. Долганова ПРОБЛЕМА ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕСУРСОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ АЛКИЛБЕНЗОЛОВ Современные технологии алкилирования представлены широким классом разнообразных промышленных процессов, которые, несмотря на все отличия, имеют принципиальную общность механизма. Среди проблем общих для всех процессов алкилирования (получение компонентов бензина, этилбензола, кумола, линейных алкилбензолов), можно отметить наличие сопутствующих побочных реакций, приводящих к снижению селективности процесса и ухудшению качества продукции, а также применение на большинстве действующих установок жидких кислотных катализаторов, что обуславливает быстрый износ оборудования вследствие коррозии, а также высокую опасность производства и необходимость строго придерживаться норм технологического регламента. При этом перевод существующих установок алкилирования на современные твердые катализаторы зачастую оказывается экономически нецелесообразным из-за значительных материальных затрат на реконструкцию производства [1]. Поэтому в настоящее время перед нефтеперерабатывающими и нефтехимическими заводами остро стоит проблема повышения эффективности производства алкилата. Промышленные процессы алкилирования бензола являются наиболее крупнотоннажными процессами нефтяной отрасли и становятся все более значимыми производствами. Этот факт обусловлен тем, что продукция, получаемая в ходе этих процессов, востребована для дальнейшей переработки с целью производства конечных продуктов, таких как синтетические моющие средства, стирол и полистирол. Цель работы заключается в разработке математических моделей процессов алкилирования бензола высшими олефинами С9 – С14 и этиленом для получения линейных алкилбензолов и этилбензола. Основные этапы моделирования процессов алкилирования бензола будут рассмотрены ниже. На первоначальном этапе разработки моделей был проведен анализ теоретических знаний и данных, полученных с установок алкилирования, и информации, содержащейся в технологических регламентах в части химизма и материального баланса процессов и на их основе составлены схемы превращений углеводородов в ходе процессов алкилирования. Результаты термодинамического анализа химических превращений подтверждают самопроизвольное протекание в прямом направлении реакций образования алкилбензолов, диалкилбензолов, дифенилалканов (для процесса алкилирования бензола высшими олефинами), реакций образования этилбензола, диэтилбензола, вторичного бутилбензола, изопропилбензола, толуола и этилтолуола (для процесса алкилирования бензола этиленом) при термобарических условиях проведения промышленных процессов алкилирования бензола. На основе составленных схем превращений были разработаны кинетические модели процессов алкилирования бензола. Полученные модели являются формализованными и квазигомогенными, т.е. константы скорости, входящие в уравнения, являются эффективными и представляют собой комбинацию констант всех промежуточных стадий. Уравнения скоростей реакций, входящих в кинетическую модель записаны на основе закона действующих масс. Оценка гидродинамического режима в реакторе на основе критериального анализа показала возможность применения модели идеального вытеснения для математического описания реакторов процессов алкилирования (диффузионный критерий Пекле Pe > 200 [2]). Для обеспечения функциональности модели – ее адекватности и прогнозирующей способности – необходимо подобрать кинетические параметры, обеспечивающие правильность расчетов при различном составе сырья (предэкспоненциальные множители в выражениях скоростей химических реакций). В качестве значений энергии активации были приняты значения, рассчитанные с применением термодинамических функций переходного состояния [3]. Поиск кинетических параметров осуществлялся путем решения обратной кинетической задачи. Найденные кинетические константы стали основой математической модели. Программная реализация математической модели осуществлена с применением объектноориентированной среды программирования Delphi 7 в виде компьютерной моделирующей системы. Для проверки полученных математических моделей процессов алкилирования на адекватность реальным процессам была проведена оценка сходимости результатов расчета и данных АСУ ТП установок адлкилирования по ключевым показателям эффективности работы реактора в широком интервале изменения состава сырья и технологических условий процесса. Погрешность по выработке ЛАБ составила 2%, по выработке ДАБ – 3%, по бромному индексу ЛАБ и бромному числу ТА – 12%. Погрешность по выработке этилбензола составляет 0,1%, диэтилбензола составляет 4%, бензола – 3%, ВББ – 6%, толуола – 5%, этилтолуола – 6%. Отличное совпадение расчетных и экспериментальных данных по выходным потокам говорит о правильности диапазона поиска кинетических параметров, а также о достаточной точности расчета энергии активации реакций. Таким образом, физико-химические закономерности, положенные в основу математической модели, позволяют исследовать влияние основных технологических параметров на эффективность процессов алкилирования и рекомендовать оптимальные технологические условия. Для процесса алкилирования бензола высшими олефинами: температура входного потока 50 ºС, соотношение 163 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ «бензол:олефины» 6:1. Для процесса алкилирования бензола этиленом: температура входного потока 130 ºС, соотношение «бензол:олефины» 14:1. Таким образом, разработанная компьютерная моделирующая система позволяет проводить оценку и уточнение кинетических параметров модели реактора, выполнять мониторинг текущей работы установки алкилирования, проводить исследования по влиянию различных технологических параметров на эффективность процесса, осуществлять оптимизацию технологических режимов работы реактора при различном составе сырья. Проведение процессов алкилирования бензола олефинами при оптимальных условиях позволит более рационально и эффективно использовать природные ресурсы и производственные мощности установок, что, безусловно, положительно отразится на финансовых показателях деятельности предприятий. Библиографический список: 1.Фетисова В.А., Ивашкина Е.Н., Иванчина Э.Д., Кравцов А.В. Построение математической модели процесса алкилирования бензола высшими олефинами // Катализ в промышленности. 2009. № 6. С. 27-33. 2.Закгейм А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов: учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1982. 288 с. 3.Эмануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики. М: Высш. шк., 1984. 463 c. БЕЛИНСКАЯ НАТАЛИЯ СЕРГЕЕВНА – аспирант, Национальный исследовательский Томский политехнический университет. ДОЛГАНОВА ИРЭНА ОЛЕГОВНА – аспирант, Национальный исследовательский Томский политехнический университет. 164 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Г.И. Гринь, В.А. Пономарев ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОКСИДОВ АЗОТА С КАРБАМИДОМ И УГЛЕАММОНИЙНЫМИ СОЛЯМИ В процессе переработки отходов на основе концентрированной нитратной кислоты происходит выделение оксида азота (IV), который необходимо восстановить до безопасных соединений. Анализ литературных данных и теоретические исследования показали, что восстановление оксида азота целесообразно осуществлять с помощью карбамида и углеаммонийных солей. Согласно проведенному термодинамическому анализу можно предположить, что оксиды азота взаимодействуют с карбамидом и углеаммонийными солями по уравнениям: 2CO(NH2)2(T) + 2NO2(г) + O2(г) = 2CO2(г) + 3N2(r) + 4H2O(r) (1) CO(NH3)3(T) + 2NO(г) + 0,5O2(г) = CO2(г) + 2N2(г) + 2Н2O(г) (2) 4NH4HCO3(р) + 2NO(г) + 2O2(г) = 3N2(г) + 4CO2(г) + 10H2O(г) (3) NH4HCO3(р) + 2NO2(г) + O2(г) = 3N2(г) + 4CO2(г) + 10H2O(г) (4) 2(NH4)2CO3(р) + 2NO(г) + 2O2(г) = 3N2(г) + 4CO2(г) + 8H2O(г) (5) 2(NH4)2HCO3(р) + 2NO(г) + O2(г) = 3N2(г) + 2CO2(г) + 8H2O(г) (6) Высокие отрицательные значения энергий Гиббса этих реакций указывают на сильное смещение равновесий в правую сторону. Зависимости констант равновесия от температуры представлены в табл. 1. Таблица 1 Зависимость констант равновесия реакций взаимодействия оксидов азота с карбамидом и углеаммонийными солями от температуры № реакции Температура, К 298 373 247 6,53∙10 473 206 1 3,49∙10 2 1,43∙10145 3,97∙10119 3 2,54∙10 240 209 4 1,05∙10248 1,66∙10201 5,07∙10178 5 1,63∙10 248 212 182 6 6,81∙10235 3,93∙10 2,34∙10 9,89∙10230 4,00∙10 573 172 2,14∙10 1,35∙1098 5,16∙10 1,81∙10 673 150 1,43∙1084 183 1,13∙1067 1,77∙10146 1,12∙10164 5,59∙10153 1,29∙10146 162 148 4,68∙10138 4,03∙10147 3,43∙10138 4,55∙10 1,78∙10177 2,16∙1074 1,19∙10123 155 7,35∙10 166 4,76∙10 773 134 6,93∙10159 1,06∙10 7,62∙10 Из таблицы видно, что при температуре 473–573 К константы равновесий для реакций (1), (2), (3), (4), (5) и (6) соответственно равны 4,00∙10 172 – 2,14∙10150, 1,35∙1098 – 1,43∙1084, 5,16∙10183 – 7,35∙10166, 5,07∙10178 – 1,12∙10164, 1,81∙10182 – 4,55∙10162 и 1,78∙10177 – 6,93∙10159. Такие значения коэффициентов говорят о том, что реакции протекают полностью с образованием СO 2, N2 и Н2O. Так как процессы экзотермические, то снижение температуры будет способствовать еще большему смещению равновесия вправо. Изучена кинетика процесса восстановления оксида азота (IV) различными восстановителями с целью определения оптимальных технологических параметров и данных для расчета реактора. На основании полученных экспериментальных данных установлено, что степень восстановления оксида азота (IV) прямо пропорциональна времени протекания процесса и температуре и, в значительной мере, зависит от используемого реагента. Математические зависимости времени, необходимого для полного восстановления оксида азота (IV), при температуре 333 К имеют вид: – при восстановлении карбамидом (7) 165 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ – при восстановлении бикарбонатом аммония (8) – при восстановлении карбонатом аммония (9) где – время процесса взаимодействия реагентов, необходимое для полного восстановления оксида азота (IV), мин; Т – температура, К. Результаты экспериментов представлены в таблице 2. Таблица 2 Влияние технологических параметров на степень восстановления (%) оксида азота (IV) Время взаимодействия реагентов, мин 1 2 3 4 5 6 Восстановление с помощью CO(NH2)2 Температура, К 7 8 9 10 пв, мин 293 23,9 37,1 48,0 333 43,9 68,1 88,1 Восстановление с помощью NH4HCO3 57,6 - 66,3 - 74,4 - 82,2 - 89,3 - 96,2 - - 9,6 3,7 293 18,3 29,8 39,6 333 33,4 54,3 72,3 Восстановление с помощью (NH4)2CO3 48,5 88,5 56,7 - 64,6 - 71,9 - 78,9 - 85,8 - 92,4 - 11,2 4,8 293 21,1 33,4 43,8 53,0 61,4 69,4 76,9 84,1 90,9 97,5 10,9 333 38,6 61,1 80,1 97,0 - - - - - - 4,2 Таким образом, теоретически показано, что в широком интервале температур образующиеся при термическом разложении азотной кислоты оксиды азота, полностью могут быть восстановлены карбамидом и углеаммонийными солями до диоксида углерода, азота и воды. Библиографический список: 1. Справочник азотчика: В 5 т./ ГИАП. М.: Химия, 1969. Т. 2. 640 с. 2. Карапетьянц M.X., Карапетьянц М.Л. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ. M.: Химия, 1968. 470 с. 3. Водные растворы азотной кислоты и оксидов азота. Кинетика выделения кислородных соединений йода / Саломахина C.A., Созонтов В.И., Гринь Г.И., Лобойко А.Я. // Хімічна промисловість України. Київ. 2004. № 3. C. 4447. 4. Атрощенко В.И., Каргин С.И. Технология азотной кислоты. М.: Химия, 1970. 496 с. 5. Казаков А.И., Андриенко Л.П., Рубцов Ю.И. Кинетика и механизм термического разложения водных растворов азотной кислоты // Ред. ж. Физическая химия AH СССР. M., 1978. 13 с. Деп. в ВИНИТИ 15.08.78 г., № 280378 Деп. ГРИНЬ ГРИГОРИЙ ИВАНОВИЧ – доктор технических наук, профессор, Харьковский политехнический институт (Украина). ПОНОМАРЕВ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ – соискатель, Харьковский политехнический институт (Украина). 166 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ И.В. Родионов, А.Н. Ромахин ГАЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА В МАШИНОСТРОЕНИИ КАК ЭФФЕКТИВНАЯ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ УПРОЧНЯЮЩИХ МЕТАЛЛООКСИДНЫХ ПОКРЫТИЙ Одним из перспективных направлений создания высококачественных машиностроительных изделий является применение ресурсосберегающих и малоотходных упрочняющих технологий. К числу таких технологий относится газотермическое оксидирование, позволяющее без использования дополнительных материалов, сложного оборудования и оснастки получать на функциональной поверхности металлических изделий механически прочные и коррозионно устойчивые термооксидные покрытия, которые существенно повышают надежность и ресурс работы ответственных элементов различных деталей машин. Термооксидные покрытия представляют большой практический интерес при их использовании на стальных изделиях. Данные покрытия упрочняют стальную поверхность, придают ей повышенную твердость и износостойкость, обеспечивают высокую коррозионную устойчивость при взаимодействии с химически агрессивными средами. В большинстве случаев оксидные покрытия формируют на стальных изделиях с целью повышения защитных свойств и механических характеристик поверхности, основное влияние на которые оказывают толщина и фазово-структурное состояние создаваемых термооксидных слоев. Термическое упрочняющее модифицирование металлических поверхностей изделий с помощью процессов оксидирования позволяет придать им более высокие твердость и износостойкость за счет формирования на поверхности тонкого слоя собственных оксидов металлов, входящих в химический состав металлической основы. Образующиеся на поверхности металлооксидные соединения в виде покрытия отличаются от металла основы повышенными механическими, теплофизическими и антикоррозионными характеристиками, а также способностью длительное время сохранять свои функциональные свойства в условиях трения без разрушения металлооксидной матрицы [1-3]. Наиболее широкое распространение в создании упрочняющих оксидных покрытий на металлоизделиях получили такие ресурсосберегающие способы термообработки как воздушно-термическое и паротермическое оксидирование, характеризуемые высокой технико-экономической эффективностью. Данные технологические способы позволяют изменять параметры режимов и показатели физикохимических и механических свойств покрытий в широком диапазоне, придавать оксидированной поверхности целый комплекс эксплуатационных характеристик. При воздушно-термическом оксидировании изделий образование покрытия происходит за счет физико-химического взаимодействия металлической матрицы с кислородом воздуха, в результате чего на поверхности возникают собственные металлооксидные соединения, обусловливающие нестехиометрический фазовый состав получаемого покрытия. Воздушно-термическое оксидирование металлоизделий осуществляется в нагревательных устройствах, представляющих электропечи сопротивления со свободным доступом воздуха в рабочий объем печи (рис. 1). РТ воздух воздух КН Рис. 1. Блок-схема электропечи для воздушно-термического оксидирования металлов и сплавов: КН – камера нагрева печи, РТ – регулятор температуры 167 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Образование покрытия происходит за счет взаимодействия металлической основы с кислородом воздуха при определенной температуре в печи. В результате такого реакционного взаимодействия на обрабатываемой поверхности формируются металлооксидные соединения, которые придают ей комплекс повышенных физико-химических и механических свойств отличных от свойств основного металла. Происходит термоупрочнение модифицированных поверхностных слоев изделия при сохранении химического состава и свойств основной металлической матрицы. За счет термохимических процессов фазообразования осуществляется формирование на поверхности воздушно-термического металлооксидного покрытия без использования дополнительных материалов для получения покрытия. При паротермическом оксидировании металлическая поверхность обрабатывается обедненной кислородом средой, представляющей перегретый водяной пар, что позволяет избежать либо минимизировать образование в составе покрытия нежелательных фаз (например, нитридов), оказывающих негативное влияние на коррозионные и механические свойства оксидированных изделий. Паротермическое оксидирование реализуется в более сложных электронагревательных устройствах, оснащенных парогенератором (технологическим блоком для получения и подачи перегретого водяного пара) и блоком питания и управления процессом обработки (рис. 2). Паровая реакционная среда подается в камеру оксидирования печи под определенным давлением, которое поддерживается на протяжении всей продолжительности оксидирования. ПК ПГ БПУ Рис. 2. Блок-схема установки паротермического оксидирования: ПК – печь камерная, ПГ – парогенератор, БПУ – блок питания и управления Получение термооксидного покрытия происходит в условиях взаимодействия металлической поверхности с реакционными компонентами парогазовой среды, в результате чего формируются поверхностные металлооксидные системы определенной толщины и структуры. При этом путем изменения толщины покрытия изменяются его свойства и морфология. Так, по мере роста покрытия в толщину возрастает его пористость, степень шероховатости и морфологической гетерогенности поверхности, что приводит к ухудшению механической прочности и снижению коррозионной устойчивости металлооксидов. Поэтому, для создания термооксидных покрытий с высокой твердостью и защитной способностью необходимо формировать тонкослойные металлооксидные системы с минимальной пористостью и шероховатостью, а также морфологической гомогенностью поверхности. Библиографический список: 1. Биркс Н., Майер Дж. Введение в высокотемпературное окисление металлов. М.: Металлургия, 1987. 183 с. 2. Окисление и обезуглероживание стали / Под ред. А.И. Ващенко. М.: Металлургия, 1972. 336 с. 3. Гладкова Е.Н. Теоретические основы и технология паротермического оксидирования. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1973. 99 с. РОМАХИН АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ – аспирант кафедры «Технология машиностроения», Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А. РОДИОНОВ ИГОРЬ ВЛАДИМИРОВИЧ – доктор технических наук, профессор кафедры «Технология машиностроения», Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А., чл.-корр. РАЕ. 168 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Е.А. Ильин, А.Н. Пахомов ПРОФИЛЬ КАПЛИ ЖИДКОСТИ ВЫСЫХАЮЩЕЙ НА ТВЕРДОЙ ПОДЛОЖКЕ В реальных условиях процесс сушки жидких дисперсных продуктов в виде капель (в распылительных сушилках, а особенно в сушилках с инертным носителем) очень сложен для описания: сразу испаряется множество капель; процесс имеет нестационарный характер и протекает в среде с неравномерной температурой и концентрацией пара; капли неравномерно движутся по отношению к среде и в большей или меньшей степени деформируются, а внутри них возникает циркуляция. Для изучения этого процесса нами рассматривается процесс сушки жидких дисперсных систем на твердых горизонтальных диффузионно-непроницаемых подложках. В процессе сушки размеры и форма капли изменяются. Во многих работах по испарению и сушке капель, форма капли, принимается по форме сегмента сферы. Однако, визуальные исследования процесса сушки капли в потоке, указывают на то, что такое приближение дает большую погрешность. Форма и размеры капли, лежащей на подложке, зависят от краевого угла смачивания, поверхностного натяжения, наклона подложки, фиксации (пиннинга или депиннинга) линии контакта капли с подложкой и пр. Для экспериментального изучения формы капли и определения краевого угла смачивания мы использовали метод обрисовки формы сидячей на поверхности подложки капли. Капля жидкости дозировалась на фторопластовую (или другую) подложку и производилась макросъемка капли с оптическим двенадцатикратным увеличением. Затем форма капли анализировалась в графическом редакторе на компьютере, с измерением ее высоты и угла смачивания. Такой метод успешно зарекомендовал себя в работах по изучению формы капель и слоев жидкости на разных подложках проводимых ранее под руководством проф. В.И. Коновалова на кафедре ТПиА ТГТУ. Были выполнены большие циклы работ по пропитке, промазке и сушке кордных материалов, по шприцеванию, усадке и охлаждению резиновых заготовок [1-3]. В качестве исследуемой жидкости мы использовали жидкую послеспиртовую барду. В зависимости от свойств жидкости и подложки замеренные углы смачивания послеспиртовой барды и фторопласта меняются от 45 до 90°. Для оценки влияния массовых сил (в т.ч. сил тяжести) на искривление свободной поверхности мы использовали число Бонда Bo (в Европе – число Этвеша Eo), например, в виде: Bo ghr0 2 sin . При существенном влиянии массовых сил значение число Bo будет примерно равно или больше 1, и искривление сферической поверхности значительно. При лимитирующем влиянии поверхностных сил, наоборот, Bo << 1 и искривлением сферической поверхности можно пренебречь. Для случаев достаточно крупных капель обычно Bo 1, и пренебрежение искривлением поверхности может дать существенные ошибки. Для исследуемых жидкостей и подложек: 0 r0 b 0,004 м m h 0,0015 0,0025 м (из эксперимента) 50 80 3 m (50) 1,5 мм m (80) 2,5 мм 1012 кг/м Bo 50 0,706 Bo 80 0,91 Т.о. отклонениями от формы сегмента сферы в расчетах пренебрегать нельзя. Для расчетов кинетики сушки капли наиболее важным является знание профиля капли жидкости, в нашем случае нанесенной на горизонтальную пластину заданных размеров. Для простоты исследования мы использовали в качестве подложки диск заданной толщины и диаметра. Формы капли жидкости, нанесенной на такой диск в зависимости от условий смачиваемости представлены на рис.1. a) б) Рис. 1. Слой жидкости на ограниченной пластине (капля на диске): а – угол смачивания меньше 90°; б – угол смачивания больше 90° 169 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Для рассматриваемого слоя жидкости нанесенного на горизонтальную подложку шириной 2b были получены уравнения для расчета профиля капли в заданной точке подложки, площади поверхности и объема капли нанесенной на подложку [4]. Результаты расчета профиля капли жидкой послеспиртовой барды нанесенной на ограниченный диск и сравнение профиля с профилем сегмента шара представлены на рис. 2. Приведен профиль капли барды на фторопластовом диске при угле смачивания = 70. Как следует из проведенных нами расчетов, разница в объеме капли и сегмента шара при изменении угла смачивания от 45 до 90о составляет от 9.5 до 18%, а разница в площади поверхности составляет от 16 до 85%. Рис. 2. Сравнение профиля капли и сегмента шара аналогичных размеров. Радиус подложки 4 мм. Сплошная линия – профиль сегмента шара, пунктирная – профиль капли Библиографический список: 1. Коновалов В.И. О возможностях использования циклических тепловых и взаимосвязанных теплодиффузионных процессов в химических и других производствах / В.И. Коновалов, Н.Ц. Гатапова, Е.Н. Туголуков // Вестник ТГТУ. 1995. Т. 1. № 3-4. С. 273-288. 2. Коновалов В.И. Пpопиточно-сушильное и клеепpомазочное обоpудование / В.И. Коновалов, А.М. Коваль. М.: Химия, 1989. 224 с. 3. Коновалов В.И. Исследование кинетики сушки и нагpева пpопитанных коpдшнуpов, коpда и тканей / В.И. Коновалов, В.М. Нечаев, А.П. Пасько, В.Н. Соколов // Каучук и pезина. 1977. № 2. С. 20-23. 4. Коновалов В.И. Геометрия, циркуляция и тепломассоперенос при испарении капли на подложке/ В.И. Коновалов, А.Н. Пахомов, Ю.В. Пахомова // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2011. Т. 17. № 2. С. 371-387. ИЛЬИН ЕФИМ АНАТОЛЬЕВИЧ – магистрант кафедры «Технологические процессы и аппараты», Тамбовский государственный технический университет». ПАХОМОВ АНДРЕЙ НИКОЛАЕВИЧ – доцент, Тамбовский государственный технический университет. 170 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ И.В. Черемухина, В.Н. Студенцов, М.О. Ибаев ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ФИЗИЧЕСКОЙ МОДИФИКАЦИИ НА СВОЙСТВА АРМИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Применение различных физических воздействий (постоянные электрические и магнитные поля вибрация, ультрафиолетовое излучение) является экономичным и высокоэффективным направлением регулирования и улучшения характеристик армированных реактопластов [1, 2] . При получении образцов полимерных композиционных материалов (ПКМ) в качестве связующего использовали эпоксидиановую смолу ЭД-20 (ГОСТ 10587-93), отверждаемую полиэтиленполиамином (ПЭПА) (ТУ 6-02-594-85), а в качестве армирующих наполнителей – полиакрилонитрильный жгутик (ТУ 13-239-79), поликапроамидную техническую нить (ТУ 15-897-79), вискозную техническую нить (ВН) (ТУ-6-06-58-79), базальтовую нить (БН) (ГОСТ 17139-2000), стеклянную нить (СН) (ГОСТ 17139-2000). В результате проведённого анализа возможных источников ПМП выбор был сделан в пользу постоянных магнитов различной формы и электромагнита с прямоугольными наконечниками размером 99см. В качестве источника колебаний с частотой 100 Гц использован бытовой вибратор СВП–1. Определенные методом золотого сечения промежуточные значения 66 и 33 Гц обеспечены электрическим вибратором собственной конструкции. В качестве источника УФИ применяли облучатель бактерицидный настенный ОБН-150 с лампой ДБ-30 при длине волны 253,7 нм. В опытах контролировали линейную плотность, г/м исходных и пропитанных нитей и степень превращения X, массовые проценты, исходного олигомерного связующего в нерастворимый сетчатый продукт. Величину X определяли методом экстракции золя ацетоном при комнатной температуре. Для сформованных из полученных препрегов материалов по стандартным методикам определяли следующие физико-механические характеристики: разрушающее напряжение при статическом изгибе МПа – σ и (ГОСТ 4648-93); разрушающее напряжение при растяжении МПа–σ р (ГОСТ 11262-80 ); модуль упругости при статическом изгибе, МПа – Е и ; ударная вязкость, кДж/м2 – α уд (ГОСТ 4647-80) ; твердость по Бринеллю, МПа – HБ (ГОСТ 4670-77); суточное водопоглощение, % –W (ГОСТ 4650-80); плотность, кг/м3 – ρ (ГОСТ 15139-81). Физическую модификацию осуществляли либо путём физической обработки на стадии пропитки армирующей нити связующим (при использовании вибрации), либо в виде кратковременного физического воздействия на свежепропитанную связующим нить (при использовании постоянного электрического поля (ПЭП) или ультрафиолетового излучения (УФИ) с последующим отверждением в традиционных условиях. Эффективность методов физической модификации можно оценить по влиянию использованного физического воздействия на физико-механические характеристики ПКМ (критерий 1) и по физикохимической активности использованного физического воздействия (критерий 2). Оценка первого критерия основана на сравнении характеристик образцов ПКМ, полученных без использования и с использованием физической модификации. Оценка второго критерия основана на сравнении кинетических кривых отверждения с использованием и без использования физического воздействия. Рассматриваемый критерий физико-химической активности γ находили путём интегрирования скорости изменения степени конверсии, вызванного физическим воздействием, по времени. Анализ характера влияния физических воздействий на физико-механические характеристики ПКМ показал, что обработка препрегов УФИ обеспечивает стабильное улучшение прочностных характеристик на 10- 40% , а вибрационная обработка приводит к менее стабильным результатам, то есть она может приводить не только к улучшению, но и к ухудшению прочностных характеристик вследствие нарушения компактности армирующих технических нитей, при этом значительное улучшение одной характеристики (например, α уд) сопровождается значительным ухудшением другой – σ и [1,2]. Неотверждённые препреги весьма чувствительны к различным физическим воздействиям, которые в определённой степени влияют на последующий химический процесс отверждения (табл. 2). Увеличение продолжительности физического воздействия приводит к увеличению массовой доли связующего, подвергнутому этому воздействию, однако эпоксидная смола более подвержена влиянию ПЭП, чем влиянию вибрации. 171 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Таблица 2 Физико-химическая активность γ различных физических воздействий (полиэпоксиды армированные нитроном) Физико-химическая активность γ различных видов физической обработки при получении полиэпоксидов, армированных различными нитями Вид воздействия ПЭП ПЭП ПЭП Вибрация Вибрация Вибрация МО МО МО УФИ УФИ УФИ Продолжительность воздействия, с 5 10 15 5 10 15 5 10 15 5 10 15 γ, масс.доли связующего 0,04 0,26 0,33 0,09 0,19 0,29 0,11 0,15 0,17 0,21 0,24 0,28 Таким образом, от модификации ПКМ электрическим полем следует ожидать более сильного влияния на физико-механические характеристики, чем влияние вибрации. Выводы: 1.Предложена оценка эффективности различных способов физической модификации по величине физико- химической активности изученных физических воздействий, поскольку физическое воздействие неизбежно влияет на скорость последующего химического отверждения. 2. Из четырёх рассмотренных способов физической модификации наиболее надёжными и эффективными можно считать обработку препрегов ультрафиолетовым излучением и обработку в постоянном электрическом поле. Библиографический список: 1. Черёмухина И.В. Способ получения армированных полимерных композиционных материалов / И.В. Черёмухина, В.Н. Студенцов. Патент РФ № 2280655 , опубл 27.07.2006 Бюл. № 21. 2. Мурадов А.Б. Способ получения армированного полимерного композиционного материала / А.Б. Мурадов, И.В. Черёмухина, В.Н. Студенцов, В.А. Кузнецов. Патент РФ № 2324709 , опубл 20.05.2008 Бюл. № 14. ЧЕРЕМУХИНА И.В. – доцент, Энгельсский технологический институт (филиал) Саратовского государственного технического университета им. Гагарина Ю.А. СТУДЕНЦОВ В.Н. – доктор технических наук, профессор, Энгельсский технологический институт (филиал) Саратовского государственного технического университета им. Гагарина Ю.А. ИБАЕВ М.О. – магистрант, Энгельсский технологический институт (филиал) Саратовского государственного технического университета им. Гагарина Ю.А. 172 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ О.В. Лукина, Д.В. Лукина КОНСТРУКЦИЯ, ПРИНЦИП РАБОТЫ СВЧ УСТАНОВКИ ДЛЯ РАЗМОРАЖИВАНИЯ ТЕСТОВОГО ПОЛУФАБРИКАТА И МЕТОДЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ РАЗМОРОЖЕННОГО ТЕСТА И ВЫПЕЧЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ Предварительными исследованиями нами установлено, что за счет использования СВЧ-энергии тестовая заготовка равномерно нагревается по всему объему; значительно сокращается продолжительность размораживания, и создаются высокие санитарно-гигиенические условия процесса размораживания, так же сокращается расход электроэнергии. Разработана СВЧ-установка непрерывного действия роторного типа. Размораживатель представляет собой цилиндрическую емкость из нержавеющей стали. В качестве транспортирующего органа в этой установке выбран ротор, разделенный металлическими перегородками на шесть секций – камер (IVI). Рабочая зона, где происходит тепловая обработка продукта, состоит из двух секций (II, IV). СВЧэнергия подводится в зону тепловой обработки через волновод таким образом, что бы в секции (II, IV) происходил быстрый нагрев теста. Для этого на верхней поверхности емкости, над секцией II и IV, предусмотрены два отверстия, где стыкуются магнетроны с генераторными блоками. Секции II и IV являются резонаторными камерами. В секциях III,V происходит выравнивание температуры размораживаемого теста (термостатирование). Секция I служит для загрузки замороженного теста, а VI секция предназначена для выгрузки размороженного теста. Генераторные блоки можно приподнять от корпуса для очистки секций, в конце технологического процесса. Процесс размораживания происходит следующим образом. Замороженные тестовые полуфабрикаты помещают в секцию I, затем секция смещается на 1/6 окружности. При каждом повороте на 1/6 часть окружности тесто перемещается в следующие секции, в которых происходит нагрев или термостатирование продукта. Выгрузка размороженного тестового полуфабриката, осуществляется следующим образом, 1/6 часть окружности совмещается с отверстием в днище емкости, вследствие чего тесто падает на ленточный транспортер. Затем транспортер направляет полуфабрикат на дальнейшую технологическую обработку [2, 3]. Лучший результат размораживания получен при ступенчатом режиме размораживания с термостатированием изделий между циклами подвода СВЧ-поля. При этом аккумулированное тепло отдельными частями распространяется по всей массе продукта. Размораживание в СВЧ-поле позволяет в десятки раз ускорить процесс, и соответственно, снизить потери питательных веществ в изделиях из теста. Уменьшение продолжительности размораживания полуфабрикатов не только повышает их качество, но и снижает возможность обсеменения их микрофлорой окружающего воздуха. Производительность установки регулируется скоростью движения ротора и дозой воздействия потока электромагнитных излучений сверхвысокочастотного диапазона [4]. Отличительной особенностью установки является вращающийся ротор, разделенный на камеры (секции). Благодаря этому установка отличается компактностью и высокими технико-экономическими показателями. Так, по сравнению с конвейерной СВЧ-установкой туннельного типа роторная установка при одинаковой производительности занимает в 2,0-2,5 раза меньшую площадь и ее масса на 25-30% меньше [1]. Техническая характеристики: производительность 10-15 кг/ч, габаритные размеры 800х800х800 мм. Оценка поглощающей способности образца-сырья и потери энергии за счет теплопередачи окружающему воздуху и теплового излучения показывает, что суммарные потери энергии на много меньше подводимой к образцу СВЧ энергии. Результаты предварительного исследования распределения теплового потока исследовано при помощи тепловизера FLIR B365. К преимуществам конструируемой установки следует отнести высокую скорость размораживания, удобство санитарной обработки рабочей камеры и компактность привода ротора, который размещается под рабочей камерой. Оценили качество теста размороженного при воздействии ЭМП СВЧ излучения в соответствии с ГОСТ Р 52697-2006. 173 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Таблица 1 Схема технологического контроля размороженного теста и выпеченных изделий Размороженное тесто Готовое изделие Определяемые показатели Внешний вид (цвет, форма), Вкус и запах Влажность Температура Кислотность Внешний вид (форма, состояние корок, цвет корок), состояние мякиша (его эластичность, пропечённость, отсутствие признаков непромеса, характер пористости, цвет мякиша) Вкус и запах Влажность Температура Кислотность Пористость Способы контроля Органолептический способ Органолептический способ Методом высушиванием ГОСТ 21094 Термометрированием ГОСТ 28498 Титрованием ГОСТ 5670 Органолептический способ Органолептический способ Методом высушиванием ГОСТ 21094 Термометрированием ГОСТ 28498 Титрованием ГОСТ 5670 Определение пористости мякиша стандартным методом ГОСТ 5669 Таблица 2 Схема технологического контроля размороженного теста и выпеченных изделий Использованное оборудование Использованное оборудование Эксперименты 1)Замес теста различной влажностью и температурой 7) Определение массы тестовых заготовок после воздействия ЭМП СВЧ с помощью электронных весов Лидер 2)Определение влажности теста до и после размораживания 8) Тестовые заготовки разного замеса после эндогенного нагрева и формования 3)Определение кислотности теста до и после размораживания 9) Готовое изделие, выпеченное из размороженного тестового полуфабриката при воздействии ЭМП СВЧ 4) Определение температуры теста с помощью термопары и спиртового термометра до и после размораживания 10) Определение влажности готового изделия 5) Определение массы теста до воздействия ЭМП СВЧ с помощью электронных весов Лидер 11) Определение пористости готового изделия 6) Эндогенный нагрев разной удельной мощности, в течение определенного промежутка времени 12) Определение кислотности готового изделия 174 Эксперименты I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Контроль качества размороженного теста в части физико-химических показателей осуществляли по хлебобулочным изделиям, выпеченных из размороженных тестовых полуфабрикатов. Для контроля органолептических и физико-химических показателей составили суммарную пробу изделий, попавших в случайную выборку. Хлебобулочные полуфабрикаты отбирали в соответствии массой хлебобулочных полуфабрикатов. Исследования показали, что используя разработанную СВЧ-установку непрерывного действия роторного типа размороженный тестовый полуфабрикат и готовое хлебобулочное изделие соответствует ГОСТ Р-52697-2006 [5]. Библиографический список: 1.Антипов С.Т. Машины и аппараты пищевых производств. / С.Т. Антипов, И.Т. Кретов, А.Н. Остриков, В.А. Панфилов, О.А. Ураков. М.: Высшая. школа, 2001. 703 с. 2.Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. Части 2-3./Г.И. Атабеков, С.Д. Купалян, А.Б. Тимофеев, С.С. Хухриков. М.-Л.:Энергия, 1966. 276 с. 3.Алямовский И.Г. Теплофизические характеристики пищевых продуктов при замораживании // Холодильная техника. 1968. № 5. С. 35-36. 4.Зельман Г.С., Ильинская Т.И. Технология замораживания хлебобулочных и мучных кондитерских изделий. М.: Пищевая промышленность, 1969. 212 с. 5.Национальный стандарт РФ ГОСТ-52697-2006. М.:Стандартинформ, 2007. ЛУКИНА ОКСАНА ВЛАДИМИРОВНА – аспирант, Чувашская государственная сельскохозяйственная академия. ЛУКИНА ДАРЬЯ ВЛАДИМИРОВНА – аспирант, Чувашская государственная сельскохозяйственная академия. 175 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Л.Н. Степаненкова ПОЛНОЦЕННОЕ ПИТАНИЕ – ОСНОВА ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА ЖИЗНИ Питание, как известно, является основой жизни, и от его качества в значительной степени зависит здоровье и качество самой жизни. B основу рационального питания положен принцип сбалансированности потребляемой пищи, благодаря чему обеспечивается оптимальная потребность организма в пищевых и биологически активных веществах, способны проявлять в организм максимум своего полезного действия. Сбалансированное питание предусматривает наилучшие количественные и качественные взаимосвязи основных пищевых веществ: белков, углеводов, жиров, витаминов, минеральных веществ и более двух десятков классов других биологически активных веществ, которые должны присутствовать в пище. Особое значение, по мнению основоположника современных принципов рационального питания академика А.А. Покровского (1964), имеет сбалансированность эссенциальных (т.е. незаменимых) пищевых веществ: незаменимых аминокислот, жирных кислот, взаимосвязи витаминов и минералов между собой и другими компонентами пищи, a также связь и влияние других биологически активных веществ на проявление биологических свойств. Древняя народная медицина давно и c немалым успехом использовала оздоравливающие свойства пищевых веществ растительного, минерального и животного происхождения. Великий врач древности Гиппократ еще более 2500 лет назад произнёс пророческие слова: «Пусть ваша пища будет вашим лекарством, a вашими лекарствами станет пища». При этом известно, каких значительных успехов достигал в лечении o лечебном значении «лекарственной пищи». Что касается древних трактатов традиционной китайской медицины, то едва ли не основное место в них отводится лечебному действию различных пищевых веществ растительного, животного и минерального происхождения. A ведь это тысячелетний опыт цивилизованного человечества. Если еще дальше углубиться в древние времена, измеряемые десятками тысяч лет, то оказывается, что лекарствами для первобытного человека служили те же природные вещества и продукты, которые он употреблял в пищу: растения, их корни, листья, стебли и различные органы и ткани животных, a также минералы. K счастью, древние секреты лечебного и оздоровительного действия природных веществ растительной и животной пищи стали достоянием современной цивилизации и сохранились до сих пор (нередко в первозданном виде) в восточной медицине, а также в медицине американских индейцев. Успехи химии и синтеза лекарственных веществ конца ХIХ и всего ХХ века незаслуженно отодвинули на задний план природные вещества как средства профилактики и лечения, создав иллюзию исключительности синтетических средств в поддержании здоровья. На самом деле они воспринимаются организмом как чужеродные и отторгаются. Разумеется, для экстренной помощи, для борьбы c инфекциями эти вещества часто незаменимы. Однако, в профилактике, реабилитации, для длительного применения могут быть использованы только безопасные природные вещества. По-видимому, неслучайно и в западных странах, и в России отмечается возрастающий интерес к методам и средствам восточной медицины. Этот интерес еще более стимулируется продолжающимся ростом случаев различных токсических и аллергических осложнений y людей вследствие применения современных синтетических лекарств. Число этих осложнений, по данным Всемирной организации здравоохранения, достигает в на стоящее время 15-20%. Как это ни парадоксально звучит, но сегодня стало вполне привычным употреблять такие термины как «лекарственная болезнь» или «поражения вследствие лечения». Более того, эти термины устойчиво вошли в официальную медицину. Смертность от побочных эффектов синтетических лекарств занимает пятое место после сердечно-сосудистых заболеваний, рака, травм от техногенных и природных катастроф, заболеваний легких и бронхов. Вот почему процесс сближения и объединения современных достижений западной медицины и традиций и методов древней медицины, в первую очередь восточной, неизбежен, и c ним связывается прогнозирование новых успехов современной науки o здоровье, особенно профилактической медицины. Одним из следствий этого объединительного процесса является широкое применение c целью оздоровления и лечения натуральных растительных и минеральных продуктов c той, может быть, разницей, что в практике древневосточной медицины биологически активные компоненты пищи поступали в организм, как правило, в виде пищи, a в случае современной западной – в виде так называемых биологически активных добавок к пище (БАД), которые все в большем объеме производятся c использованием современных технологий. Основные компоненты пищи, или нутриенты, в которых нуждается организм человека, могут быть разделены на две группы. Первая – микронутриенты, суточная потребность в которых определяется десятками и сотнями граммов. K ним относятся белки (суточная норма в разных странах разная, но в среднем составляет 60-100 г полноценного белка), жиры (суточная норма разнообразных жиров c преимуще- 176 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ ством растительных – 50-60 г), и углеводы, в основном медленно расщепляющиеся (суточная норма 400450 г), нерасщепляющиеся в кишечнике пищевые волокна (- 30 - 40%). Вторая группа – микронутриенты, включающая витамины, минералы (макро- и микроэлементы), разнообразные растительные фенолы, каротиноиды, растительные стеролы – в общей сложности более 20 классов разнообразных веществ, не считая витаминов и минералов. Их дозировки варьируют от микрограм м до десятков и сотен миллиграмм, a суммарная суточная доза составляет всего 1-1,5 грамма. Однако, это, казалось бы, незначительное количество, оказывает разнообразное регулирующее влияние на организм, его защиту от повреждающих факторов, иммунную систему, оказывает нормализующее влияние на различные органы и системы организма. Значимость микронутриентов настолько велика, что возникла новая наука – нутриентология на стыке диетологии и фармакологии (науки o действии различных веществ на организм). Именно микронутриенты в их широком многообразии и являются основными компонентами биологически активных добавок к пище. Тем не менее, практические врачи в большинстве своем мало осведомлены o значении и действии микронутриентов пищи и часто недооценивают их исключительно важную роль в профилактике и даже лечении (пусть даже как дополнительные факторы к базовому лeчению). О многих действующих микронутриентах, исключая разве что витамины и отдельные минералы (кальций, железо, йод, селен) многие не имеют никаких представлений. Это связано с традиционным взглядом на пищу, определяющим ее, главным образом, как источник энергии (углеводы и жиры) и пластических веществ (белки). При этом, упускается из виду, что для их превращения в организме в ту же энергию и построения собственных белков из пищевых требуются целые наборы витаминов, минералов, антиоксидантов, компонентов, усиливающих доставку в клетки и использование кислорода и т.д. Что же касается, например, лечения больных, то ими признаются только лекарственные препараты, большинство из которых химические вещества, чужеродные организму (или ксенобиотики, от ксенос – чужой), которые организм отторгает и выводит, часто за счет крайнего напряжения своих ресурсов. Расхожая точка зрения в современной западной медицине: задача врача назначить лекарство, все остальные нужные вещества человек получает из пищи. Это глубокое заблуждение, поскольку современные пищевые продукты массового потребления не содержат и десятой доли основных микронутриентов по сравнению c пищей, скажем, ХIХ века. Причинами такого положения во всех индустриальных странах являются: - тотальная химизация сельского хозяйства и животноводства (химические удобрения, инсектициды, ростовые вещества и т.п.), которая изменяет не только растения, но и уже привела к деградации почв; - современные технологии переработки пищи, например, рафинирование, когда из продуктов удаляются самые ценные для организма вещества, a вводятся химические компоненты для улучшения товарного вида и увеличения сроков хранения. Ярким примером этого является рафинирование растительных масел, когда из них удаляются растительные стеролы, фосфолипиды, витамин «Е» и другие ценные вещества, a остается только масло как таковое. Второй пример – маргарины, получаемые химической переработкой растительных масел, в результате чего в них появляются вредные для организма трансжиры (10-15%), которые являются причиной быстрого развития атеросклероза, диабета и других болезней. Oб этом серьезном положении c массовым питанием свидетельствует появление органической пищи. Органическая пища – это обычные продукты питания, выращиваемые без использования какой бы то ни было химии, в экологически чистых условиях c применением только естественных способов выращивания и производства растений и животных без добавления консервантов, красителей и других добавок. Разумеется, эти продукты значительно дороже обычных. На проводимой ежегодно в марте Международной выставки биологически активных добавок и органической пищи в Лос-Анжелесе (Анахейм) (неоднократным участником, которой был автор этих строк) павильон органической пищи в 2006 г. по сравнению c 2003 г увеличился как минимум в пять раз. K сожалению, такая пища доступна далеко не всем даже в США, да и производится в небольших объемах. B то же время массовое питание, особенно система fastfood является причиной ряда серьезных нарушений пищевого статуса населения. Оно характеризуется: избыточным потреблением животных жиров и потому неизбежно – холестерина – при одновременном дефиците ненасыщенных жирных кислот; дефицитом пищевых волoкон и отрубей вследствие низкого потребления хлебобулочных изделий из муки грубого помола; глубокое нарушение микрофлоры кишечника и дисбактериоз, что приводит к острому дефициту многих производимых микрофлорой ценных веществ, повышение вязкости крови, снижению иммунитета, стойким запорам, которые рассматриваются как предраковые состояния кишечника; 70-90% различных групп населения имеет дефицит витамина C; 177 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ 40-80% населения имеет дефицит витаминов группы B и фолиевой кислоты; 40-60%о населения имеет дефицит витамина А; 20-30% населения имеет дефицит витамина В12; 20-60% населения имеет дефицит витамина E; 20-55% населения имеет дефицит важнейших макро- и микроэлементов (железа, кальция, фтора, селена, йода и др.), что приводит к развитию различных и широко распространенных заболеваний: анемии, остеопороза, кариеса, врожденных деффектов хряща и костей, дистрофическим поражениям сердца, нарушениям функции щитовидной железы и замедлению физического и умственного развития; почти 65% населения находится в состоянии хронического психоэмоционального стресса, что ускоряет развитие многих болезней: психоэмоциональных расстройств, неврозов, ишемической болезни сердца, стенокардии, артериальной гипертонии, язвенной болезни желудка и кишечника; у 35% населения обнаруживаются проявления иммунологической недостаточности, что предполагает к развитию острых и хронических воспалительных процессов, инфекционных заболеваний, злокачественных опухолей и т.д.; 30-40% мужчин страдает снижением половой активности; около 40% женщин страдают от болезненных проявлений климактерического периода, который нередко сопровождается вегетососудистыми и гормональными нарушениями, невротическими состояниями, остеопорозом, ускорением развития атеросклероза и артериальной гипертензии. Приведенные цифры характерны для России. Тем не менее, Международная конференция по питанию, организованная в 1992 г. ФАО/ВОЗ в Риме, указала на широкое распространение дефицита микронутриентов как на важнейшую проблему в области питания не только развивающихся, но и развитых стран и подчеркнула необходимость широкомасштабных мер на государственных уровнях для эффективной коррекции этих дефицитов. Выходом из сложившейся ситуации является рациональное и квалифицированное применение биологически активных добавок к пище. Именно по этому пути идут страны c наибольшей продолжительностью жизни, например, Япония. Их часто называют пищевыми добавками, a это совершенно неправильно. Пищевые добавки – это технологические добавки, которые, будучи минимально активными, улучшают товарные качества продукта. Примером могут служить нитраты, которые добавляются как консерванты в колбасы, сосиски, ветчину, a также широко и, к сожалению, в избытке используются при выращивании овощей и могут накапливаться в них. Это приводит к ухудшению функции крови, и может стать причиной опухолей. K пищевым добавкам относится пищевые красители, не всегда, к сожалению, безопасные, особенно для детей, разрыхлители хлеба и т.д. Чем их меньше, тем безопаснее продукт. Систематическое применение БАД в дополнение к основной пище позволит обеспечить организм всеми необходимыми ему компонентами, нормализовать обмен веществ и, как следствие, улучшить здоровье и повысить невосприимчивость к различным неблагоприятным воздействиям и болезням. A это – залог высокого качества жизни и долголетия. СТЕПАНЕНКОВА ЛЮДМИЛА НИКОЛАЕВНА – кандидат технических наук, доцент кафедры Технологии продуктов питания и экспертизы товаров филиала ФГБОУ ВПО МГУТУ им. К.Г. Разумовского в г. Вязьма Смоленской области. 178 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ М.А. Бойко ПИЩЕВЫЕ ДОБАВКИ И ПРОДОВОЛЬСТВЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ В настоящее время в России допускается использование и присутствие в отечественных и импортных пищевых продуктах около 250 видов пищевых добавок. В продуктах питания могут использоваться только добавки, допущенные к применению. Так, некоторым добавкам свойственно аллергенное действие. К таким веществам относятся бензонаты (Е210, Е219), азокрасители (Е102, Е110, Е122, Е123, Е124, Е129, Е151), антиоксиданты (Е320, Е321) и др. Довольно много пищевых добавок можно обнаружить в кулинарных заготовках, блюдах быстрого и мгновенного приготовления, воздушно-взбитых десертах, пестрых мягких жевательных сладостях, низкокалорийных и диетических продуктах. Около 200 добавок допущены к применению с ограничением. Однако 108 веществ вследствие (так думают) их абсолютной индифферентности допущены для использования в «пищевых продуктах в целом» без указания предельной дозировки, а это может привести к различным технологическим нарушениям. Законодательство России, касающееся продуктов питания, в обязательном порядке требует нанесения на этикетки продукции информации о видах и количестве пищевых добавок, используемых при производстве того или иного продукта. Однако и отечественные, и зарубежные поставщики из-за отсутствия четкого механизма юридической ответственности производителя за недостоверное декларирование пищевых добавок грешат недобросовестным или полным отсутствием указаний на упаковке выпускаемой продукции в отношении наличия пищевых добавок. Особое мнение и осторожность необходимы при использовании импортных пищевых добавок – ароматизаторов и красителей, учитывая, что абсолютное большинство их является искусственными. Отечественным производителям, да и покупателям, необходимо знать, что в Российской Федерации и Республике Беларусь красители красные «цитрусовый красный 2» (Е1210) запрещены, а красители «алканет» (Е103), «желтый 2G» (Е107), «пунцовый SX» (Е125), «эритрозин» (Е127), «красный 2G» (Е128), «коричневый FK» (Е154) и «коричневый НТ» (Е155) не имеют разрешения к потреблению. В настоящее время Минздравом РФ разрешены к применению в пищевой промышленности следующие синтетические красители: желтые – «тартразин» (Е102) и «хинолиновый желтый» (Е104); красные – «азорубин» (Е122), «понсо 4Р» (Е124); синие – «патентованный синий V» (Е131), «индигокармин» (Е132) и некоторые др. Из числа отечественных ароматизиторов к натуральным относятся: «Апельсиновая» и «Лимонная» эссенция для безалкогольных напитков, эссенция «Мятная Плукская» и «Кориандровая», ароматизатор «Мускат». Эти ароматизаторы являются практически безвредными в пищевом отношении и включены в международные списки душистых веществ для производства ароматизаторов – списки Европейского совета и Управления по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств США. Многие люди стараются не покупать продукты, содержащие какие-либо добавки, поскольку считают их вредными для здоровья. Однако не все так однозначно. Во-первых, в продукты часто добавляют исключительно натуральные красители, такие, например, как свекольный сок (Е162). Во-вторых, бывают добавки, идентичные натуральным – аскорбиновая кислота, или витамин С (Е300). В-третьих, натуральные добавки не всегда «обыгрывают» искусственные по безопасности воздействия на организм, например, натуральный краситель «аннато» (Е160b) может вызывать у отдельных людей сильную аллергию. Помимо этого, есть «неаппетитные» натуральные добавки: шеллак, или природный лак (Е904), который используется для глазирования сладостей и печения. Получают из продуктов секреции насекомых, обитающих в Индии; альгинаты (Е401-404) делают из бурых морских водорослей и применяют в качестве загустителя в мороженом, соусах, паштетах и т. д.; эфиры глицерина (Е445) получают из древесины сосны. Эти добавки выступают в роли стабилизаторов в различных газированных напитках; карбонат кальция (Е170), или попросту мел, используют как белый краситель, а также для предотвращения образования комков в хлебной продукции; кошениль (Е120) вырабатывают из сушеных жучков-кокцидов. Этот краситель имеет насыщенный красный цвет и добавляется в мясные продукты, желе и сладости. Одной из разновидностей пищевых добавок, относящихся к биологически активным веществам, способным обеспечить продовольственную безопасность планеты, являются натуральные биокорректоры. С их помощью возможно: увеличить продуктивность животных и урожайность продовольственных и кормовых растений; производить и широко применять новую генерацию функциональных продуктов питания массового, лечебного, диетического, детского, профессионального и другого назначения; 179 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ создать кормовые ресурсы нового типа для сельскохозяйственных и домашних животных; корректировать состав и свойства традиционного сырья и готовой для употребления продукции; повысить гарантию безопасности продовольственных и кормовых ресурсов; исключить из технологических процессов чужеродные и токсичные для организма человека вещества и соединения; предотвратить и снизить загрязнения окружающей среды вредными веществами. Этот новый поликомпонентный комплекс является высокоэффективным адаптогеном, биокорректором, иммуномодулятором и биостимулятором. Он содержит в оптимальном соотношении все необходимые для построения белковой молекулы незаменимые и заменимые аминокислоты, витамины (В1, В2, В3, В6, РР, С, инозит, биотин), полноценный и легко усваивающийся набор минеральных элементов (калий, магний, железо, йод, кальций, марганец, никель, селен, хром, медь, цинк и пр.) и многие другие полезные вещества, относящиеся к разряду дефицитных. В отличие от искусственных, чужеродных и токсичных для организма химических и фармацевтических средств, натуральные биокорректоры безопасны, эффективны и необходимы ежедневно в качестве универсальных нормализаторов на молекулярном, клеточном и организменном уровнях. Натуральные биокорректоры новой генерации вырабатываются в виде растворов, пасты, порошка, таблеток, капсул и драже из живых клеток пищевых хлебопекарных дрожжей. В последнее время одной из составляющих безопасности пищевых продуктов является медикобиологическая оценка продуктов питания из генетически модифицированных источников, которая включает в себя исследования возможных аллергенных, иммуномоделирующих, мутагенных свойств и показателей качества (содержание белка и его аминокислотный состав, жира, углеводов, минеральных веществ и витаминов). Трансгенными, или генетически модифицированными, продуктами называются такие, в состав которых входит сырье с измененным генофоном. Метод создания генетически модифицированных продуктов заключается в изменении генной структуры таким образом, что они приобретают новые функции: становятся более устойчивыми к болезням, засухе и холодам. Такие ингредиенты могут содержаться и в мясе животных, если их кормят специальным генетически модифицированным кормом, который способствует увеличению мышечной массы. В настоящее время в мире организовано широкомасштабное производство пищевой продукции, полученной из генетически модифицированных источников. Список разрешенных для использования в питании и кормах сельскохозяйственных культур в 2004 году, по Food and Drug Administration, USA, включает более 100 генетически модифицированных продуктов. В целях информирования населения о содержании в пищевых продуктах генетически модифицированного сырья более чем в 130 странах введена маркировка подобных продуктов, а потребление их пищу продолжает стремительно расти. Наука не стоит на месте, и экономика развивается по своим законам. Продуктов питания не хватает, и генная инженерия помогает решать эту проблему. Но потребитель должен иметь право выбора и право на достоверную, правдивую информации, точно так же, как он должен знать о том, не содержит ли продукт повышенное количество пестицидов, тяжелых металлов или нитратов. Право на качество и безопасность товара – одно из ключевых прав потребителя. Серьезным вызовом генетически модифицированным продуктам является рынок натуральных, экологически безопасных продуктов питания или, как их принято называть, органическая пища (organic foods). Например, в США рынок органических продуктов питания за последние 10 лет демонстрировал ежегодный прирост 20-25%, а в Мексике – 50%. Предполагается сохранение этого прироста в ближайшие 5 лет, что отражает мировые потребности в органической пище. Промышленность основывает свою рыночную активность на ключевых моментах, обусловливающих покупку потребителем органических продуктов: здоровое питание (60% потребителей), вкусовые предпочтения (38%), безопасность продуктов (30%), беспокойство за экологию (26%). В связи с этим использование на пищевые цели продукции из генетически модифицированных источников в настоящее время не нашло широкой поддержки у потребителя. Учитывая его запросы, произошла сегрегация рынка продовольственного сырья на генетически модифицированные и обычные культуры. Это привело к внедрению в пищевую промышленность системы контроля сохранения идентичности. Параллельно в мире возрастает производство экологических продуктов питания, которые в перспективе оккупируют рыночную нишу продуктов группы «Здоровье». В этом отношении у России и Беларуси также имеется шанс увеличить свой экспортный потенциал за счет обычных культур и продуктов их переработки. Также важным с точки зрения сохранения качества и безопасности пищевых продуктов являются требования, предъявляемые к упаковочным материалам, предназначенным для контакта с продуктами питания. В соответствии с положением «Инструкции по санитарно-химическому исследованию изделий, изготовленных из полимерных и других синтетических материалов, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами» «Предельно допустимые количества химических веществ, выделяющихся из 180 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ материалов, контактирующих с пищевыми продуктами» из таких изделий в продукты питания не должны вызвать канцерогенный, мутагенный и другие отдаленные эффекты. Контроль за соблюдением этого требования осуществляется республиканскими органами в сфере зашиты прав потребителей как при разработке изделий, так и в ходе текущего санитарноэпидемиологического надзора при их санитарно-химических исследованиях. В Российской Федерации отношение между производителями и потребителями регулируются Законом РФ «О защите прав потребителей», который вступил в силу 25 июля 2002 года. Отношения в области защиты прав потребителей регулируются Гражданским кодексом Российской Федерации, а также нормативными документами международных договоров, действующих для нашей страны. Итак, мы рассмотрели лишь некоторые аспекты безвредности пищевых продуктов, знание которых позволит проводить политику здорового питания среди населения страны, защитит его от недоброкачественной продукции и обеспечит продовольственную безопасность. БОЙКО МАРИНА АНАТОЛЬЕВНА – старший преподаватель кафедры Технологии продуктов питания и экспертизы товаров филиала ФГБОУ ВПО МГУТУ им. К.Г. Разумовского в г. Вязьма Смоленской области. 181 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Е.А. Налобина, А.В. Шовкомуд МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОТЕРЬ КАЧЕСТВА ЛЬНОСЫРЬЯ Постановка проблемы. Качество льняного волокна, в основном, зависит от качества тресты, которое в свою очередь определяется главным образом качеством выполнения технологий. В свою очередь на процесс осуществления технологий влияет большое количество факторов, многие из которых носят вероятностный характер, например погодные условия. Для стабилизации процесса получения льняной тресты с высокими показателями необходима разработка новых агротехнических приемов уборки льна-долгунца и вылежки тресты, а также их дифференциации с учетом сортовых особенностей и природно-климатических условий. Учитывая сказанное, разработка научных основ адаптации технологий к отмеченным условиям производства – актуальная научно-техническая задача задачей есть. При решении данной задачи необходимо наиболее полно учесть факторы влияния на процесс формирования и выбора вариантов технологии, что обеспечит уменьшение потерь урожая, повышение его качества и эффективного использования ресурсов. Анализ литературных источников. Научные основы выращивания льна-долгунца разрабатывались такими учеными как Г.А. Хайлис [1, 2], М.М. Ковалев [3, 4], М.И. Афонин [5], В.Г. Черников [6] и многие другие. Влияние различных механизированных приемов и отдельных рабочих органов на процесс формирования качества льняной тресты исследовали А.Б. Лурье [7], Г.А. Хайлис [1, 2, 8], Е.И. Дударев [9, 10], В.И. Макаев [11, 12], В.И. Соснов [13], М.М. Боярченкова [14, 15] и многие другие. Авторами проанализированы различные факторы влияния на процессы произрастания и развития льна-долгунца; проведения уборочных работ и вылежки тресты. В результате анализа известных работ выявлено, что оценивание эффективности различных технологий проводилось с использованием отдельных критериев без учета их комплексного влияния на процессы. Такой узкий подход не дает возможности провести глубокий анализ и выявить направления усовершенствования технологий. Целью данной работы есть разработка основ методологического подхода к оцениванию качества технологических операций в процессе получения льняной тресты. Изложение основного материала. Априорная оценка качества выполнения технологических операций – необходимая составляющая системного исследования процесса получения льняной тресты. Учитывая это, сформулируем основные положения методики априорного оценивания выполнения технологии получения льняной тресты без потерь. На первом этапе оценивания возникает необходимость формирования базы данных. В качестве источника накопления информации должны быть использованы эмпирические характеристики, полученные в льносеющих хозяйствах, расположенных в одной климатической зоне. Исходными данными, необходимыми для осуществления оценки основных показателей качества, есть: 1) параметры, которые характеризируют своевременность исполнения технологических операций без существенных отклонений от нормальных показателей (продолжительность процесса вылежки); 2) параметры, которые характеризируют трудоемкость этапов осуществления технологии; 3) эмпирические данные про условия протекания процесса и параметры влияния на него, которые есть объективными причинами потерь качества льняного сырья. Показатели, которые входят в выделенные группы исходных данных, приводятся на рис. 1. Вторым этапом есть оценивание своевременности выполнения технологических операций без отклонений. Оценку проводим с использованием основ теории вероятности в следующей последовательности: 182 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ 1) формируем алгоритм проведения технологических операций в виде последовательности выполнения элементарных действий, направленных на изменение свойств льняной соломы, расстеленной для вылежки; 2) обосновываем перечень показателей, характеризующих выполнение этапов алгоритма без существенных отклонений; 3) рассчитываем параметры вероятности выполнения процесса без потерь качества; 4) рассчитываем вероятность уменьшения отрицательного влияния внешних (погодных) факторов; 5) определяем условия вероятности перехода граничного состояния льняной тресты (по показателям качества) в критическое (потери параметров качества более 50%). операций в обычных и сложных Вв условиях і предельная продолжительность времени от момента появления негативного погодного фактора до возникновения брака льнотресты Tг t среднестатистические данные о длительности нахождения льносырья под влиянием негативных агроклиматических факторов Tcт t допустимая величина продолжительности технологических операций Tдоп t 2 Параметры, характеризующие трудоемкость процесса количество технологических операций, n прогнозируемая интенсивность выполнения потр операций Wk t продолжительность выполнения k -й технологической операции Tk t количество средств механизации, применяемых в процессе выполнения k -й операции N k 3 Параметры, которые являются предпосылкой потерь качества льносырья среднее значение продолжительности выполнения операций техническими средствами М Т с и их отклонения T коэффициенты П , характеризующие экстремальные условия обработки льносырья вероятность выполнения действий техническими средствами без отклонений П количество типов отклонений, возможных во время выполнения технологических операций b средняя статистическая величина задержки времени выполнения операции от воздействия внешнего j -го фактора Zj 183 Рис. 1. Схема формирования базы исходных данных 1 Параметры, характеризующие своевременность выполнения технологических операций без значительных отклонений известные алгоритмы Ав і технологических ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ На основе предыдущих этапов можно рассчитать вероятность возникновения потерь интегрального показателя качества при условии проявления конкретных неблагоприятных факторов влияния: Q t 1 P t , где P t – вероятность появления событий согласно эмпирическим данным. Потери показателей качества можно оценить: b x , M x Q t j b j 1 где xj – фиксированный показатель качества; b – количество возможных отклонений при выполнении элементарных операций исследуемого технологического процесса. Данная методика была апробирована. С этой целью были собраны эмпирические данные, характеризирующие условия и сроки протекания технологического процесса вылежки тресты льна в хозяйствах Волынской и Ровенской областей (Украина). А также данные про показатели качества и проявления отклонений от нормального протекания процесса. Приведем ниже некоторые полученные результаты: 1) вероятность увеличения срока вылежки тресты связана с погодными условиями P12 t 0,844 ; 2) вероятность отклонения показателя отделяемости от величины 4,0 в конце срока вылежки в нижних слоях ленты тресты P34 t 0, 28 , что обусловлено не выполнением определенного количества операций оборачивания тресты; 3) вероятность возникновения потерь интегрального показателя качества (в качестве интегрального показателя условно принятый номер льняной тресты 2,5) – Q t 0,064 . Вывод. Использование предложенного методического подхода для априорной оценки возможных потерь качества льняной тресты в процессе ее вылежки на стлище позволяет: 1) предварительно оценить финансовые потери производителя; 2) оценить возможные вероятности снижения показателей качества тресты в зависимости от внешних факторов; 3) разработать комплекс научно-практических мероприятий, направленных на снижение потерь. Библиографический список: 1.Хайлис Г.А. Льноуборочные машины / Г.А. Хайлис, Н.Н. Быков, В.М. Бухаркин, Г.К. Васильев, Б.П. Можаров. М.: Машиностроение, 1985. 232 с. 2.Хайлис Г.А. Механика растительных материалов. К. УААН, 2002. 374 с. 3.Ковалев М.М. Ресурсосберегающая технология и оборудование для переработки льносырья / М.М. Ковалев, А.П. Апыхин, Ф.В. Зубов, Д.Г. Дьяченко // Интенсификация машинных технологий производства и переработки льнопродукции: мат. межд. науч.-практ. конф., 15-16 июля 2004. Тверь, 2004. С. 16-26. 4.Ковалев М.М. Повышение экономической эффективности технологизации инженерно-технической сферы льняного подкомплекса (рекомендации) / Ю.Ф. Лачуга, М.М. Ковалев, Б.А. Поздняков. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2006. 68 с. 5.Афонин М.И. О расстиле льна на льнище // Лен и конопля. 1959. № 5. С. 30. 6.Черников В.Г. Технологии и технические средства комбайнового и раздельного способов уборки льна: автореф. дисс. докт. техн. наук. Тверь, 1999. 85 с. 7.Лурье А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов. Л.: Колос, 1970. 122 с 8.Хайліс Г.А. Технології збирання льону та проблеми механізації льонарства / Г.А. Хайліс, О.О. Налобіна // Техніка АПК. 2004. №1-2. С. 17. 9.Дударев Е.И. Влияние различных условий приготовления тресты на микробиологические процессы, выход и качество волокна: отчет о НИР // Труды ВНИИЛ. Торжок, 1962-64. 142 с. 10. Дударев Е.И. Особенности вылежки тресты на льнище / Е.И. Дударев. Г.П. Малыгина // Лен и конопля. 1960. № 8. С. 7-9. 11. Макаєв В.І. Вплив розтягнутості трести льону-довгунцю на вихід довгого волокна / В.І. Макаєв // Сільськогосподарські машини: зб. наук. статей. Луцьк: ЛДТУ, 2007. Вип. 15. С. 196-199. 12. Макаєв В.І. Вплив технологій збирання та розвитку рослин льону на якість насіння // Міжвідомчий тематичний наук. зб. Механізація та електифікація с-г ННЦ ІМЕСГ УААН. Глеваха, 2006. Вип. 90 С. 291-297. 13. Соснов В.И. Исследование естественной (полевой) сушки льняной тресты // Экономика, механизация и первичная обработка льна: сб. научн. тр. ВНИИЛ. Торжок. 1974. Вып. 12. С. 195-199. 14. Боярченкова М.М. Основные приемы совершенствования технологии приготовления тресты на льнище / М.М. Боярченкова, В.В. Мухин // Льняное дело. М., 1994. № 2. С. 25-27. 184 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ 15. Боярченкова М.М. Технология приготовления тресты на почвенных гребнях // Достижение науки и техники АПК. 1999. № 9. С. 22-26. НАЛОБИНА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА – доктор технических наук, профессор, Луцкий национальный технический университет (Украина). ШОВКОМУД АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ – кандидат технических наук, ассистент кафедры Машин легкой промышленности, Луцкий национальный технический университет (Украина). 185 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ АГРОИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ А.П. Герасимчук МОДЕРНИЗАЦИЯ ЛЬНОТЕРЕБИЛКИ ТЛН-1,5 С УЧЕТОМ НАДЕЖНОСТИ ЕЕ УЗЛОВ Процесс уборки льна наиболее трудоемкий при его выращивании и оказывает значительное влияние на качество льноволокна, а, следовательно, в значительной мере определяет экономическую целесообразность выращивания льна. Для уборки льна используют льноуборочные машины. Эволюция льноуборочных машин, как и любых технических систем, возможна путем создания новых или модернизации (усовершенствования) имеющихся конструкций. Для выбора рационального варианта модернизации льноуборочных машин, в том числе льнотеребилок, необходимо: 1) учитывать особенности большого модельного ряда известных машин, объемы работ и агротехнические сроки их выполнения; 2) сформировать перечень критериев качества технологического процесса теребления; 3) спрогнозировать качество и энергозатраты модернизированной машины; 4) проанализировать показатели надежности машины и обосновать пути их улучшения. Для исследования и конструирования льноуборочные машин такие авторы как М.И. Шлыков [1], М.М. Летошнев [2], Г.А. Хайлис [3], М.М. Ковалев [4], Е.А. Налобина [5] применяли методы физического и математического моделирования. Однако, как показал анализ работ, авторами не рассматривались вопросы надежности узлов и деталей льноуборочных машин; не были в полном объеме выявлены факторы, влияющие на их работоспособность, не обоснованы пути уменьшения количества отказов при работе. Целью работы является анализ факторов, влияющих на работоспособность и надежность льнотеребилки (на примере ТЛН-1,5) и обоснование направлений ее модернизации. В настоящее время в хозяйствах Украины, выращивающих лен, широко применяется фронтальная льнотеребилка ТЛН-1,5. Данная льнотеребилка несложная в обслуживании и имеет сравнительно простую конструкцию. Как выявил анализ эмпирических данных причинами нарушения работоспособности льнотеребилки есть: 1) забивание теребильных ручьев и выводного устройства; 2) деформация прутков делителей; 3) повреждения теребильного ремня и ремня выводящего устройства (рис. 1). Проявления этих отказов приводит к потере производительности, значительному ухудшению качества процесса теребления. Для устранения указанных недостатков возникает необходимость модернизации льнотеребилки. а б Рис. 1. Виды возможных поломок конструктивных элементов льнотеребилки: а – деформация прутков делителя, б – повреждения трапециевидного выступа ремня Работы в этом направлении необходимо проводить в следующей последовательности: 1) анализ работоспособности льнотеребилки ТЛН-1,5 и определение узлов и деталей влияющих на возникновение 186 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ отказов в работе и ее надежность; 2) ранжирование по степени влияния на процесс потери работоспособности узлов и деталей льнотеребилки; 3) обоснование направлений модернизации льнотеребилки. С целью проведения анализа надежности работы льнотеребилки и исследования влияния отдельных узлов и деталей на ее работоспособность, конструкция была разделена на функциональные блоки (рис. 2) Привод Рама Делители Теребильный апарат Выводящие устройство Рис. 2. Функциональные блоки льнотеребилки Потеря работоспособности каждого функционального блока льнотеребилки ведет к переходу технической системы в нерабочее состояние. С целью выявления характерных видов отказов отдельных блоков были собраны эмпирические данные, характеризующие критерии надежности ТЛН-1,5: виды отказов, наработка на отказ, период безотказной роботы; в льносеющих хозяйствах Волынской области, Львовского филиала Украинского научно-исследовательского института прогнозирования и испытания техники и технологий для сельского хозяйства им. Л.Погорилого (пгт. Магеров) за десятилетний период. На основании анализа поученных данных построена диаграмма отказов (рис. 3). 1 2 3 4 23% 40% 11% 26% Рис. 3. Диаграмма отказов льнотеребилки через потерю работоспособности: 1 – выводящее устройства; 2 – делителей; 3 – шкивов и роликов теребильного аппарата; 4 – ремня теребильного аппарата Анализ диаграммы отказов позволил перейти ко второму этапу и провести ранжирование функциональных блоков по степени влияния на работоспособность льнотеребилки: 1 – выводящее устройство; 2 – теребильный аппарат; 3 – делители. Нами были проведены роботы по модернизации льнотеребилки, направленные на: 1) повышения качества процесса транспортирования ленты льна в канале выводящего устройства; 2) уменьшения количества забиваний теребильного аппарата; 3) уменьшение интенсивности процесса стирания трапециевидный выступа теребильного ремня. С этой целью запатентованы усовершенствованные конструкции как машины в целом [6] (рис. 4), так и отдельных ее узлов [7, 8] (рис. 5, 6). 187 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ 5 1 7 6 3 4 2 Рис. 4. Одноременная льнотеребилка: 1 – делители; 2 – ремень; 3 – шкив ведущий; 4 – шкив ведомый; 5 – теребильные шкивы; 6 – теребильные ролики; 7 – выводящее устройство Применения модернизированных узлов позволило улучшить подвод стеблей льна в теребильные ручьи за счет установки удлиненных левых прутьев, уменьшить повреждение стеблей льна и повысить надежность его транспортирования за счет изменения конструкции выводящего устройства, уменьшить повреждение трапециевидных выступов ремней за счет использования полых шкивов. А А А-А Рис. 5. Выводного устройство одноременной льнотеребилки Рис. 6. Полый шкив теребильного аппарата Таким образом, результаты анализа надежности льнотеребилки ТЛН-1,5 стали основой обоснования направлений ее модернизации. 188 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Библиографический список: 1.Шликов М.И. Льноуборочный комбайн. М.: Машгиз, 1949. 2.Летошнев М.Н. Сельскохозяйственные машины // 3-е изд. перераб. и доп. М.-Л.: Седьхозгиз, 1955. 764 с. 3.Хайлис Г.А. Льноуборочные машины / Хайлис Г.А., Быков Н.Н., Бухаркин В.Н., Васильев Г.К., Можаров Б.П. М. Машиностроение, 1985. 232 с. 4.Ковалев, М.М. Теория льнотеребильных аппаратов с поперечными ручьями: Монография. Киев: УААН, 1999. 90 с. 5.Налобіна О. О. Механіко-технологічні основи взаємодії робочих органів льонозбирального комбайна з рослинним матеріалом: дис. … доктора техн. наук: 05.05.11 / Налобіна Олена Олександрівна. К., 2008. 341 с. 6.Пат. 20346 Україна МПК A01D45/06. Однопасовий льонобральний апарат / Хайліс Г.А., Налобіна О.О., Герасимчук О.П. №200608537; заяв. 28.07.2006; опубл. 15.01.2007. Бюл. № 1. 7.Пат. 55642 Україна МПК A01D45/06. Льонобральний апарат / Налобіна О.О., Герасимчук О.П, Ткачук О.Л., Нікольчук С.С., Шовкомуд О.В. № 201004995; заяв. 26.04.2010; опубл. 27.12.2010. Бюл. №24. 8.Пат. 54469 Україна МПК A01D45/06. Бральний апарат з порожнистим шківом / Герасимчук О.П., Пуць В.С., Мартинюк В.Л. № 201005604; заяв. 11.05.2010; опубл. 10.11.2010. Бюл. №21. ГЕРАСИМЧУК АЛЕКСАНДР ПАВЛОВИЧ – кандидат технических наук, доцент, Луцкий национальный технический университет (Украина). 189 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ В.Л. Мартынюк АНАЛИЗ ДЕСКРИПТИВНОЙ МОДЕЛИ ПОСАДКИ КАРТОФЕЛЯ С ПОРЦИОННЫМ ВНЕСЕНИЕМ УДОБРЕНИЙ Постановка вопроса. Посадка картофеля – важная и сложная операция технологического процесса его выращивания, от качества выполнения которой зависит урожайность. Поэтому анализ возможных вариантов ее выполнения, а также моделирование альтернативного технологического процесса посадки даст возможность выбрать рациональный вариант, который позволит получить высокую урожайность картофеля с минимальными затратами. Анализ исследований. Для развития аграрного сектора Украины усовершенствование технологического процесса выращивания картофеля – актуальная научно-практическая задача. Как показал анализ известных исследований [1, 2, 3, 4] технологический процесс посадки картофеля зависит от многих факторов, в том числе и от способа внесения удобрений. В работах П.С. Теслюка [5], Ю. Носенко [6], М.Е. Власенко, В.С. Куценко [7] и других ученых проанализировано влияние способа внесения удобрений на урожайность картофеля. Анализ известных способов обнаружил их недостатки и позволил сформировать рабочую гипотезу относительно потребности в разработке альтернативного способа внесения удобрений и обоснования конструкции и параметров механизма для его осуществления. Цель работы заключается в анализе действующих способов внесения удобрений и обосновании внедрения нового способа, который бы обеспечил благоприятные условия развития и роста клубней и позволил рационально использовать удобрения. Результаты исследований. Качественное выполнение технологического процесса посадки картофеля может быть обеспечено лишь с использованием результатов теоретического и экспериментального обоснования его структуры и технических средств для его воссоздания. Повышение качества процесса, которое бесспорно обеспечит рост урожая, нельзя считать эффективным без параллельного решения еще одной научно-практической задачи – минимизации энергетических затрат на выполнение технологический процесса. Анализ основных факторов, которые влияют на процесс в целом и на отдельные его этапы, в том числе на энергетические затраты дал нам возможность обосновать перечень требований, выполнение которых позволяет осуществить технологический процесс посадки картофеля с минимальными энергетическими затратами. За основной критерий технологического процесса посадки картофеля, который необходимо минимизировать с целью уменьшения энергетических затрат, принята норма внесения удобрений. Следует заметить, что выполнение этого условия не должно привести к уменьшению агротехнического эффекта выполнения технологического процесса посадки. Одним из путей достижения этого есть создание рабочего органа для порционного внесения удобрений, применение которого обеспечит соблюдение агротехнических требований и позволит уменьшить расходы удобрений на единицу пути картофелесажалки, создав при этом благоприятные условия для лучшего усваивания питательных элементов удобрений в период прорастания и развития растения. Научно-практический интерес представляет прогнозирование параметров и конфигурации зон распространения питательных веществ, которые содержатся в удобрениях, а также вероятности попадания в эту зону корневой системы картофеля. Спрогнозируем конфигурацию площадей вероятностного пересечения зон распространения питательных веществ и благоприятного усваивания питательных элементов корневой системой картофеля для разных способов внесения удобрений. Рис. 1. Зоны распространения и усваивания корневой системой картофеля питательных элементов удобрений в продольном, поперечном сечении ряда картофеля и вид сверху в случае внесения удобрений в борозду лентой 190 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ На рис. 1 поданы прогнозируемые зоны распространения питательных веществ при условии, что гранулы удобрений высеваются лентой. При условии, что почва сухая гранулы удобрений рассыпаются в борозде в направлении движения картофелесажалки. После выпадения осадков, когда почва насыщена влагой, питательные вещества с водой вымываются вглубь борозды. С учетом этого показана конфигурация зоны распространения питательных веществ. Исходя из агротехнических требований к процессу посадки картофеля, расстояние между центрами клубней картофеля составляет 25…40 см. Как видно из рис. 1 при таком способе внесения удобрений есть участки длиной а, на которых питательные элементы удобрений активно не потребляются корневой системой картофеля. Накладывая одна на другую зоны распространения питательных веществ и активного усваивания питательных элементов корневой системой картофеля, получена зону 1–2–3 – зону наиболее благоприятного усвоения питательных элементов удобрений корневой системой картофеля (рис. 1). На рис. 2 представлены прогнозируемые зоны, получаемые при условии, что удобрение вносится порциями под картофель, а на рис. 3 – над клубнем картофеля. Удобрение высыпается порцией и распределяется по борозде, форма которой является приближенной к окружности сплошным слоем. Рис. 2. Зоны распространения и усваивания корневой системой картофеля питательных элементов удобрений в продольном, поперечном сечении ряда картофеля и вид сверху в случае внесения удобрений порциями под картофель Рис. 3. Зоны распространения и усваивания корневой системой картофеля питательных элементов удобрений в продольном, поперечном сечении ряда картофеля и вид сверху в случае внесения удобрений порциями над клубнями картофеля Такие способы внесения удобрений имеют следующие недостатки: при накоплении удобрений под клубнями картофеля есть большая вероятность проявления ожогов клубней под воздействием активных веществ; при расположении слоя удобрений над картофелем активные вещества распространяются вниз, попадают на клубень, что приводит к избыточному насыщению растения химическими веществами, то есть к резкому уменьшению ее товарных свойств. 191 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Сделать невозможным проявление данных недостатков можно за счет внедрения элементарной операции порционного внесения удобрений вокруг клубней картофеля. Дескриптивная модель данной операции подана на рис. 4. Видим (рис. 1-4), что зона наиболее благоприятного усваивания питательных элементов удобрений имеет, согласно дескриптивной модели, наибольшую площадь при условии, что удобрения высеваются порциями на дно борозды, формируя окружность, внутри которой попадает клубень картофеля. Удобрения располагаются в виде окружности, радиус которой (рис. 4, б), используя теорию вероятности, определяется: R 2ln 1 P 1/2 . Рис. 4. Зоны распространения и усваивания корневой системой картофеля питательных элементов удобрений: а – вид сбоку, поперечное сечение ряда картофеля и вид сверху; б – схема расположения высаженных клубней картофеля и высеянных удобрений Кроме величины R, обоснования требуют параметры: шаг посадки, расстояние от центра клубня до гранул удобрений. Результаты обоснования были положены в основу разработки конструкции устройства порционного внесения удобрений [10]. Вывод. Анализ сформированных дескриптивных моделей зон распространения и усваивания корневой системой картофеля питательных элементов удобрений подтвердил целесообразность применения способа порционного внесения удобрений вокруг клубней картофеля. Гранулы удобрений высеваются порциями на дно борозды, формируя круг, в середину которого попадает клубень картофеля. Библиографический список: 1.Завора В.А. Пути совершенствования механизированной технологии возделывания картофеля в условиях Алтая. Барнаул, 1995. 59 с. 2.Шпаар Д. Выращивание картофеля / Д. Шпаар, П. Шуман. М.: Россельхозакадемия, 1997. 246 с. 3.Татиаров М.Ш. Эффективность способов посадки, сроков и способов внесения удобрений под картофель в условиях республики Татарстан // Достижения науки и техники АПК. 2009. С. 35-37. 4.Прянішніков Д.М. Агрохімія. К.: Держсільгоспвидав, 1964. 608 с. 5.Теслюк П.С. Практичні поради картопляру / Петро Сергійович Теслюк. – К.: Урожай, 1991. 224 с. 6.Носенко Ю. Ще раз про другий хліб / Ю.Носенко // Настоящий хозяин. 2006. № 6. С. 48-55. 7.Довідник картопляра / М.Є. Власенко, В.С. Куценко [ред. В.А. Вітенко]. 2-е вид., перероб. і доп. К.: Урожай, 1985. – 200 с. 8.Половинкин А.И. Основы инженерного творчества: Учеб. пособие для студентов втузов. М.: Машиностроение, 1988. 368 с. 9.Козаченко Б.О. Механізація виробництва картоплі: Довідник / Б.О. Козаченко, В.В. Кононученко. К.: Урожай, 1991. 176 с. 10.Пат.50372 А Україна, МКИ А01С9/00. Картоплесаджалка / В.Л. Мартинюк (Україна).№ 2001129164; Заявл. 28.12.2001; Опубл. 15.10.2002, Бюл. №2. МАРТЫНЮК ВИКТОР ЛЕОНИДОВИЧ – кандидат технических наук, доцент, Луцкий национальный технический университет (Украина). 192 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Д.Э. Селезнев, М.Г. Грушецкая МЕТОДОЛОГИЯ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОГО ВАРИАНТА ПРОВЕДЕНИЯ МОДЕРНИЗАЦИИ ОЧЕСЫВАЮЩИХ АППАРАТОВ ЛЬНОУБОРОЧНЫХ МАШИН Постановка проблемы. В современных условиях ограниченного финансирования агропромышленного комплекса Украины приоритетным подходом к решению задачи развития льняной отрасли АПК есть подход, который базируется на модернизации существующих образцов техники. Модернизация, которая предполагает улучшение технических и эксплуатационных характеристик образца – распространенная тенденция повышения технического уровня, в том числе и в передовых странах Западной Европы. Причина этого явления – высокая стоимость проектирования и изготовления новых, современных образцов техники. Анализ литературных исследований. Исследования и обоснования параметров рабочих органов льноуборочных машин приведены в работах М.И. Шлыкова [1, 2], А.Б. Лурье [3, 4], Г.А. Хайлиса [5, 6, 7], М.М. Ковалева [6, 9] и многих других ученых. Г.А. Хайлис теоретически исследовал работу теребильных аппаратов, зажимных транспортеров и других рабочих органов льноуборочных машин. Автором разработаны ряд методик расчета параметров рабочих органов, математически описаны процессы их взаимодействия с растительным материалом. В работах А.Б. Лурье глубоко исследован процесс затягивания стеблей льна в теребильные ручьи; обоснована методика расчета растянутости стеблей льна, которая базируется на вероятностных методах. Весомый вклад в развитие теории льноуборочных машин внес и М.М. Ковалев, который провел теоретические исследования работы плющильных аппаратов, теребильных машин, машин для оборачивания льняной тресты. Одним из рабочих органов льноуборочного комбайна есть очесывающий барабан, предназначеный для отделения семенных коробочек от стеблей льна. Исследованием процесов, происходящих при взаимодействии рабочих органов очесывающих аппаратов и стеблей льна занимались А.С. Маят [10], А.С. Моисеев [11], Г.А. Хайлис [5,6,7], М.М. Ковалев [12]. Анализ исследований выявил, что известные конструкции очесывающих аппаратов не обеспечивают в полном объеме нормативные требования к процесу обчеса: - чистота выделения семян не менее 99%; - отход стеблей в плутанину не более 3%; - повреждение стеблей не более 5%. Учитывая выше сказанное задача дальнейшего усовершенствования очесывающих аппаратов с целью повышения показателей качества их работы есть актуальной. Цель работы: обоснование основ методологического подхода к выбору рационального варианта модернизации очесывающего аппарата льноуборочного комбайна. Изложение основного материала. Модернизация – один из методов ресурсосбережения и использования отработавшей некоторое время техники, а также важное направление выхода из кризиса предприятий льняного комплекса АПК Украины. Модернизация – это изменение технического образца, которое затрагивает основные его параметры, без изменения его функционального назначения. Модернизация – процесс многовариантный. Обоснование рационального варианта проведения модернизации машины(узла) должно быть основано на системном анализе показателей качества технологического процесса, который выполняется с ее участием. На данное время методологические аспекты модернизации не обоснованы в литературе. Ниже сформулируем системные основы методологии формирования рационального варианта конструкции очесывающего аппарата льноуборочного комбайна. На первом этапе необходимо выполнить ряд концептуальных исследований с целью выявления противоречий между качественно-технологическими требованиями протекания процесса очеса и возможностями известного базового варианта аппарата. Так в ходе исследований, выполненных авторами, были установлены основные направления модернизации выбранного для исследования очесывающего аппарата барабанного типа. Предметом исследований был технологический процесс уборки льнадолгунца льноуборочным комбайном и, в частности, параметры качественной операции очесывания. Объектом – очесывающий аппарат конструктивное исполнение и параметры работы. Принятые направления модернизации базового объекта: - решение задачи уменьшения повреждений стеблей при очесе; - повышение выхода семян; - увеличение чистоты очеса; 193 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ - уменьшение накоплений в слое стеблей недоразрушенных коробочек. Согласование требований к качеству процесса, а также конструктивных и кинематических параметров аппарата может быть достигнуто через поиск новых технических решений в ходе модернизации. Методология проведения исследований, направленных на формирование качественных параметров модернизированного аппарата, показана в виде логико-структурной схемы на рис. 1. Формирование перечня требований к показателям качества технологического процесса и к модернизируемому аппарату Анализ характеристик процессов очеса коробочек льна известными аппаратами интенсивность очеса чистота очеса энергоемкость процесса количество поврежденных стеблей Анализ известных исследований, направленных на ликвидацию техникотехнологических недостатков, влияющих на показатели качества процесса очеса Рис. 1. Схема концептуальных исследований, выполненных с целью обоснования перечня требований к модернизированному аппарату На следующем этапе работ по модернизации должен совершаться переход от исследований показателей качества процесса очеса к технико-технологическим показателям, которые должны быть реализованы. Исследования второго этапа должны базироваться на основных принципах системного подхода к решению технических задач, который предполагает следующую последовательность решения задачи модернизации: 1.Формирование требований к конструкции аппарата и рассмотрение возможности его установления на машине, выбранной в качестве объекта модернизации. 2.Исследование основных технико-технологических характеристик базового аппарата. 3.Системные исследования, направленные на обоснование концепции конструктивного исполнения, определения параметров, их оптимизацию и выполнение экономических расчетов. Глубина исследований, направленных на формирование структуры модернизированного аппарата зависит от результатов системного анализа, который предполагает декомпозицию базовой льноуборочной машины и выявление взаимосвязей отдельных ее структурных элементов, что дает возможность сформировать базу данных для успешного решения задачи модернизации. На следующем этапе, назовем его «концепция формирования модернизации», необходимо обосновать перечень характеристик, которые позволяют в достаточной степени провести оценку модернизированного аппарата и которые можно выразить в конкретных цифровых значениях. Основа синтеза модернизированной конструкции сформирована. Решение задачи синтеза – высокоэффективного процесса очеса, должно базироваться на таких положениях: 1.технология очеса ленты льна и функционирование в ней очесывающего аппарата должны анализироваться и синтезироваться неотрывно от общей технико-технологической структуры машины. 2.техническая структура аппарата должна окончательно формироваться в результате анализа функциональных, эксплуатационных и экономических критериев. При этом необходимо сформировать и проанализировать с целью выбора минимум два альтернативных варианта моделей: а) модели функционирования очесывающего аппарата 194 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ б) модели, раскрывающей зависимости качественных показателей процесса от параметров аппарата (скорости вращения барабана, частоты влияния, т.д.) в) модели оценивания степени влияния критериев качества предыдущих технологических операций (теребление, транспортирование) на показатели очеса. Формирование окончательного варианта модернизированного объекта – заключительный этап методологии решения задачи модернизации. Вывод. В статье приведены основные этапы обоснования и формирования качественных и технико-технологических требований к процессу усовершенствования ( модернизации) очесывающих аппаратов льноуборочных машин. Предложенный методологический подход позволяет систематизировать исследования, направленные на научно-обоснованное усовершенствование конструкции и параметров известных очесывающих аппаратов с целью повышения технического уровня льноуборочных машин и показателей качества процесса очеса. Основы предложенного методологического подхода могут быть использованы для решения задачи модернизации любого образца техники. Библиографический список: 1.Шлыков М.И. Льноуборочные комбайны. М.: Машгиз, 1949. 2.Шлыков М.И. Основные свойства льна // Теория, конструкция и производство сельхозмашин: ІІ т.; Под ред. акад. В.П. Гарячкина. М. Л.: Сельхозгиз., 1936. С.123-125. 3.Лурье А.Б., Кондрашов В.Ф., Хайлис Г.А. Растянутость льносоломки при работе льноуборочных машин. // Тракторы и сельхозмашины. 1969.№ 3. 4.Лурье А.Б. Статическая динамика сельскохозяйственных агрегатов. М.: Колос, 1981. 382 с.: ил., табл. 5.Хайлис Г.А. Теория и расчет льноуборочных машин // Труды Великолукского сельхозинститута: ХХVІ выпуск. Елгава, 1973. 334 с. 6.Хайлис Г.А., Ковалев М.М. Теория льнотеребильных аппаратов с поперечными ручьями. К.: УААН, 1999. 90 с. 7.Хайлис Г.А. Элементы теории и расчета льноуборочных машин. М.: Машгиз, 1963. 151с. 8.Ковалев М.М, Козлов В.П. Плющильные аппараты льноуборочных машин (конструкция, теория и расчет). Тверь, 2002. 208 с. Библиогр. 9.М.М. Ковалев, В.И. Смирнов, М.М. Боярченкова. Совершенствование технологии и технических средств для плющения стеблей льна. Вологда, 2000. С.215-217. 10. Маят А.С. Проектирование теребильных аппаратов льноуборочных машин // Сбор. ТКПСХМ; под ред. В.П. Горячкина. М., 1936. т.IV. С. 14-20. 11. Маят А.С., Моисеев А.С. Вертикальное транспортирование льна в теребильных машинах. Теория, конструкция и производство сельхозмашин; Под общей ред. акад. В. П. Горячкина. М.: Сельхозгиз, 1936. Т. III. 12. Льноуборочный комбайн "Русь"/ М.М. Ковалев, В.И. Смирнов, В.П. 13. Черников В.Г. Машины для уборки льна (конструкция, теория и расчет). М.: ИНФРА–М, 1999. 210 с. СЕЛЕЗНЕВ ДМИТРИЙ ЭДУАРДОВИЧ – аспирант, Луцкий национальный технический университет (Украина). ГРУШЕЦКАЯ МИРОСЛАВА ГРИГОРЬЕВНА – доцент, Луцкий национальный технический университет (Украина). 195 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ ТЕХНОЛОГИЯ, МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОЗАГОТОВОК, ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА, ДЕРЕВОПЕРЕРАБОТКИ И ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ БИОМАССЫ ДЕРЕВА Г.Н. Вахнина, Р.Г. Боровиков, И.Н. Журавлев, В В. Стасюк, П.Н. Щеблыкин К РАСЧЕТУ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ КОРПУСА КОНУСНОГО КЛАССИФИКАТОРА ДЛЯ ЛЕСНЫХ СЕМЯН (со средним положением горизонтального элемента каркаса) Продолжая начатые ранее исследования по разработке технических средств, реализующих ресурсосберегающую технологию комплексной предпосевной обработки лесных семян [1, 2, 3], представляем аналитический расчет перемещения рабочего органа конусного классификатора (решение о выдаче патента на изобретение от 20.11.2011 г., дата приоритета 07.10.2011 г.) со средним положением горизонтального элемента [4]. Рассмотрим положение корпуса с решетами конусного классификатора от исходного состояния до крайнего отклонения влево с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении (рисунок 1). Введем следующие обозначения по рисунку 1: lслс – длина соударения корпуса с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении при отклонении влево, мм; αлс – угол отклонения корпуса влево при соударении с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, рад; βлс – угол отклонения решет влево с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, рад; s1лс – положение крайней левой точки нижнего решета при отклонении влево с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, мм; s2лс – положение крайней левой точки среднего меньшего решета при отклонении влево с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, мм; s3лс – положение крайней левой точки среднего большего решета при отклонении влево с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, мм; s4лс – положение крайней левой точки верхнего решета при отклонении влево с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, мм; φллс – левый угол между поверхностью корпуса и основанием каркаса при отклонении влево, рад; φплс – правый угол между поверхностью корпуса и основанием каркаса при отклонении влево, рад; h1лс – положение крайней правой точки нижнего решета при отклонении влево с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, мм; h2лс – положение крайней правой точки среднего меньшего решета при отклонении влево с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, мм; h3лс – положение крайней правой точки среднего большего решета при отклонении влево с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, мм; h4лс – положение крайней правой точки верхнего решета при отклонении влево с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, мм; АА2 – перемещение крайней левой точки верхнего решета при отклонении влево, мм; ВВ2 – перемещение крайней левой точки среднего большего решета при отклонении влево, мм; СС2 – перемещение крайней левой точки среднего меньшего решета при отклонении влево, мм; DD2 – перемещение крайней левой точки нижнего решета при отклонении влево, мм. Длина соударения корпуса с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении при отклонении влево, согласно рисунку 1 определяется: lcлс= Bкар 0.5( Dсбр Dсмр ) . (1) Угол отклонения решет влево с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении равен: s . R вр лс arctg (2) Определяем величины перемещений крайних точек решет при среднем положении горизонтального элемента каркаса (рисунок 1). Перемещение крайней левой точки верхнего решета при отклонении влево АА2 = а2 , крайней левой точки среднего большего решета при отклонении влево ВВ 2 = b2 будет: (3); а2 s4 лс sin лс . 196 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ b2 s3 лс sin лс . (4) Рис. 1. Положение корпуса классификатора при отклонении влево со средним положением горизонтального элемента Перемещение крайней левой точки среднего меньшего решета при отклонении влево СС 2 = с2 , крайней левой точки нижнего решета при отклонении влево DD 2 = d2 будет: c2 s2 лс sin лс . d 2 s1лс sin лс . (5); (6) Угол отклонения корпуса влево при соударении с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении будет равен: Rвр . 2 s лс arctg (7) Исходя из треугольников, представленных на рисунке 2, рассчитаем величины понижений крайних левых точек всех решет и повышений крайних правых точек всех решет. Понижение крайней левой точки верхнего решета при отклонении влево О 3О4 = о2, крайней левой точки среднего большего решета при отклонении влево Р 3Р4 = p2 будет: о2 1,2 Rвр sin лс (8); p2 1,2Rсбр sin лс . (9) Рис. 2. Расчетная схема понижений крайний левых точек решет и повышений крайних правых точек со средним положением горизонтального элемента каркаса 197 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Понижение крайней левой точки среднего меньшего решета при отклонении влево Q3Q4 = q2, крайней левой точки нижнего решета при отклонении влево T3T4 = t2 будет: (10); q2 1,2Rсмр sin лс . t2 1,2Rнр sin лс . (11) Повышение крайней правой точки верхнего решета при отклонении влево о 3, крайней правой точки среднего большего решета при отклонении влево p3 будет: 14 (12); о3 Rвр sin лс . 15 14 (13) p3 Rсбр sin лс . 15 Повышение крайней правой точки среднего меньшего решета при отклонении влево q3 , крайней правой точки нижнего решета при отклонении влево t3 будет: 14 (14); q3 Rсмр sin лс 15 14 (15) t3 Rнр sin лс . 15 С учетом (12-15) и (2) получаем: ; s 14 ; h2 лс h2 Rсмр sin arctg R 15 вр s 14 ; h3 лс h3 Rсбр sin arctg R 15 вр s 14 . h4 лс h4 Rвр sin arctg R 15 вр h1 лс h1 s 14 Rнр sin arctg R 15 вр Учитывая выражения (8-11) и (7), уравнения (3-6) принимают вид: s R sin arctg вр ; а2 s4 1,2 Rвр sin arctg 2s R вр (16) (17) (18) (19) (20) s R (21) sin arctg вр ; b2 s3 1,2 Rсбр sin arctg 2s R вр s R (22) sin arctg вр ; с2 s2 1,2 Rсмр sin arctg 2s R вр s R (23) sin arctg вр . d 2 s1 1,2 Rнр sin arctg 2s R вр Рассмотрим положение корпуса с решетами конусного классификатора от исходного состояния до крайнего отклонения вправо с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении (рисунок 3). Введем следующие обозначения по рисунку 3: lспс – длина соударения корпуса с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении при отклонении вправо, мм; αпс – угол отклонения корпуса вправо при соударении с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, рад; βпс – угол отклонения решет вправо с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, рад; s1пс – положение крайней правой точки нижнего решета при отклонении вправо с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, мм; s2пс – положение крайней правой точки среднего меньшего решета при отклонении вправо с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, мм; s3пс – положение крайней правой точки среднего большего решета при отклонении вправо с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, мм; s4пс – положение крайней правой точки верхнего решета при отклонении впра- 198 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ во с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, мм; φлп – левый угол между поверхностью корпуса и основанием каркаса при отклонении вправо, рад; φпп – правый угол между поверхностью корпуса и основанием каркаса при отклонении вправо, рад; h1пс – положение крайней левой точки нижнего решета при отклонении вправо с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, мм; h2пс – положение крайней левой точки среднего меньшего решета при отклонении вправо с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, мм; h3пс – положение крайней левой точки среднего большего решета при отклонении вправо с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, мм; h4пс – положение крайней левой точки верхнего решета при отклонении вправо с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении, мм; KK2 – перемещение крайней правой точки верхнего решета при отклонении вправо, мм; LL2 – перемещение крайней правой точки среднего большего решета при отклонении вправо, мм; MM2 – перемещение крайней правой точки среднего меньшего решета при отклонении вправо, мм; NN2 – перемещение крайней правой точки нижнего решета при отклонении вправо, мм. Рис. 3. Положение корпуса классификатора при отклонении вправо со средним положением горизонтального элемента Длина соударения корпуса с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении при отклонении вправо, согласно рисунку 3 определяется: lcпс= Bкар Dсбр cos пс . (24) Угол отклонения решет вправо с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении равен: s 2 Rнр пс arctg . (25) Определяем величины перемещений крайних точек решет при среднем положении горизонтального элемента каркаса (рисунок 3). Перемещение крайней правой точки верхнего решета при отклонении вправо КК 2 = k2 , крайней правой точки среднего большего решета при отклонении вправо LL2 = l2 будет: .(26); k2 s4пс sin пс .(27) l2 s3пс sin пс Перемещение крайней правой точки среднего меньшего решета при отклонении вправо MM2 = m2, крайней правой точки нижнего решета при отклонении вправо NN2 = n2 будет: (28); m2 s2 пс sin пс . (29) п2 s1пс sin пс . Угол отклонения корпуса вправо при соударении с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении будет равен: R (30) пс 2 лс 2arctg вр . 3s 199 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Исходя из треугольников, представленных на рисунке 4, рассчитаем величины понижений крайних правых точек всех решет и повышений крайних левых точек всех решет. Понижение крайних правых точек решет при отклонении корпуса вправо будет равно сумме понижений крайних левых точек и повышений крайних правых точек при отклонении влево. Понижение крайней правой точки верхнего решета при отклонении вправо О 12О13 = о8 , крайней правой точки среднего большего решета при отклонении вправо Р12Р13 = p8 будет: 32 (31); о8 Rвр sin лс . 15 32 (32) p8 Rсбр sin лс . 15 Понижение крайней правой точки среднего меньшего решета при отклонении вправо Q12Q13 = q8, крайней правой точки нижнего решета при отклонении вправо T12T13 = t8 будет: 32 (33); q8 Rсмр sin лс . 15 32 (34) t8 Rнр sin лс . 15 Рис. 4. Расчетная схема понижений крайних правых точек решет и повышений крайних левых точек со средним положением горизонтального элемента каркаса Повышение крайней левой точки верхнего решета при отклонении вправо о 9 будет равно понижению крайней правой точки о8. Повышение крайней левой точки среднего большего решета при отклонении вправо p9 будет равно понижению крайней правой точки p8. Повышение крайней левой точки среднего меньшего решета при отклонении вправо q9 будет равно понижению крайней правой точки q8. Повышение крайней левой точки нижнего решета при отклонении вправо t9 будет равно понижению крайней правой точки t8. Положения крайних правых точек при отклонении корпуса вправо будут равны разности положений крайних правых точек при отклонении влево со средним положением горизонтального элемента и величины понижения по формулам (31-34). Положения крайних левых точек при отклонении корпуса вправо будут равны сумме положений крайних левых точек при отклонении влево со средним положением горизонтального элемента и величин повышений по формулам (31-34). В результате выражения (26-29) принимают вид: s Rвр 6 k2 h4 Rвр sin arctg sin 2arctg 5 3s Rвр ;(35) 200 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ s Rвр 6 l2 h3 Rсбр sin arctg sin 2arctg 5 3s Rвр ; (36) s Rвр 6 m2 h2 Rсмр sin arctg sin 2arctg R 5 3s вр ; (37) s Rвр 6 n2 h1 Rнр sin arctg sin 2arctg R 5 3s вр . (38) Полученные уравнения (20-23) и (35-38) свидетельствуют о том, что доминирующими факторами, влияющими на величину перемещений рабочего органа классификатора, являются: расстояния между решетами, их размеры и положение горизонтального элемента [4]. Библиографический список: 1. Vakhnina G.N. Increasing of Germinating Ability of Seeds Revisited / Vakhnina G.N, Borovikov R. // Леса России в XXI веке: Материалы седьмой международной научно-практической интернет-конференции. Июль 2011 г. / под ред. авторов; Фед. агентство по образованию ГОУ ВПО «Санкт-Петербургская лесотехническая академия им. С.М. Кирова». Санкт-Петербург, 2011. С. 114-117. 2. Вахнина Г.Н. Ресурсосберегающая технология комплексной предпосевной обработки лесных семян // Актуальные проблемы лесного комплекса. Под общей редакцией Е.А. Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 31. Брянск: БГИТА, 2012. С. 118-120. 3. ВахнинаГ.Н. Технические средства комплексной предпосевной обработки лесных семян // Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса: материалы международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию кафедры механической технологии древесины ФГБОУ ВПО КГТУ / отв. ред. С.А. Угрюмов, Т.Н. Вахнина, А.А. Титунин. Кострома: Изд-во КГТУ, 2012. С. 142-143. 4. Вахнина Г.Н. К расчету перемещения корпуса конусного классификатора для лесных семян (с верхним положением горизонтального элемента каркаса) // I международная научно-практическая конференция «Технические науки – основа современной инновационной системы», 25 апр. 2012 г. [Текст]: [материалы]: в 2 ч. / Приволжский научно-исследовательский центр. Йошкар-Ола: Коллоквиум, 2012. 2 ч. С. 83-89. ВАХНИНА ГАЛИНА НИКОЛАЕВНА – кандидат технических наук, ассистент кафедры Деталей машин и инженерной графики, Воронежская государственная лесотехническая академия. БОРОВИКОВ РОМАН ГЕННАДЬЕВИЧ – кандидат технических наук, доцент кафедры Деталей машин и инженерной графики, Воронежская государственная лесотехническая академия. ЖУРАВЛЕВ ИВАН НИКОЛАЕВИЧ – кандидат технических наук, ассистент кафедры Деталей машин и инженерной графики, Воронежская государственная лесотехническая академия. СТАСЮК ВЛАДИМИР ВЛАДИМИРОВИЧ – кандидат технических наук, доцент кафедры Деталей машин и инженерной графики, Воронежская государственная лесотехническая академия. ЩЕБЛЫКИН ПАВЕЛ НИКОЛАЕВИЧ – кандидат технических наук, доцент кафедры Деталей машин и инженерной графики, Воронежская государственная лесотехническая академия. 201 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Г.Н. Вахнина, Д.Д. Вахнин ВЕРОЯТНОСТНАЯ СКОРОСТЬ СЕМЯН НА РЕШЕТАХ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ КЛАССИФИКАТОРОВ Во время обработки по ресурсосберегающей технологии [2] на усовершенствованных классификаторах [3] лесные семена совершают сложное движение, состоящее из возвратно-поступательного, возвратно-колебательного, направление которого меняется и в горизонтальной плоскости, и в вертикальной плоскости. Отличительной особенностью вида движения семенного материала, создаваемого применением новых классификаторов, является создание подбрасывания семян на полотне решета, в результате которого они движутся по траектории в виде знака бесконечности. Встряхивание семян, влияющие на изменение положения и движения в пространстве, предполагает учет последнего при расчете скоростей и ускорений движения частиц обрабатываемого материала [1, 4]. Просеивание эллиптических частиц возможно только при положении шириной параллельно полотну решета. В наших исследованиях будем рассматривать поведение эллиптических частиц после соударения корпуса классификаторов с каркасом. Частный случай возможного поведения семян с пространственной переориентацией рассмотрен в работе [1]. Перемещение эллиптической частицы длиной lс, шириной bс, движущейся со скоростью v по плоскому решету толщиной tреш, наклоненному под углом β, с отверстиями диаметром b за промежуток времени t будет: (1) x v t cos , g t2 y v t sin . 2 (2) Выразив из (1) время t и подставив его в (2), получим: y v x sin 0.5 g x 2 . 2 v cos v cos 2 (3) В случае движения семян без просеивания и без пространственной переориентации (рисунок 1) проекции перемещения будут: lc ) cos 0.5bc sin , 2 l y0 (bc c ) sin 0.25bc sin . 2 x0 (bc Условные обозначения по рисунку 1: b – диаметр отверстия плоского решета, мм; bс – ширина семени, мм; lс – длина семени, мм; угол наклона решета при отклонении влево (6а, 6б, 6в), рад; tреш – толщина решета, мм. Рис. 1. Движение семян без просеивания и без пространственной переориентации 202 (4) (5) β– I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ вен: Угол отклонения решет влево с горизонтальным элементом каркаса в верхнем положении [5] ра- s 2 R вр (6а) s R вр (6б) s , R сбр (6в) лв arctg Угол отклонения решет влево с горизонтальным элементом каркаса в среднем положении равен: лс arctg Угол отклонения решет влево с горизонтальным элементом каркаса в нижнем положении равен: лн arctg где Rвр – радиус верхнего решета, мм; Rсбр – диаметр среднего большего решета, мм; Δs – расстояние между решетами, мм. Подставив (4) и (5) в (3), выражаем величину скорости семян без просеивания и без пространственной переориентации, которая равна: V 0,5 g bc2 cos 2 lc cos 2 bc sin cos 0.5lc sin cos 0.25bc2 sin 2 . 0.25 sin cos 2 0.5 sin 2 cos (7) В случае движения семян с просеиванием и с пространственной переориентацией (рисунок 2) проекции перемещения будут: bc ) sin cos , 2 b y0 (b c ) sin sin , 2 b 0.5bc , arctg 0 . 5 l t 0 . 5 b c реш c x0 (b рад. где (8) (9) (10) α – угол между направлением перемещения центра семени и вертикальной осью симметрии, Подставив (8) и (9) в (3), выражаем величину скорости семян с просеиванием и с пространственной переориентацией, которая равна: V 0,5 g b 2 sin 2 cos 2 bbc sin 2 cos 2 0.25bc2 sin 2 cos 2 . b sin sin cos 2 0.5bc sin cos 3 b sin 2 cos 2 0.5bc sin 2 cos 2 Рис. 2. Движение семян с просеиванием и с пространственной переориентацией 203 (11) ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ В случае движения семян без просеивания и с пространственной переориентацией (рисунок 3) проекции перемещения будут: Рис. 3. Движение семян без просеивания и с пространственной переориентацией bc ) sin cos , 2 b y0 (b c ) sin sin , 2 0,5 , x0 (b рад. (12) (13) (14) где α – угол между направлением перемещения центра семени и горизонтальной осью симметрии, Подставив (12) и (13) в (3), выражаем величину скорости без просеивания и с пространственной переориентацией, которая равна: V 0,5 g b 2 sin 2 cos 2 bbc sin 2 cos 2 0.25bc2 sin 2 cos 2 . (15) b sin sin cos 2 0.5bc sin sin cos 2 b sin 2 cos 2 0.5bc sin sin tg Полученные уравнения вероятностной скорости семян (7, 11, 15) при обработке на решетах усовершенствованных классификаторах позволяют устанавливать наиболее эффективный кинематический режим, обеспечивающий наилучший результат предпосевной обработки. Впервые выражения для определения скорости учитывают конструктивно-установочные параметры предлагаемых классификаторов. Доминирующую роль при этом играет величина угла наклона решет, определяемая положением горизонтального элемента классификатора и зависящая от параметров используемых решет и расстояния между ними. Последняя величина, в свою очередь, находится в зависимости от габаритных размеров классификатора, а также от количества фракций, на которые необходимо разделить обрабатываемый материал. Ввиду того, что обработка на усовершенствованных классификаторах способствует повышению всхожести семян, то изменение вероятностных скоростей будет влиять и на этот процесс. Библиографический список: 1. Вахнина Г.Н. Повышение эффективности процесса сортирования семян хвойных пород на плоскорешетном сепараторе: дис. … к-та техн. наук: 05.21.01: защищена 2011 / Г.Н. Вахнина. Воронеж, 2011. 247 с. Библиогр.: С. 133-148. 2. Вахнина Г.Н. Ресурсосберегающая технология комплексной предпосевной обработки лесных семян // Актуальные проблемы лесного комплекса. Под общей редакцией Е.А. Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 31. Брянск: БГИТА, 2012. С. 118-120. 3. Вахнина Г.Н. Технические средства комплексной предпосевной обработки лесных семян // Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса: материалы международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию кафедры механической технологии древесины ФГБОУ ВПО КГТУ / отв. ред. С.А. Угрюмов, Т.Н. Вахнина, А.А. Титунин. Кострома: Изд-во КГТУ, 2012. С. 142-143. 4. Вахнина Г.Н. Мгновенные угловые скорости решет конусного классификатора // Леса России в XXI веке: Материалы девятой международной научно-практической интернет-конференции. Октябрь 2012 г. / под ред. авторов; Фед. агентство по образованию ГОУ ВПО «Санкт-Петербургская лесотехническая академия им. С.М.Кирова». Санкт-Петербург, 2012. С. 13-16. 204 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ 5. Вахнина Г.Н. К расчету перемещения корпуса конусного классификатора для лесных семян (с верхним положением горизонтального элемента каркаса) // I международная научно-практическая конференция «Технические науки – основа современной инновационной системы», 25 апр. 2012 г.: [материалы]: в 2 ч. / Приволжский научноисследовательский центр. Йошкар-Ола: Коллоквиум, 2012. 2 ч. С. 83-89. ВАХНИНА ГАЛИНА НИКОЛАЕВНА – кандидат технических наук, ассистент кафедры Деталей машин и инженерной графики, Воронежская государственная лесотехническая академия. ВАХНИН ДМИТРИЙ ДМИТРИЕВИЧ – студент химического факультета, Воронежский государственный университет. 205 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ ТРАНСПОРТ В.В. Мелешин СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА МЕТОДОМ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ НА РЕЖИМЕ «РАЗГОН – ВЫБЕГ» Анализ патентных разработок, периодических отраслевых изданий и научной литературы показывает, что в определении момента инерции вращающихся частей двигателей и других сложных механизмов в последние годы интенсивно развиваются технологии инерционных испытаний [1]. В статье представлены результаты исследования информационно-измерительной системы для комплексного инерционного барабанного стенда, определяющей информационные параметры АТС методом автоматической идентификации на режиме «разгон – выбег». Полученные результаты исследований могут быть использованы в разработке бортовых систем диагностики силового агрегата и ходовой системы АТС. Функциональная схема автомобиля при его разгоне показана на рисунке 1. Рис. 1. Функциональная схема автомобиля при разгоне Функциональная схема при разгоне автомобиля на стенде с беговыми барабанами показана на рисунке 2. Рис. 2. Функциональная схема при разгоне автомобиля на стенде 206 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ При проведении испытаний автомобиля на стенде с беговыми барабанами определяется два параметра – момент сопротивлений в силовом агрегате и трансмиссии автомобиля при его разгоне и момент инерции автомобиля при его выбеге. Функциональная схема показана на рисунке 3. Рис. 3. Функциональная схема процесса разгона автомобиля беговыми барабанами стенда с последующим выбегом автомобиля По известной регуляторной характеристике электродвигателя задаем в точках при выходе на установившиеся режимы заданную угловую скорость вращения бегового барабана. Получаемая при этом зависимость (рисунок 4), отражает относительный приведенный к беговым барабанам стенда момент внутренних сил сопротивлений в автомобиле. Рис. 4. Процесс идентификации относительного приведенного к беговым барабанам стенда момента внутренних сил сопротивлений в автомобиле при разгоне Процесс идентификации относительного суммарного приведенного к беговым барабанам стенда момента инерции системы «автомобиль – стенд» на выбеге (рисунок 5) описывается системой дифференциальных уравнений: 207 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ где б , ̂á – угловая скорость вращения беговых барабанов стенда и ее оценка соответственно; – угловое замедление беговых барабанов стенда и его оценка соответственно; a , – от б , носительный суммарный приведенного к беговым барабанам стенда момента инерции системы «автомобиль – стенд» и его оценка соответственно; M с (б ) – относительный приведенный к беговым барабанам стенда момент внутренних сил сопротивлений в автомобиле; тификатора. K1 и K2 – коэффициенты усиления иден- Рис. 5. Вывод вводимых и идентифицированных параметров на экран осциллографа Качество процесса идентификации параметра нивания (рисунок 6): a характеризуется относительной ошибкой оце- Рис. 6. Ошибка оценивания идентифицированных параметров 208 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Ошибка оценивания параметра a на установившемся режиме не превышает 0,000001266 , а время выхода идентификатора на установившийся режим не превышает 1 с. Разработанный метод определения моментов инерции и сил сопротивлений в силовом агрегате и ходовой системе транспортного средства является универсальным для любого автомобиля с механической коробкой передач. Метод с достаточно высокой точностью определяет момент инерции силового агрегата и ходовой системы как грузовых, так и легковых автомобилей. Высокая точность разработанного метода определения моментов инерции и сил сопротивлений в силовом агрегате и ходовой системе транспортного средства подтверждается совпадением полученных результатов моделирования с расчетными теоретическими результатами. Простота метода подтверждается необходимостью измерения всего лишь двух параметров – угловой скорости и крутящего момента, которая обеспечивается установкой соответствующих датчиков. Практическая значимость разработанного метода заключается в том, что с его помощью можно получать информационные параметры о состоянии силового агрегата, трансмиссии и ходовой системы транспортного средства при его движении в любой момент времени, с их помощью можно также судить о степени загрузки транспортного средства, и как следствие, об эффективности выполнения транспортного процесса. Библиографический список: 1.Науменко Б.С. Новая информационная система автомобиля для тяговых режимов движения // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. Спецвыпуск. 2002. С. 45-48. тет. МЕЛЕШИН ВЯЧЕСЛАВ ВИКТОРОВИЧ – аспирант, Северо-Кавказский федеральный универси- 209 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ В.А. Раков НЕИСПРАВНОСТИ ГИБРИДНЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК АВТОМОБИЛЕЙ № п/п В легковом автопарке нашей страны сформировалась доля автомобилей с гибридными силовыми установками (ГСУ). Результаты исследований показали, что к 2013 году в России количество автомобилей с ГСУ достиг 30 тыс. шт. При этом общее число моделей официально продаваемых на территории РФ гибридных автомобилей увеличилось до 11. Среди них: Lexus RX 450h, GS 450h, LS 600h L, CT 200h; Mersedes S400, ML 450; БМВ Active Hybrid 7, X6; Toyota Prius; Porsche Hybrid RS; Cadillac Escalade Hybrid. Остальные модели ввозятся из стран Европы, США и Японии. Общее же количество гибридных автомобилей во всем мире превысило 4 млн. шт., а темпы роста их численности в настоящее время в среднем достигают 25% в год [1]. Необходимо отметить, что конструкция ГСУ автомобилей значительно отличается от традиционной схемы с ДВС, что приводит к дополнительным сложностям при эксплуатации и обслуживании. По результатам информационного поиска и статистического анализа установлено, что наиболее распространённым типом ГСУ является смешанная схема расположения элементов силовой установки. На основе информации, собранной по материалам на специализированной станции технического обслуживания «HYBRIDs.ru», был реализован статистический эксперимент, в результате которого выделены основные неисправности систем ГСУ и установлены законы их распределения. На наш взгляд, оценка неисправностей ГСУ автомобиля Toyota Prius требует проведение объективного исследования. Гарантийный срок эксплуатации элементов ГСУ для указанных автомобилей с кузовом NHW-11 составляет 7 лет, с кузовом NHW-20 – 8 лет (или 160 тыс. км). Гарантия на ДВС: 5 лет (или 100 тыс. км). С учетом этого срок службы автомобиля принимается равным максимальной гарантии на его элементы, т.е. 7 лет – для модели с кузовом NHW-11 и 8 лет – для моделей с кузовом NHW-20. Поскольку модели с кузовом NHW-11 выпускались до 2004 года, срок их службы закончился в 2011 году. С учетом этого в выборке участвуют все автомобили марки Toyota Prius, срок службы которых заканчивается позже 2010 года. Распределение отказов и неисправностей силового агрегата представлено в таблице 1. Таблица 1 Распределение отказов силового агрегата 1 2 3 4 Наименование агрегата и системы Двигатель - система зажигания - система управления двигателем, датчики - система питания Устройство распределения мощности (PSD) - система охлаждения - зубчатые механизмы трансмиссии - система смазки трансмиссии Электроника - неисправность силовых ключей инвертора - неисправность обмотки статора МГ2 Высоковольтная батарея (ВВБ) - недопустимый разряд батареи - закипание, выход из строя элементов батареи - потеря ёмкости батареи - другое Всего Отказы по интервалам наработки, тыс. км* Всего, % 0-25 0 0 25-50 0 0 50-75 6 6 75-100 14,5 13 100-125 16,5 12 125-150 16 10 150-175 18,0 10 0 0 0 0 1 1,5 2,0 - 0 0 0 1,5 3 4,5 6 - 0 0,5 0,5 2 4,5 5,5 8 21 0 0 0 1 2,5 3 4 - 0 0 0 0 0,5 0,5 1,5 - 0 0 0,5 0 0,5 0 1 0 1,5 0,5 2 2 2,5 3 5,5 0 0 0 0 0,5 1 1,5 - 0 0 0 0 0 1 1,5 - 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,5 0 2 0,5 2,5 - 0 0 0 0 0 0 0,5 - 0 0 0 0 0 0,5 0 0 3,5 0 0 8,5 0 0 20 0 0,5 29 0,5 0,5 38,5 100 71,0 - * Рекомендованная производителем периодичность обслуживания составляет 10 тыс. км. В соответствии с принятой методикой документом – носителем информации является заказ-наряд на выполнение работ с данными о номере кузова, силового агрегата, пробеге автомобиля, информацией о его владельце, видах заявленных и выполненных работ, использованных запчастях, а также датой заезда и выезда автомобиля. Анализ результатов эксплуатационных испытаний на надежность модели Toyota Prius содержит ведомость отказов и неисправностей, оценки количественных показателей надежности, перечень деталей, узлов, систем, лимитирующих надежность, выводы по наиболее проблемным элементам ГСУ. 210 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Согласно имеющейся информации по распределению отказов и неисправностей ГСУ наибольшее их число (71%) непосредственно связано с двигателем внутреннего сгорания ДВС (рис. 1). Вместе с тем диагностирование неисправности этого узла вызывает проблему. Это объясняется тем, что проверить работу ДВС в данном случае затруднительно: его запуск и управление осуществляет ЭБУ и только в режиме потребления мощности. Также существует связь между отказами двигателя и электронных компонентов системы. Отказы высоковольтной батареи (ВВБ) в установленный период эксплуатации составляют 2,5% от общего числа неисправностей. При анализе причин установлено: отказ ВВБ происходит вследствие эксплуатации автомобиля с неисправным ДВС, что приводит к недопустимому разряду ВВБ и ускоренному старению ее элементов. PSD Электроника ВВБ 5,5% 2,5% 21,0% Двигатель 71,0% Рис. 1. Диаграмма распределения отказов по элементам ГСУ Также установлено, что на надежность элементов ГСУ оказывают влияние климатические условия эксплуатации. В соответствии с сервисным бюллетенем замена регламентируется через каждые 100 тыс. км пробега, но, исходя из проведенного анализа неисправностей, можно сделать вывод о том, что срок службы свечей зажигания в климатических условиях РФ снижается до 50-75 тыс. км. В целом же по результатам анализа установлено следующее: 1. Применение стандартных методов диагностирования силового агрегата на неподвижном автомобиле затруднительно. 2. Неисправности одних элементов ГСУ влияют на работоспособность других, что является причиной одной из самых распространенных ошибок при постановке диагноза. 3. Климат и условия эксплуатации влияют на надежность автомобиля. Причем эксплуатационные испытания показали необходимость коррекции периодичности межсервисных пробегов. С учетом результатов проведенного анализа в зависимости от типов и характеристик основных элементов ГСУ целесообразна адаптация существующих методик оценки технического состояния гибридных силовых установок для учета взаимовлияния двух потоков мощности: от ДВС и высоковольтной батареи гибридного привода [2]. Библиографический список: 1. Раков В.А. Оценка развития мирового автопарка гибридных автомобилей // Автотранспортное предприятие. 2012. № 8. С. 49-52. 2. Раков В.А. Методика оценки технического состояния гибридных силовых установок автомобилей: дис. …канд. техн. наук. Вологда, ВоГТУ, 2012. 169 с. РАКОВ ВЯЧЕСЛАВ АЛЕКСАНДРОВИЧ – доцент, Вологодский государственный технический университет. 211 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ В.А. Хрутьба, А.Г. Картавый МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫБОРА ПЕРЕВОЗЧИКА ТБО В РЕГИОНАЛЬНЫХ ПРОГРАММАХ ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ Региональные программы управления отходами в Украине направлены на решение ключевых экологических проблем, связанных с неэффективным обращением с отходами, уменьшением количества отходов в местах их складирования, извлечением вторичного сырья, обеспечением повторного их использования, перевозкой твердых бытовых отходов (ТБО) к местам их утилизации или захоронения, а также создание системы комплексного управления ТБО. Постановлением Кабинета Министров Украины от 16 ноября 2011 р. № 1173 в соответствии со ст. 28 Закона Украины «Про жилищно-коммунальные услуги», ст. 35-1 Закона Украины «Про отходы» определены правила оказания услуг по вывозу бытовых отходов. В тоже самое время актуальными остаются вопросы определения параметров оптимизации логистического процесса перевозки ТБО, позволяющего обеспечить сбор, своевременное обезвреживание и удаление отходов, соблюдение правил экологической безопасности при обращении с ними; сведение к минимуму образование отходов и уменьшение уровня их опасности, обеспечение комплексного использования материально-сырьевых ресурсов. Эффективное решение этих вопросов будет способствовать максимизации утилизации отходов путем прямого или повторного использования ресурсоценных отходов, обеспечит безопасное удаление отходов, не подлежащих утилизации, путем внедрения соответствующих технологий, экологически безопасных методов и средств обращения с отходами. Таким образом, целью работы есть разработка подходов к выбору перевозчика на основании формирования системы показателей эффективности программы обращения с отходами. Для достижения данной цели в работе необходимо выбрать критерии выбора перевозчика, для каждого из них определить морфологические признаки, от которых зависит достижение цели; построить базовую морфологическую матрицу, на основе которой разработать матрицу оптимального выбора перевозчика. Провести выбор перевозчика для заданных критериев оптимизации. Функциональными элементами системы «выбор перевозчика ТБО» есть определенный перечень критериев: материально-технические, законодательные, экономические, экологические, профессиональные, социальные, эксплуатационные [1]. Для каждого из функциональных элементов определяем основные морфологические признаки, от которых зависит достижение поставленной цели. Составляем морфологическую матрицу критериев, приведенную в таблице 1. Если условно обозначить вариант 1.1 через, вариант 1.2 через и т.д., то матрицу можно представить в виде морфологического множества (1): x11 , x12 , x13 , x14 , x15 , х16 , х17 x , x , x , x , x , x , x , x 21 22 23 24 25 26 27 28 x31 , x32 , x33 , x33 , x34 , x35 x 41 , x 42 , x 43 x , x , x , x , x , x 51 52 53 54 55 56 x 61, x62 , x63 , x64 , x65 , x66 x71 , x72 , x73 , x74 , x75 , x76 , x77 , x78 , x79 , x710 , x711, x712 (1) Поскольку метод основан на морфологии объектов, он позволяет системно анализировать различные критерии для выбора перевозчиков. Однако наиболее оптимальный выбор критериев для перевозчика можно представить матрицей ( x11 ; x13; x17 ) ( x21; x22 ; x25 ) ( x31; x33 ) ( x ; x ) ( x ; x ; x ) ( x ; x ) ( x ; x ) , 41 43 51 52 56 61 62 71 74 (2) Следовательно, это должно быть перевозчик, который, при наличии специализированного транспорта (Х1.1), оборудован системой GPS-control (Х1.3) с собственной сортировочной станцией (Х1.7), имеет сертификат соответствия услуг (Х2.1), разрешение на вывоз отходов (Х2.2), и все разрешения органов местного самоуправления (Х2.5). Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу (Х3.1) автотранспорта данного перевозчика минимальны, эколого-экономическая нагрузка предприятия на окружающую среду (Х3.3) – минимальна. Предприятие не должно иметь задолженностей (Х4.1) по всем видам выплат и быть перспективным с точки зрения вложения инвестиций (Х4.3). Персонал перевозчика должен иметь в своем составе опытных (Х5.1) и квалифицированных работников (Х 5.2). Предприятие должно не 212 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ иметь правонарушений в экологической инспекции (Х5.6), должно качественно (Х6.1) и вовремя (Х6.2) вывозить отходы, иметь современный автопарк (Х7.1) и контейнерное хозяйство (Х7.4). Таблица 1 Матрица критериев выбора перевозчика в региональных программах управления отходами 1. Материальнотехнические критерии 1.1. Наличие спец.транспорта (Х1.1) 1.2. Наличие арендованного спец.транспорта (Х1.2) 1.3. Транспорт оборудованный системой S-control (Х1.3) 1.4. Наличие собственной ремонтной базы транспорта (Х1.4) 1.5 Наличие собственной мойки транспорта (Х1.5) 1.6 Наличие собственного контейнерного парка (Х1.6) 1.7 Наличие собственной сортировочной станции (Х1.7) 2.Законодательные критерии 2.1. Наличие сертификата соответствия услуг (Х2.1) 2.2. Наличие разрешения на вывоз отходов (Х2.2) 2.3. Наличие разрешения на размещение отходов (Х2.3) 2.4. Наличие разрешения от СЭС Х2.4) 2.5. Наличие разрешений от органов местного самоуправления (Х2.5) 2.6. Наличие лимитов на образование и размещение отходов (Х2.6) 2.7. Наличие договоров со спец. предприятиями (Х2.7). 2.8. Наличие лицензионных карточек для автотранспорта (Х2.8) 3.Экологические критерии 3.1. Уровень выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (Х3.1) 3.2 Суммарные выбросы, сведенные к СО (Х3.2) 3.3 Экологоэконом. нагрузка на окружающую среду (Х3.3) 3.4 Загрязнение прилегающих территорий (Х3.4) 3.5 Образование отходов самим предприятием (Х3.5) 3.6. Уровень выбросов загрязняющих веществ в грунт (Х3.6) 4. Экономические критерии 4.1 Отсутствие задолженностей (Х4.1) 4.2. Производительность перевозчика (Х4.2) 4.3. Возможность привлечения инвестиций (Х4.3) 4.4. Динамика движения денежных средств (Х4.4) 4.5. Рентабельность предприятия (Х4.5) 4.6.Уровень затрат предприятия (Х4.6) 5. Профессиональные критерии 5.1. Опыт работы сотрудников (Х5.1) 5.2. Квалификация работников (Х5.2) 5.3 Наличие работников, специализирующихся в сфере обращения с отходами (Х5.3) 5.4 Наличие правонарушений в Госавтоинспекции (Х5.4) 5.5 Наличие ДТП (Х5.5) 5.6 Наличие нарушений в экологической инспекции (Х5.6) 6. Социальные критерии 7. Эксплуатационные критерии 6.1. Качество услуг перевозки (Х6.1) 6.2. Соблюдение графика вывоза ТБО (Х6.2) 6.3 Наличие системы связи с клиентами (Х6.3) 6.4. Эффективность информационной компании по раздельному сбору ТБО (Х6.4) 6.5. Наличие раздельного сбора ТБО (Х6.5) 6.6. Наличие жалоб от населения (Х6.6) 7.1. Эксплуатация транспорта до 1 года (Х7.1) 7.2. Эксплуатация транспорта до 5 лет (Х7.2) 7.3. Эксплуатация транспорта до 10 лет (Х7.3) 7.4. Эксплуатация контейнеров до 1 года (Х7.4) 7.5. Эксплуатация контейнеров до 5 лет (Х7.5) 7.6. Затраты топлива при эксплуатации транспорта (Х7.6) 7.7.% Отечественного автотранспорта в общем количестве автотранспорта перевозчика (Х7.7) 7.8. Время погрузки кузова (Х7.8) 7.9. Время разгрузки кузова (Х7.9) 7.10 Объем кузова (Х7.10) На основании полученной морфологической модели был проведен выбор перевозчика ТБО для фрагмента программы обращения с отходами Волынской области по экологическим и экономическим критериям с помощью аналитической системы поддержки принятия решений (СППР) "Выбор", основанной на применении метода анализа иерархи (МАИ). Результаты расчетов (рис.1) показали, что при выборе перевозчика существенное преимущество имеют экологические показатели (экологические – 0,833, экономические – 0,167), что и повлияло на результаты выбора предприятия – перевозчика ТБО при конкурсном отборе. Рис.1. Иерархия выбора перевозчика по экологическим и экономическим критериям 213 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Дальнейшее применение данного метода к материально-техническим, законодательным, профессиональным, социальным и эксплуатационным критериям на основе полученной морфологической матрицы позволит рационально использовать имеющиеся ресурсы при решении задачи транспортирования ТБО к местам их захоронения или утилизации. Библиографический список: 1. Картавый А.Г., Хрутьба В.О., Смешек М. Определение задач логистического управления интеграцией проектов в региональных программах обращения с отходами // Научные записки: межвузовский сборник. Луцкий государственный технический университет. Луцк, 2012. С. 128-133. КАРТАВЫЙ АНДРЕЙ ГРИГОРЬЕВИЧ – аспирант кафедры Экологии и БЖД Национального транспортного университета (Украина). ХРУТЬБА ВИКТОРИЯ АЛЕКСАНДРОВНА – доцент кафедры Экологии и БЖД Национального транспортного университета (Украина). 214 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА О.А. Панченко МОДЕЛЬ СИММЕТРИЗАЦИИ КОМПОЗИЦИИ ПЛАНИРОВОЧНОЙ СТРУКТУРЫ ГОРОДА Для формирования модели композиционной структуры города целесообразно применить методы комплексного анализа и системного подхода к решению задач симметризации и избрания критериев оценки различных вариантов в прогнозировании последствий роста и развития города. Для реализации этого метода к анализу и синтеза композиции планировочной структуры города целесообразно использование обобщенной формализованной схемы, т.е. идеализированной модели. Композиционная модель – это прототип, который идеально соответствует системным принципам иерархичности и инвариантности архитектурно-планировочной и композиционной структуры. Являясь открытой системой, город существует и развивается в непосредственном взаимодействии с окружающей средой. Следуя фундаментальному закону природы, «симметрия среды выступает в роли обусловливающего фактора по отношению к симметрии тела [1, с. 176]», таким образом организация планировочной композиции города, меняясь под влиянием существующих условий среды, приспосабливается к окружению, увеличивается объем информации, снижается неорганизованность и, тем самым, увеличивается степень гармонизации системы в целом. «Гармония – это такие состояния конкретных систем, которые достигаются в процессе гармоничного развития [1, с. 202]». При переходе от одного цикла планировочного развития к другому в композиционной структуре города возникают ритмические колебательные процессы территориального роста и качественного преобразования системы. Для городских агломераций характерно попеременное чередование процессов рассредоточения и концентрации планировочной структуры. Под влиянием этих процессов, при изменении иерархического уровня системы, осуществляется переход от центростремительной к центробежной форме развития и наоборот [2]. Преобразование планировки города затрагивает все многообразие элементов градостроительной композиции. Согласно представлениям о городе как о целостном организме, согласно концепции Л. Альберти, на каждом этапе планировочного развития в городе сохраняется возможность многих решений конфигурации планировочной композиции, каждое из которых приводит в большей или меньшей упорядоченности и гармонизации системы. С бесконечного множества новых состояний город «выбирает» такие формы развития планировочной композиции и местонахождение городских центров, соответствующих основным закономерностям естественного планирования. Предложенная идеализированная структурно-логическая модель развития планировочной структуры города, которая воспроизводит границы и направления естественной симметризации на каждом историческом этапе и уровнях формирования городского плана (рис. 1). Структура имитационной модели описывает симметричные преобразования сети центров разного уровня зон их влияния, и композиционных осей на уровнях локальной, зональной и глобальной симметризации. Структурно-логическая модель базируется на постепенном развертывании гармоничного цикла и ряда развития композиции города, где между начальной симметрией и конечной эвритмией, существуют промежуточные дисимметрические и ритмические формы и структуры естественного развития города. Логика построения, содержания и формы имитационной модели позволяют отследить все стадии в последовательной и естественной симметризации градостроительной композиции. Начиная от основания города (симметрии), в пределах последовательного развертывания циклического развития композиции городского плана – дисимметрии, ритма, эвритмии, – на каждой из этих стадий формируются разновидности симметричных преобразований, в дальнейшем развитии через нарушения и отклонения от идеальных видов симметрий приводят к формированию нового уровня симметрии с сохранением элементов симметрии центров и осей низшего уровня. В процессе развития композиции городского плана стадия дисимметрии определяется через отклонения от предыдущей стадии – симметрии, появлением нового направления развертывания композиционного рисунка планирования. Дальнейшее развитие композиции характеризуется возникновением и развертыванием новых конструктивных точек и связей между ними по направлению ритмического развития. В ходе постепенного развертывания циклического развития композиционная структура достигает своей эвритмичной стадии развития, в которой композиционный рисунок городского плана принимает вид замкнутой гармоничной системы. Модель симметризации архитектурно-планировочного развития представляет собой процесс гармонизации планоутворення города по стадиям развития (симметрия – дисимметрия – ритм – эвритмия) и иерархическим уровням (локальный – зональный – глобальный). Она основана на интерпретации принципов симметризации, которая учитывает устойчивость роста города с точки первоочередного освоения (структуро-формирующего центра - стадия симметрии). На следующем этапе развития вокруг формирующего центра образуются структурные элементы (элементы симметрии на локальном уровне), которые в будущем соединяются композиционными линиями – магистралями 215 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ (глобальный уровень). Появляются новые зоны влияния, которые со временем приближаются к статусу общегородских центров, моноцентрическая градостроительная система превращается в полицентрическую (зональный уровень). Градостроительная структура, продолжая свое развитие от симметричной стадии, переходит в дисимметричную, дальше от стадии ритмичности к эвритмичности. Определение стадий симметризации на примерах планов ряда исторических городов Украины и Мира показали, что они хотят приблизиться в своем развитии к симметрии высшего уровня, через переходные периоды. Рис. 1. Модель динамического развития композиции планировочной структуры 216 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Предложенная модель описывает размещение элементов и конфигурацию планировочной композиции в условиях ровно вероятного увеличения территории во всех направлениях на конечном этапе своего развития. Проведенные исследования планов исторических городов Украины позволили выявить конкретные показатели, соответствующие уровням развития симметрии в композиции плана. Симметричная композиция планировки характеризуется уровнями развития симметрии в соответствии с этапами планирования – симметрия; дисимметрия; ритм; эвритмия. Детальный анализ симметричных преобразований в планировочный ткани, полицентрической структуре и планировочном каркасе 5-ти крупных и крупнейших городов Украины показал наличие признаков их циклического развития, где с закономерной последовательностью возникают и периодически воспроизводятся стадии постепенного развертывания симметричных, а затем дисимметричных, ритмичных и эвритмичных форм архитектурно-планировочной композиции. При этом обнаруженный цикл постадийного развития заканчивается образованием новых форм симметрии на более высоком уровне городского планирования, таким образом, охватывая все уровни архитектурно-планировочной композиции. Обобщая приведенные результаты можно сказать, что интеграция симметризации городского планирования проводится путем гармонизации направлений развития композиции городского плана. При сравнениях композиционной структуры города на разных стадиях существования и разных уровнях наблюдаются последствия наследования композиции планировочного каркаса и поглощения следующими уровнями планирования бывших композиционных центров города, то есть, симметризация развития архитектурно-планировочной композиции города переходит на более сложный уровень. Библиографический список: 1.Мещеряков В.Т. Развитие представлений о гармонии в домарксистской и марксистско-ленинской философии. Л.: Наука, 1981. 204 с. 2.Фомин И.А. Город в системе населенных мест. К.: Будивельнык, 1986. 111 с. ПАНЧЕНКО ОКСАНА АЛЕКСАНДРОВНА – аспирант, Киевский национальный университет строительства и архитектуры (Украина). 217 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ E.A. Поперечная ВЛИЯНИЕ ОБЩЕСТВЕННЫХ ОТНОШЕНИЙ НА СТРУКТУРУ ЖИЛОЙ СРЕДЫ Люди всегда стремились жить рядом, с теми, кто им близок по духу, интересам и потребностям. Поэтому при проектировании жилой среды важно учитывать особенности конкретной целевой аудитори – социальной группы, с характерным для нее проведением досуга, образом жизни, профессиональными интересами, обычаями и традициями. Социальная жизнь общества, его иерархическая структура, политические и религиозные убеждения влияют на размещение тех или иных районов в структуре города, на объемно-пространственное решение зданий. Поэтому важно проанализировать где и как на територии поселений селились разные слои населения. Можно выделить два похода к организации жилой среды: дифференциацию и унификацию. Унифицированная жилая среда характерезуется однотипностью застройки, когда один дом похож на другой, когда люди не хотят выделяться из общества. Она характерна для первых поселений-городищ, когда еще не существовало имущщественного неравенства и застройка территории велась рядами одинаковых домов под общими двускатными крышами; в Древней Греции для поселений была характерна равномерная прямоугольная сетка улиц и одинаковые кварталы низких домов. Аналогичную структуру имела застройка советских городов – районы были однотипны для всех городов. Второй способ организации жилой среды начал формироваться с появленим ремесла, осложнением структуры общества. Разделением его на старейшин, охранников, жрецов, чиновников и ремесленников. Уже в Древнем Египте структура города отражает стратификацию жителей. Например, в г. Кахун (около 2000 г до н.э.) на западе размещались жилые дома рабочих строителей и рабов, на востоке – привилегированных жителей, а вдоль северной стены были дома фараонов и их приближенных. Причем западная часть была отделена глухой кирпичной стеной, здесь размещались 250 глинобытных хижин. Строители жили в маленьких домах, а наиболее зажиточные жители занимали обширные участки. [3]. В Двуречье из массы однотипной застройки начинает выделяться дворец - крепость и храм, которые размещались на высокой платформе. Такое размещение соответствовало социальному составу населения: вождь с его приближенными жили во дворце, более богатые жители занимали своими домами целые кварталы, а бедняки жили на окраине города в небольших, обмазанных глиной, убогих однотипных хижинах. Представители разных ремесел селились на отдельных улицах [1, 3]. В античные времена не было деления на промышленную и жилую застройку. Специализация кварталов и районов города имела или социальный, или профессиональный характер. В Риме начиная с 1 в до н.э. четко выделялись две части города: холмы со здоровым микроклиматом, занятые в основном усадьбами, и низины – сырые, «нездоровые районы» социальных низов. Представители верхушки жили в поместьях, которые занимали почти целые кварталы, обычные жители – в многоэтажных доходных зданиях - инсулах, куда солнце почти не проникало [1, 3]. В Индии с распределением общественного труда по видам проффессиональной деятельности образовалась иерархическая структура деления общества на касты (брахманов, кшатриев, вайшьев и шудр). Место расположения жилых кварталов зависело от пренадлежности к определенной касте. Лучшие участки в самом городе или поселке отдавались представителям высших каст, они были отделены парками и садами от других кварталов. Причем строго регламентировалась этажность и высота зданий, общие размеры сооружений и строительные материалы. Например, шудры могли строить только из глины, камыша и бамбука, применять камень и кирпич запрещалось. Так же они могли строить не выше одного этажа [1, 4]. В Китае города состояли из прямоугольных, замкнутых високими глинобитними стенами кварталов – «фанов». По планировочной композиции город разделялся на три изолированные основне части. Например, в столице Пекин: на севере размещался Внутренний город, на юге – Китайский город, в середине Внутреннего города – Императорский город с прудами и Пурпурным городом. Простой народ без особого пропуска не мог попасть в большинство сооружений Императорского города, где были императорские парки, государственные храмы и склады, резиденции сановников, а в Пурпурный город (Запретный город), район императорского двора, доступ был и вовсе закрыт[3]. В городах средневековой Европы состоялось расслоение населения на цехи и гильдии, члены которых обычно селились вместе. Это способствовало «самовольному» разделению городской территории на отделении районы, автономность которых зависела не столько от территориального деления, как от социально-пространственной структуры города [4]. Каждый район характеризовался своими экономическими, общественными и культурно-бытовыми интересами населения. Чтобы быть полноценным гражданином, каждый житель должен был стать членом ремесленного цеха или гильдии купцов. Ремесленники выдвигали свои специфические требования к топографии проживания: мясники селились вблизи пасбищь у городских ворот, кожевники размещались вблизи рек, ювелиры и менялы – в оживленненных центральних районах города [1]. В городах Московского государства в XVI-XVII вв. население объединялось по профессиональному признаку в отдельные общины – слободы и сотни (отдельные улицы или «уличные соседства») 218 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ [2, с. 272]. Территориальная замкнутость каждой слободы шла от замкнутости ее социального устройства, поскольку община была заинтересована в поддержании постоянного состава жителей, их способности оплачивать налоги («тягла»). Слобода отделялась друг от друга: естественными рубежами (реками, ручьями, оврагами) или пространствами пахотных, огородных земель, лугов, входивших в стуктуру городских территорий. По функциональному и социальному признаку выделяли 5 групп слобод: тяглые ремесленные слободы и сотни, дворцовые, военные, ямские и монастырские слободы. Широкий профессиональный состав и разное количество жителей тяглых ремесленных слобод, разнообразие природного ландшафта привели к тому, что такие слободы не имели ярко выраженной планировочной структуры. Дворцовые слободы, специализированные ремесленные слободы, обеспечивали своей продукцией Государственный двор и войско. В состав дворцовых слобод входили: промышленные слободы садоводов и огородников, которые были связаны с сельскими угодьями; слободы рыбаков, дворы которых располагались линейно вдоль берега реки или озера и т.д. Необходимость постоянной боевой готовности, обеспечения быстрой мобильности войска в случае нападения врага повлияли на четкое регулярное планирование и частоту разделения на улицы в военных слободах. Ямская слобода – поселение ямских охотников, т.е. конного транспорта, размещались преимущественно в центральных городах. Специфика службы – быстрая связь между крупными городами Московского государства-сформировала систему размещения слобод на окраинах городов, «прямо вдоль основных дорог» [2, с. 275]. Необходимыми элементами слобод – были пастбища, луговые, сенокосные земли, кузницы. Монастырские слободы располагались на вотчинных землях, наибольшие по размеру – при монастырях, примыкая к ним одной из из сторон. Хотя слободы размещались обособленно от монастыря, он все же был композиционной осью: для каждой слободы – монастырь был внешним самым крупным ансамблем. Примером дифференциации жилой среды служит г. Ровно в Украине, который в XVII веке состоял из четырех частей: главного города, предместья Острожского, предместья Воля и Комисариата. Центр главного города заселяли состоятельные горожане, преимущественно евреи. Их дома были двухэтажные кирпичные разных архитектурных стилей. За пределами основного города селились в основном украинцы, которые имели свои угодья земли и занимались сельським хазяйством. Дома строили деревянные, сверху покрывая соломой. Сегментация жилой среды была известна еще с давних времен: в Древнем Египте структуру настройки городов определяла классовая иерархия, в средневековой Европе – деление на цехи и гильдии взависимости от профессии, в Индии – жесткая регламентация по классовому, сословному и професиональному расселению, в Китае – в зависимости от степени приближенности к императору, в Древнерусском государстве жилая середа делилась по профессиональному принципу на слободы. Стратификации жителей, сословное и классовое деление населения, профессиональная пренадлежность, род занятий, национальность влияют не только на генеральный план города, размещение районов друг относительно друга, но также на формирование композиционный осей, на размещение, форму и размер участков, на этажность зданий и плотность застройки, на использование тех или иных строительных материалов. Сейчас при организации жилой среды используют в основном унифицированный способ проектирования, ориентируюясь на потребности среднестатистического жителя и не учитывая особенностей конкретной целевой аудитории, которая там будет жить. А второй способ – дифференциация жилой среды – забыт. Его нужно возродить ориентируясь на современные потребности людей разных социальных слоев. В настоящее время появляються единичные примеры организации тематических поселков (Спортивная деревня в Новогорске, поселение для пенсионеров и маломобильных групп в Пскове, спортивный городок в Швеции, поселение для сексменшинств в Калифорнии), но пока отсутствует методология проектирования таких тематических, социально ориентированных жилых образований. Библиографический список: 1.Бунин А.В. История градостроительного искусства: [Монография]: Т 2 / Бунин А.В., Саваренская Т.Ф. 2. изд. М.: Стройиздат, 1979. 411с.: ил. 2.Гуляницкий Н.Ф. Русское градостроительное искусство. Древнерусское градостроительство / под общ. ред. Н.Ф. Гуляницкого. М., 1993. 392 с.: ил. 3.Саваренская Т.Ф. Западноевропейское градостроительство XVII-XIX веков. Эстетические и теоретические предпосылки. Т.1: Учебник для вузов. М.: Архитектура. С., 2006. 376 с.: ил. 4.Хасиева С.А. Архитектура городской среды: Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 2001. 200 с.: ил. ПОПЕРЕЧНАЯ ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА – аспирант Киевского национального университета строительства и архитектуры (Украина). 219 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Н.Н. Шебек ТИПОЛОГИЯ ГАРМОНИЧНОЙ АРХИТЕКТУРНОЙ СРЕДЫ Анализ существующих подходов к систематизации данных об искусственном окружении человека [4] показал, что в архитектурно-градостроительной науке до сих пор не сложилась типология архитектурной среды, способная отразить стремление человека к совершенству при ее формировании и воссоздать объективно существующие зависимости между разнообразными воплощениями его надежд и устремлений. Тем не менее, построение такой типологии возможно при условии соблюдения принципов многоуровневости, социоориентированности, осознанности и интегрированности. Общая схема построения типологии гармоничной архитектурной среды может быть представлена в виде матрицы, строки которой образуют типы искусственного окружения, сгруппированные по принципу соответствия определенным доминирующим признакам: морфологическим, феноменологическим, семантическим и праксеологическим (табл. 1). Доминирующие признаки выстраиваются в иерархической зависимости и, вместе с тем, образуют две пары противоположных, взаимодополняющих категорий: морфологические – семантические и феноменологические – праксеологические. Это позволяет объединить полярные понятия в единую целостность, способную воссоздавать завершенный цикл гармонического развития архитектурной среды, по окончанию которого система способна перейти на следующий качественный уровень организации. Каждый доминирующий признак характеризуют два, присущие ему промежуточные свойства – имманентное и контактное. Каждый тип архитектурной среды описывают ведущее имманентное или контактное промежуточное свойство того доминирующего признака, в строке которого он находится, и подчиненное контактное или имманентное промежуточное свойство доминирующего признака, расположенного строкой выше или ниже. Таким образом, формируется стройная система из 16 моделей-типов архитектурной среды, связанных между собой иерархическими зависимостями, а также отношениями родства, дополнения и отрицания. Совокупность таких моделей-типов образует типологию, которая призвана стать одним из главных средств выявления причин формирования разнообразного искусственного окружения, выяснения механизмов его эволюции и, в конечном итоге, создания теории гармонизации архитектурной среды. Таблица 1 Общая схема построения типологии архитектурной среды Доминирующие признаки Праксеологические Семантические Феноменологические Морфологические Типы архитектурной среды промежуточные свойства (ведущее/подчиненное) Эвристическая Технологическая Регламентированная концепции концепции программы потенциал строение превращение Каноническая Тематическая Коллажная потенциал превращение превращение концепции впечатления программы Эмотивная Акцентированная Аттрактивная впечатление впечатление представление конфигурация превращения строение Приятная Безопасная Полезная конфигурация строение строение впечатления концепции представление Специализированная программы конфигурация Понятная потенциал представления Адресная представление потенциал Удобная конфигурация программы В названиях типов искусственного окружения использованы слова позитивной окраски. Такой выбор названий отражает стремление проектировщиков достичь высших ступеней совершенства архитектурной среды. Вместе с тем, любой качественный параметр окружения путем незначительных отклонений постепенно может превратиться в свою противоположность. Следовательно, каждый тип среды, для выделения которого определяющее значение имеет указанный параметр, может изменяться в диапазоне от наилучшего до наихудшего в зависимости от степени проявления или не проявления соответствующего параметра. Окружающая среда с доминирующими морфологическими признаками объединяет «приятный», «безопасный», «полезный» и «удобный» типы. «Приятная» архитектурная среда приносит наслаждение сенсорным системам наблюдателя. «Безопасная» архитектурная среда призвана защищать человека от неблагоприятных влияний естественного, социального и техногенного окружения. «Полезная» архитектурная среда должна создавать наиболее благоприятные условия для поддержания процессов жизнедеятельности в организме человека [1]. «Удобная» архитектурная среда характеризуется достижением ан- 220 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ тропометрического, физиологического, психофизиологического, психологического, социальнопсихологического и гигиенического соответствия окружения потребностям человека [3]. Общей чертой морфологических типов архитектурной среды является ориентация на ощущения, которые переживает человек во время непосредственного взаимодействия со средовыми образованиями. Окружающая среда с доминирующими феноменологическими признаками включает «эмотивный», «акцентированный», «аттрактивный», «адресный» типы. «Эмотивная» архитектурная среда корректирует настроение человека, побуждает его находиться в определенном эмоциональном состоянии, испытывать соответствующие переживания. «Акцентированная» архитектурная среда направляет внимание человека на конкретные явления, которые происходят вокруг него. «Аттрактивная» архитектурная среда порождает в человеке ощущение благосклонности, симпатии, любви [5]. «Адресная» архитектурная среда отвечает представлениям определенного общества о мере удовлетворения потребностей его представителей. Общим признаком феноменологических типов архитектурной среды является способность искусственного окружения возбуждать в человеке ожидаемые чувства. Окружающая среда с доминирующими семантическими признаками объединяет «канонический», «тематический», «коллажный», «понятный» типы. «Каноническая» архитектурная среда создается в соответствии с установленными нормами и правилами построения художественного произведения, выкристаллизовавшимися в процессе длительного развития искусства. «Тематическая» архитектурная среда выражает мировоззрение и убеждение носителей определенной культуры [2]. «Коллажная» архитектурная среда призвана накапливать и транслировать общественный опыт. «Понятная» архитектурная среда определенным образом организует межличностные отношения между членами общества. Общей чертой семантических типов архитектурной среды является возможность искусственного окружения аккумулировать знание, воплощать определенные идеи, выражать значимые для общества ценности и, как следствие, служить средством коммуникации между людьми. Окружающая среда с доминирующими семантическими признаками включает «эвристический», «технологический», «регламентированный», «специализированный» типы. «Эвристическая» архитектурная среда отличается поиском инновационных форм взаимодействия человека с его непосредственным окружением, сознательной авторской позицией, ярко выраженным творческим подходом к решению существующих проблем. «Технологическая» архитектурная среда создается для рациональной организации сложных функциональных процессов. «Регламентированная» архитектурная среда направлена на организацию деятельности человека во времени. «Специализированной» можно назвать архитектурную среду, предназначенную для целенаправленного использования. Праксеологические типы архитектурной среды объединяет подчеркнутое внимание к созданию условий для целенаправленной сознательной деятельности человека. В этом исследовании предложена методика систематизации данных об архитектурной среде, основанная на сочетании и согласовании между собой разнохарактерных свойств искусственного окружения. На основе разработанной методики составлена типология архитектурной среды, которая объединила в единую целостность шестнадцать типов средовых образований, условно названных: «приятными», «безопасными», «полезными», «удобными», «эмотивными», «акцентированными», «аттрактивными», «адресными», «каноническими», «тематическими», «коллажными», «понятными», «эвристическими», «технологическими», «регламентированными», «специализированными». Каждый тип средовых образований описан путем выделения его имманентных и контактных свойств. Предложенная типология должна стать основой для выявления критериев совершенства многообразного окружения человека и заложить фундамент теории гармонизации архитектурной среды. Библиографический список: 1.Дэй К. Места, где обитает душа (архитектура и среда как лечебное средство) / Пер. с англ. В.Л. Глазычева. М.: Ладья, 2000. 280 с.: ил. 2.Линч К. Совершенная форма в градостроительстве / Пер. с англ. В.Л. Глазычева; Под ред. А.В. Иконникова. М.: Стройиздат, 1986. 264 с. 3.Мигаль С.П. Основы проектирования мебели. Львов, 1989. 168 с. 4.Шебек Н.М. Архітектурне середовище: досвід типологічних досліджень // Сучасні проблеми архітектури та містобудування: Наук.-техн. збірник / Відпов. ред. М.М. Дьомін. К., КНУБА, 2012. Вип. 30. С. 62-73. 5.Tuan Yi-Fu. Topophilia: a study of environmental perception, attitudes, and values. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, 1974. 248 p. ШЕБЕК НАДЕЖДА НИКОЛАЕВНА – кандидат архитектуры, доцент кафедры Дизайна архитектурной среды Киевского национального университета строительства и архитектуры (Украина). 221 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Е.Н. Калачева РЕШЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ ЗАДАЧ ВЯЗКОГО И ВЯЗКОПЛАСТИЧНОГО ТЕЧЕНИЯ ОПОЛЗНЕЙ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ИХ С КОНТРФОРСАМИ Доклад посвящен разработке инженерных методов расчета скоростей движения вязких и вязкопластичных оползней при наличии подпорного сооружения в виде разреженного ряда свай или сплошной подпорной стенки. Зачастую при применении таких сооружений в районах с повышенным уровнем атмосферных осадков грунты оползневых склонов и косогоров в виду их переувлажнения приобретают способность медленного вязкого течения. Для таких грунтов ввиду того, что предельное сопротивление сдвигу их равно нулю, характерным является «переползание» и обход различных препятствий в виде контрфорсов, свай и подпорных стен. Эффективность от применения контрфорсных сооружений в случае вязкого течения откоса может определяться лишь степенью уменьшения скорости движения закрепляемого массива, но не полной его стабилизацией. Поэтому для практики весьма важным является вопрос определения характера и скорости движения переувлажненного вязкого потока при выборе типа подпорного сооружения и прогноза стабилизации оползня. Как известно, получение точного общего решения движения вязкого потока с обтеканием различных по геометрии препятствий на основе используемых в таких целях уравнений Навье-Стокса невозможно из-за их нелинейности [1]. В представляемой работе в целях получения приближенных практических решений весь поток свайно-оползневого пространства разбивается на отдельные участки, для которых применимы частные случаи точных решений вязкого течения с дальнейшим объединением их на основе общего параметра (рис. 1). Так, первый участок, значительно удаленный от подпорного сооружения, рассматривается как поток плоскопараллельного установившегося гравитационного движения бесконечного откоса. Па втором участке происходит обтекание сваи разреженного ряда оползневым потоком и параллельный характер потока нарушается. Происходит раздвоение потока в критической точке входа, расположенной на фронтальной поверхности сваи либо сплошной стенки. Третий участок, сопоставимый по аналогии с течением вязкой жидкости в канале, характерен для случаев применения контрфорсов, имеющих значительную, по сравнению с размером их фронтальной поверхности, длину в направлении движения оползневого потока. Рис. 1. Картина течения вязкого оползня с контрфорсами: а – фрагмент оползня с установленным против его течения разреженным рядом свай; б – обтекание вязкой жидкостью неподвижного твердого препятствия 222 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ На всех выделенных участках движения оползня в случае строгого применения уравнений НавьеСтокса необходимо учитывать изменение граничных условий, и в общем виде решение их невозможно, поскольку число неизвестных превышает число уравнений. В то же время для частных случаев вязкого движения, соответствующих отмеченным выше участкам оползневого потока с контрфорсами, имеются приближенные решения уравнения Навье-Стокса, и возникает вопрос о возможности их объединения на основе общего для этих течений параметра. Одним из наиболее часто используемых в инженерных приложениях является метод контрольных объемов. Важным достоинством этого метода является выполнение как локальных, так и глобального законов сохранения массы и энергии, чрезвычайно важно в решениях задач гидромеханики. Этот закон может быть использован в качестве объединяющего для частных решений движения вязкой жидкости. Вполне понятно, что объединяющим параметром для рассматриваемых случаев обтекания оползнем сплошных, либо разреженных препятствий будет являться контролируемый объем установившегося потока жидкости перед входом в область с изменяющимися граничными условиями. В результате использования предлагаемой методики получены выражения, позволяющие рассчитать скорость движения вязкого оползня для случаев применения как разреженного, так и сплошного ряда противооползневых свай. Скорость потока х , как известно, зависит от ординаты У, а следовательно и скорость также будет зависеть от этой ординаты. Учитывая, что средняя скорость прямолинейного потока, движущегося ср по наклонной плоскости, равна ср при переходе к средней скорости потока ху = =0,47 ср получим (1) Здесь скорость определяется по известной формуле [1]. Контролируемый объем установившегося потока жидкости, протекающий в единицу времени вдоль оси Z, в конце стенки длиной B/2 будет равен: у ср ху (2) Поскольку поток имеет вид равнобочной гиперболы, то L=B. Тогда формула (17) с учетом зависимости (16) приобретает вид: ху . (3) При натекании вязкого оползня на сплошную стенку поток течет вдоль стенки в противоположные стороны от критической точки О. Тогда общий контролируемый объем установившегося потока вязкой жидкости, вытекающий в единицу времени вдоль оси Z, будет равен: ср ху . (4) Отношение объемных расходов потока без подпорного сооружения и с ним в итоге равно отношению средних скоростей потоков в том и другом случаях. Тогда ср ху ср (5) Из формулы (5) видно, что поток вязкой жидкости растекается в две противоположные стороны вдоль сплошной подпорной стенки и скорость его замедляется по сравнению со скоростью движения плоскопараллельного потока неограниченной ширины. В случае, когда подпорная стенка представляет собой разреженный ряд свай (рис. 1а), плоскопараллельный поток, движущийся со скоростью Vx, разделится на два потока: один движется вдоль оси Z со скоростью Uz , а другой между сваями по оси, параллельной оси Х – со скоростью Ux. Контролируемый объем установившегося потока жидкости, протекающий в единицу времени вдоль оси Z, в случае разреженного ряда свай (рис.1 а) будет равен: 223 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ ср (6) Здесь: n – число свай в ряду; D1 – шаг свай по осям; D2 – расстояние между сваями в свету. Контролируемый объем установившегося потока жидкости, протекающий в единицу времени вдоль оси X (форм. 5), равен: ср х (7) Отношение контролируемых объемов установившегося потока жидкости соответствует отношению скоростей вязкого течения, откуда c учетом зависимости (5) получаем ср ср ху (8) Соответственно скорость потока, протекающего сквозь разреженный ряд свай, можно найти по отношению контролируемый потоков жидкости плоскопараллельного установившегося гравитационного движения бесконечного откоса и течения в канале. В прикладных задачах гидромеханики в качестве условий на входе в расчетную область наиболее часто рассматривается ударный профиль. Принимают, что все скорости на входе равны друг другу и направлены перпендикулярно плоскости входа. В рассматриваемом случае перед входом сформировалось стабилизированное плоскопараллельное течение вдоль оси Х. На выходе из межсвайного (межконтфорсного) пространства профиль скорости зависит от длины этого пространства (канала). При достаточно длинном канале профиль скорости формируется за счет трения по боковым граням канала и принимает вид параболы Пуазейля, а при коротком канале можно приближенно принять профиль, аналогичный плоскопараллельному движению. Для контрфорсного ряда, состоящего из свай прямоугольного или круглого сечения, профили скоростей в плоскостях ХОZ и ХОУ можно приближенно принять одинаковыми. Тогда на основе анализа контролируемых объемов на входе и выходе межсвайного пространства получим: ср ср ср ср . (9) ср При D2 D1, ; при D2 0; , что соответствует частным случаям течения вязкой жидкости. Следует отметить, что в основу рассматриваемого анализа движения вязкого оползня [1] положено решение о течении неограниченного по ширине оползневого откоса, для которого из-за отсутствия боковых преград возможно расползание вдоль установленного поперек его движения контрфорсного препятствия. На практике, как правило, встречаются оползни с бортами. Для таких оползней скорость вдоль установленной поперек его движения контрфорсной стенки Uz=0, однако, по Н.Н. Маслову [2] возможно «переползание» вязкого потока поверх подпорного сооружения, что и наблюдается на практике. В докладе анализируются условия, при которых происходит «переползание» вязкой оползневой массы поверх подпорного сооружения. На рис. 2 представлена возможная картина движения вязкого оползня с бортами при наличии сплошной противооползневой стенки. Поскольку течение вязкой массы в горизонтальном направлении вдоль стенки в этом случае невозможно, оползень под действием гравитационного давления выдавливается вверх. При этом перед подпорной стенкой по ее высоте от нижней границы оползня до уровня гориср зонта образуется по законам гидростатики застойная зона, где Выше этой зоны, как видно на ср ср рис. 2, из двух неравновесных движений со скоростями и формируется стаср ционарное течение оползня поверху подпорной стенки со скоростью Движение оползневой массы abcdef (рис. 3) формируется из вязких течений двух отсеков abe и bcde. Отсек bcde движется со скоростью установившегося плоскопараллельного вязкого течения с параболическим распределением скорости по высоте Н. Условием прилипания вязкой массы на границе бортов оползня можно пренебречь из-за значительных размеров его ширины. В отсеке bcde средняя скорость течения равна [1]: 224 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ ср . (10) Скорость отсека abc на отрезке ас по оси Х изменяется, в соответствии с изменяющимся на этом ср участке гравитационным давлением, от в точке е до 0 в точке а. Рис. 2. Картина формирования вязкого течения оползня поверху сплошной подпорной стенки Уравнение для скорости движения на этом участке (рис. 2) имеет вид: ср откуда ср ср ср Учитывая, что х= , имеем хср= следующую зависимость: ср (11) Тогда, интегрируя (11) на участке ср ср ср . , получим для (12) Взяв отношение объемов оползневой массы с площадями потоков со стенкой и без стенки, получим для случая «переползания» вязкой массы поверху (upper) сплошной стенки (wall) суммарную среднюю скорость U вязкого течения по длине оползня L=l1+l2 в виде ср 225 (13) ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Рис. 3. Формирование средней скорости движения оползня acdf из неравновесных течений двух отсеков abe и bcde. Для случая разреженного ряда свай необходимо учитывать, что при d=0, т.е. при отсутствии свай, скорость движения оползневой массы равна средней скорости плоскопараллельного стационарного вязкого течения, а при d=D1 т.е. при сплошной стенке, скорость движения соответствует уравнению (12). С учетом изложенного, для разреженного ряда (row) свай средняя скорость «переползания» вязкой массы поверху стенки равна: ср . (14) Скорость течения вязкой массы между сваями может быть определена зависимостью [3]: ср ср (15) Таким образом, суммарная средняя скорость, учитывающая «протекание» и «переползание» оползневой вязкой массы для разреженного ряда свай, равна: . (16) Предлагаемые зависимости позволяют практически оценить степень стабилизации оползня вязкого течения при использовании удерживающих сооружений с тем, чтобы принять обоснованные инженерные решения как для вариантов уменьшения скорости потока до безопасной величины, так и в случае необходимости полной остановки оползня. Одним из характерных моментов движения вязкопластической среды является то, что в ней может быть жесткая зона, внутри которой скорость течения равна нулю [3, 4, 5]. В случае безынерционного плоскопараллельного движения тяжелого слоя вдоль наклонной поверхности эта зона движется совместно с вязкой средой, и общая скорость течения вязкопластического оползня в этом случае будет определяться реологией вязкой среды. На рис. 4 показано, что в случае укрепления оползня сваями жесткое ядро оползневого массива стабилизируется (при условии «непродавливания» жесткого ядра между сваями). Его движение прекращается. Скорость движения вязкого слоя от течения со свободной поверхностью меняется на случай вязкого течения между двумя параллельными неподвижными поверхностями (рис. 4). Для течения слоя вязкой жидкости при «торможении» жесткого ядра скорость определится следующей зависимостью: в . Соответственно изменяется максимальное значение скорости течения вязкого слоя: 226 (17) I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ . (18) Среднее значение скорости течения вязкого слоя соответственно равно: ср . (19) Средняя скорость выдавливания вязкой массы между сваями при наличии поверх нее жесткого неподвижного ядра равняется: ср . (20) Количество оползневой массы Q, протекающее в единицу времени в пространстве сваями и неподвижными поверхностями у=0 и у=у1 в этом случае равно: Q= у между . в ср При , и Q 0 (вариант сплошного свайного ряда). При ние сопротивлением свай вязкому слою) ср (21) (пренебреже- . (22) Рис. 4. Выдавливание вязкого слоя между сваями при стабилизации вязкопластического оползня Как известно, среднее значение скорости течения вязкого слоя в этом случае будет равно [1]: у ср 227 . (23) ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Сравнение зависимостей (22) и (23) показывает, что при вязкопластическом оползне закрепление ср отдельными сваями только жесткого ядра дает уменьшение скорости течения вязкого слоя св по сравср ср ср нению с природным состоянием в зависимости от шага свай в ряду от св 0,25 пр до св 0 в случае сплошного ряда свай. На основании расчетов можно подобрать такой шаг противооползневых свай, при котором скорость выдавливания вязкого слоя будет либо практически ничтожна, либо в пределах допустимых значений для данного сооружения. Выводы: 1.При стабилизации оползней вязкого течения с помощью свайных подпорных стен эффективность от их применения определяется степенью уменьшения скорости движения закрепляемого массива. 2.Получение точного общего решения движения вязкого потока с обтеканием различных по геометрии препятствий на основе используемых в таких целях уравнений Навье-Стокса невозможно из-за их нелинейности. 3.В целях получения приближенных практических решений весь поток свайно-оползневого пространства разбивается на отдельные участки, для которых применимы частные случаи точных решений вязкого течения с дальнейшим объединением их на основе общего параметра. 4.Показано, что объединяющим параметром для случаев обтекания оползнем сплошных, либо разреженных препятствий является контролируемый объем установившегося потока жидкости перед входом в область с изменяющимися граничными условиями. 5.В результате использования предлагаемой методики получены выражения, позволяющие рассчитать скорость движения вязкого оползня для случаев применения как разреженного, так и сплошного ряда противооползневых свай. 6.Показаны условия, при которых происходит «переползание» вязкой оползневой массы поверх подпорного сооружения. 7.При стабилизации разреженным рядом свай вязкопластических оползней «жесткая зона» существенно влияет на скорость выдавливания вязкой массы, которой при определенных условиях можно пренебречь. Библиографический список: 1.Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. Дрофа, М., 2003. 840 с. 2.Маслов Н.Н. Механика грунтов в практике строительства (оползни и борьба с ними). М., Стройиздат, 1977. С. 320. 3.Буслов А.С., Калачева Е.Н. Скорость движения оползней вязкого течения при устройстве свайного ряда и сплошной подпорной стены. Вестник МГСУ. Научно-технический журнал. ФГБОУ ВПО «МГСУ». М., 2012 № 3. С. 16-25. 4.Климов Д.М., Петров А.Г., Георгиевский Д.В. Вязкопластическое течение: динамический хаос, устойчивость, перемешивание. Наука. М. 2005. 394 с. 5.N. J. Balmforth, R.V. Craster and R. Sassi. Shallow viscoplastic flow on an inclined plane. J. Fluid Mech. (2002), vol. 470, pp. 1-29. 2002. Cambridge University Press. КАЛАЧЁВА ЕЛЕНА НИКОЛАЕВНА – аспирант Московского государственного открытого университета им. В.С. Черномырдина. 228 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ З.А. Камалова, И.Ф. Нагаев, Е.Ю. Ермилова ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ НА ПОЛИКАРБОКСИЛАТНОЙ ОСНОВЕ НА ПРОЧНОСТНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОНА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВИДА ЦЕМЕНТА И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЖБИ ИЗДЕЛИЙ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ г. КАЗАНИ В настоящее время цементный бетон остается основным конструкционным материалом, и поэтому проблемы улучшения его технологической прочности и долговечности являются актуальными. Из добавок, нашедших наиболее широкое применение в производстве бетона и железобетона, на первом месте стоят пластифицирующие добавки, среди которых особое внимание специалистов и ученых привлекают суперпластификаторы на поликарбоксилатной основе (гиперпластификаторы). Действие таких добавок основано на совокупности электростатического и пространственного эффекта, который достигается с помощью боковых гидрофобных полиэфирных цепей молекулы поликарбоксилатного эфира. Их основными достоинствами явились: высокий водоредуцирующий эффект (30% и выше), способность проявлять пластифицирующий эффект при низких и сверхнизких водоцементных отношениях (0,2 для цементных паст) и низкие рабочие дозировки (-0,2%).[1] Однако, наряду с преимуществами, присутствуют такие недостатки, как: воздухововлечение, составляющее величину от 5% и более, так называемая несовместимость (incompatibility) между добавками поликарбоксилатного типа и различными цементами. [2] В связи с последней проблемой, было изучено влияние суперпластификаторов SikaViscoCrete 20 НЕ и SikaViscoCrete 20 GOLD на портландцементы производства ОАО «Мордовцемент» М500 ДО и Ново-Ульяновского цементного завода М400 ДО для бетонов, подвергающихся тепловлажностной обработке. Рис. 1. Зависимость прочности бетона после ТВО на ульяновском цементе от модификации поликарбоксилата и его дозировки Следует отметить (Рисунок 1), что 20 Gold действует гораздо мягче 20НЕ, бетонная смесь с которым уже при дозировке 0,45% склонна к водоотделению, а при 0,5% начинается расслоение, делающее непригодной смесь для производства, в то же время в силу своего мягкого действия 20 Gold требует более высоких дозировок. Рис. 2. Зависимость сохранения подвижности бетонной смеси от модификации поликарбоксилата 229 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Данная зависимость (Рисунок 2) примерно одинакова для разных цементов и справедлива практически для всех значений области работы гиперпластификаторов - это значит, что при выборе вида добавки нужно учитывать также технологию изготовления изделия (например, время формования смеси). Рис. 3. Зависимость прочности бетона после ТВО на мордовском цементе от модификации поликарбоксилата и его дозировки В случае мордовского цемента (Рисунок 3) ситуация резко меняется – 20НЕ начинает интенсивно работать уже с самых низких дозировок, а 20 Gold не может сравниться с ним даже в количестве вдвое большем. В дальнейшем был подобран состав (Таблица 1) с добавкой 20 Gold в сочетании с мордовским цементом (как было показано ранее, более проблематичный вариант, потому как работают они в паре относительно тяжело). Таблица 1 Исходный состав бетона и состав бетона на основе поликарбоксилата Наименование материала Цемент Щебень Песок Вода Пластификатор Расход материалов по массе исходного состава, кг расч. скоррект итог. 540 1200 560 210 С-3 0,5-2,7% Расход материалов по массе состава на основе поликарбоксилата, кг расч. скоррект итог. 460 460 1200 +50 1250 590 590 120 +20 140 20 Gold 20 Gold 0.5% 0.5% - 2,3 2,3 высота, см площадь, см2 2 10.1 10.1 3 10.2 9.84 4 10 10.2 5 103 99.4 6 2340 2359 Разрушающая нагрузка, кг/см2 ширина, см 1 20Gold C-3 длина, см Размеры образцов Ср. плотность кг/см2 Результаты сравнительных испытаний составов (Таблица 2) показали преимущества в свойствах подобранного состава на основе поликарбоксилатных суперпластификаторов по сравнению с традиционным сепурпластификатором С-3, наиболее часто применяемым в производстве ЖБИ изделий заводов Республики Татарстан. Таблица 2 Результаты лабораторных испытаний 7 410 390 Предельная прочность бетона на сжатие отдельного образца среднее с масштабным коэф. 8 398 392 9 402,6 393,8 10 382,5 374 Таким образом, была экспериментально показана значимость правильности подбора пары «поликарбоксилат – цемент» и влияние таких пар на технологические и прочностные свойства бетона. 230 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Остается надеяться, что с увеличением культуры производства, с накоплением опыта новое поколение пластификаторов получит такое же широкое распространение в строительстве, как это уже произошло в Европе, Японии и США. Библиографический список: 1. Афанасьев Н.Ф., Целуйко М.К. Добавки в бетоны и растворы. К.: Будивэльнык, 1989. 2. Вовк А.И. О некоторых особенностях применения гиперпластификаторов // БСГ. Строительная газета. 2008. № 10. С. 5. URL: http://cnb.by/content/view/ lang,ru/ (дата обращения: 10.03.2012). КАМАЛОВА ЗАГИРА АБДУЛЛОВНА – профессор кафедры Строительных материалов Казанского государственного архитектурно-строительного университета. НАГАЕВ ИЛЬДУС – инженер, аспирант кафедры Строительных материалов Казанского государственного архитектурно-строительного университета. ЕРМИЛОВА ЕЛИЗАВЕТА ЮРЬЕВНА – студент Казанского государственного архитектурностроительного университета. 231 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ А.В. Лазунина, М.А. Киселева, В.Н. Дорофеев ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВНУТРЕННЕГО МИКРОКЛИМАТА В СОВРЕМЕННЫХ ПАССАЖИРСКИХ САМОЛЕТАХ К настоящему времени от пассажиров и членов экипажа получено множество жалоб, связанных с условиями полета, параметрами внутренней среды салона, взвешенными в воздухе твердыми частицами и загрязняющими веществами, а также с физиологическими проявлениями и неудобствами полета (усталость, шум, необходимость длительное время сидеть в замкнутом пространстве, сбой биологических ритмов). В связи с увеличением количества пассажиров, осуществляющих перелеты в авиационном транспорте, появляется все больше пассажирских самолетов современных конструкций. Установленные в самолетах системы обогрева, вентиляции и кондиционирования воздуха предназначены для обеспечения требуемого (по нормам, учитывающим нормальное самочувствие пассажиров) микроклимата воздушной среды в салоне и кабине авиалайнера. На качество внутреннего воздуха (с точки зрения обеспечения комфортных условий перелета) в самолетах существенное влияние оказывают следующие факторы: давление, температура, влажность; концентрация в нем кислорода и содержание загрязняющих веществ. Значения всех этих параметров должны поддерживаться в определенном диапазоне значений. По оценкам исследователей (пассажиров самолетов и персонала авиакомпаний) и проектировщиков полет на больших высотах является эффективным, т.к. при малой плотности наружного воздуха сила сопротивления, действующая на самолет, мала. Согласно действующему стандарту (предписанию FAR) федерального авиационного агентства (FAA), определяющему условия герметизации коммерческих самолетов (в целях безопасности пассажиров и экипажа), давление в самолете при надлежащих рабочих условиях должно поддерживаться на постоянном уровне, соответствующем высоте 2450 м (что ниже давления на уровне моря). Но такое низкое давление отрицательно сказывается на самочувствии человека. Температура воздуха, определяющая (вместе с влажностью) тепловой комфорт в салоне, влияет на интенсивность потери жидкости людьми и выделения летучих органических соединений (от тела человека и материалов салона), а также на восприятие качества воздуха. С ростом температуры в салоне выделения жидкости и летучих соединений увеличивается, а воздух воспринимается пассажирами более загрязненным. Следовательно, концентрация загрязняющих веществ в воздухе салона также возрастает. [1] Относительная влажность воздуха салона, определяющая его качество, влияет на комфорт пассажиров, на конструкцию самолета и на безопасность полета. При высокой относительной влажности (свыше 70%), особенно при высокой температуре, в салоне выпадает конденсат, вызывая коррозию материалов (что опасно для конструкции самолета), ускоряя размножение опасных биологических организмов, тем самым создавая дискомфорт для пассажиров. Основным источником влажности в салоне являются продукты дыхания пассажиров и испарения с поверхности их тел. Смешением наружного и рециркуляционного воздуха из салона достигается относительная влажность порядка 10-20%, что ниже показателей, задаваемых российскими и зарубежными стандартами комфорта. При установившемся атмосферном давлении на уровне моря 760 мм рт. ст. парциальное давление кислорода составляет 160 мм рт.ст., с учетом возрастания процентного содержания углекислого газа и водяного пара парциальное давление кислорода снижается до 105 мм рт.ст. которое не оказывает вредного влияния на человеческий организм, т.е. является привычным для человека. При снижении давления кислорода ниже 105 мм рт.ст. снижается поступление кислорода в кровь человека и обычный ритм жизнедеятельности организма нарушается. Основными загрязнителями внутреннего воздуха в самолете являются внутренние (дыхание пассажиров, одежда, запах пищи, туалет, испарения с поверхности кожи) и наружные (находящиеся вне салона) источники, такие как загрязненный воздух городов, чистящие химические средства «при неправильном применении», отработавший воздух в аэропортах, выхлопные газы и пары противообледенительных химических веществ (на приземном уровне), озон (на высоте полета). Во внутреннем воздухе салона могут находиться вирусы, аллергены, бактериальные организмы и другие микроорганизмы, выделяемые членами экипажа и пассажирами, а также проникающие снаружи через открытую дверь самолета. Источниками этого типа загрязнения могут быть одежда, дыхание (с выделением влаги и углекислого газа) и испарения с поверхности кожи. В результате плохого качества воздуха в салоне самолета у пассажиров могут возникнуть различные недомогания и проблемы со здоровьем (гипоксия, тромбоз вен, инфекционные болезни), вызванные недостатком кислорода в крови, обезвоживанием организма, ограниченностью движения (сидячая поза), нестабильностью давления, наличием загрязнителей.[2] Для обеспечения комфортных условий перелета пассажиров (и экипажа) путем поддержания надлежащего микроклимата в салоне (и кабине) самолета находит применение эффективная система вентиляции и обогрева «АККОРД-201» (далее – система). В теплое время года система предназначена для вентиляции кабины экипажа атмосферным воздухом, отбираемым через воздухозаборник, расположенным в носовой части фюзеляжа. В холодное время года система предназначена для обогрева (салона и кабины самолета) смесью атмосферного воздуха, поступающего через воздухозаборник, и горячего воздуха, отбираемого от отопителя (регулированием его работы электронным программируемым блоком управления, который обеспечивает обогрев салона самолета до заданной температуры к установленному летчиком времени). [3] 232 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Отопитель (или воздушный обогреватель), питаемый бензином из основных топливных баков, потребляет 350 г/ч топлива (максимальный расход) или 0,35*44*0,278=42,7 кВт затраченной энергии топлива (где приняты: 44 МДж/кг – теплота сгорания бензина, 0,35 кг/ч – расход бензина, 1кДЖ/ч =0,278 Вт – коэффициент пересчета единицы измерения). Максимальная потребляемая электрическая мощность 35 Вт, а производительность (по воздуху) составляет 130 м 3/ч. Для отопления кабины экипажа использован автономный воздухонагреватель (например, фирмы Janitrol B-3500) с тепловой мощностью 4,4 кВт), что составляет 4,4*100/42,7=10,3% от суммарной полезной мощности воздухонагревателя. Система вентиляции, как составная часть общей системы, включает 2 автономно работающие системы: систему принудительной вентиляции воздуха в кабине (в составе нагнетательного устройства – вентилятора и подсистемы распределения воздуха) и систему индивидуального обдува (в составе воздухосборника правой носовой части фюзеляжа, двух трубопроводов, левого и правого сопла индивидуального обдува). По распределительным коробам и воздуховодам воздух подается на обдув внутренней поверхности лобового стекла, в нижнюю среднюю часть кабины от первого до второго ряда кресел, на обдув ног людей, сидящих в креслах первого ряда. Система индивидуального обдува обеспечивает подачу забортного воздуха за счет скорости и напора в области расположения летчика и пассажира, сидящего в кресле первого ряда. Хотя в современных самолетах характеристики воздуха в салонах сходны с параметрами внутреннего воздуха жилых и офисных зданий, однако при проектировании их следует учитывать стесненные условия пребывания пассажиров (малость пространства для одного человека, отсутствие активности движений при полете, необходимость герметизации салона, высота полета и др.); наличие пассажиров различных возрастных категорий и с различным состоянием здоровья, которые по-разному воспринимают негативное действие атмосферных условий, таких как недостаточная влажность, пониженное давление воздуха, присутствие в воздухе различных загрязняющих веществ (озон, углекислый газ и другие органические вещества и биологические структуры). Поскольку физические характеристики внутренней среды в современных самолетах не позволяют людям находиться без какой-либо защиты, поэтому в них используются сложные системы контроля внутренней среды и качества внутреннего воздуха (Environmental Control System - ECS), обеспечивающие безопасный, комфортный и не угрожающий здоровью полет для пассажиров и экипажа. В системе ECS наружный воздух забирается силовой системой самолета, смешивается с отфильтрованным внутренним воздухом и подается в салон. Она предназначена для снижения концентрации загрязняющих веществ в воздухе, которые могут проникнуть в салон, а также для регулирования температуры, давления, влажности и вентиляции салона самолета (в соответствии со стандартами) на определенные условие, которое не вызывает дискомфорта у людей. Конструкция СВ самолета основана на подаче вентиляционного воздуха в каждый ряд кресел и на сборе и удалении отработанного воздуха из пространства того же ряда, что снижает риск распространения инфекции по всему салону самолета. [4] Применение усовершенствованных турбовентиляторных двигателей в самолетостроении сделало возможным 100% использование наружного воздуха, а использование систем рециркуляции (с установкой высокоэффективных фильтров) позволило уменьшить долю отводимого воздуха, что привело к снижению расхода «экономии» топлива и эксплуатационных затрат в самолетах нового поколения без ухудшения качества внутреннего воздуха в салоне. [3] Обобщая вышеприведенную информацию, можно констатировать, что из-за отсутствия системного сбора и анализа многочисленных жалоб пассажиров и членов экипажа на неудовлетворительные условия в самолете во время полета, трудно установить связь между факторами, влияющими на качество внутреннего воздуха и их потенциальной опасности для людей. Поэтому необходимы целесообразный сбор и анализ таких жалоб и приведение исследований в этом направлении, что позволит установить необходимые параметры качества внутреннего воздуха в самолетах в соответствии с потребностями высокого уровня комфорта (без угрозы здоровью людей и безопасности полетов), а также обеспечивает подготовку стандарта качеств внутреннего воздуха в самолете. Библиографический список: 1. Малышева А.Е. Гигиенические вопросы радиационного теплообмена человека с окружающей средой. М., 1963. 2. Авиационная медицина / под общ. ред. А.И. Бабийчука М., 1980. 3. http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_tech/2729 4. Качество внутреннего воздуха в самолетах / T.H. Karakoc, F. Atmaca, S. Kaba, S. Toka. ЛАЗУНИНА АННА ВЛАДИМИРОВНА – студент Владимирского государственного университета им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых. КИСЕЛЕВА МАРИЯ АНДРЕЕВНА – студент Владимирского государственного университета им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых. ДОРОФЕЕВ ВИКТОР НИКОЛАЕВИЧ – кандидат технических наук, доцент Владимирского государственного университета им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых. 233 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ М.В. Трохимчук, С.С. Осипова, А.О. Криуля ТЕПЛОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ МОРСКОГО НЕФТЕГАЗОВОГО СООРУЖЕНИЯ ОТО ЛЬДА При проектировании морских нефтегазовых сооружений на мелководье возникают значительные ледовые нагрузки, которые по величине превышают другие виды воздействия (ветер, течения, волнения, нагрузки от судов и др.) и являются основными расчетными показателями. Механическое воздействие льда на морские нефтегазовые сооружения проявляется в виде: статического давления льда; выдерживающих усилий на опоры платформы при подъеме воды; истирающего воздействия; давления от нагромождений льдов (торосов, стамух и др.); динамического воздействия при ударах [1]. Поэтому в последние годы возрос интерес к изучению явления обледенения и средствам защиты ото льда, в связи с тем, что участились случаи аварийных ситуаций строительных элементов. Средства защиты ото льда в практике эксплуатации морских нефтегазовых сооружениях большей частью представляют собой механические конструкции, прикрепляемые к опорам платформ. Они характеризуются своей дешевизной и простотой конструкции, но не разрушают полностью ледовые тела, что приводит к нагромождению ледовых элементов и повышает риск аварийных ситуаций. Одним из эффективных средств является метод, основанный на тепловом воздействии. Расчеты показывают, что за одну минуту при мощности 7,4 МВт 8,8м³ льда могут быть нагреты на 18ºС (от -20 до -2ºС). Следовательно, за час при расходе той же мощности можно нагреть около 530 м² льда при толщине 1м [2]. Тепловые средства характеризуются тепловым воздействием на лед, путем его нагрева, что приводит к уменьшению прочности и позволет значительно измельчать крупные ледовые фрагменты. Предлагается средство теплового воздействия, представляющее собой проволочный нагреватель, заложенный внутрь железобетонного ограждения морского нефтегазового сооружения (рис). Рис. Средство теплового воздействия на ледовые тела Передача теплоты бетонной конструкции от проводов осуществляется контактным путём. Провода с металлической токонесущей изолированной жилой, подключаемые в электрическую сеть, работают как нагреватели сопротивления. Происходит плавление льда при взаимодействии со стенкой нефтегазового сооружения. Основным технологическим параметром является удельная электрическая (тепловая) мощность Pуд P , F где P – суммарная электрическая мощность нагревателей, Вт ; F – площадь обогрева, м 2 . При расчете определяют необходимую электрическую (тепловую) мощность, обеспечивающую прогрев бетона до требуемой температуры. Она зависит от массивности обогреваемых монолитных конструкций, расчетной температуры наружного воздуха, скорости ветра и коэффициента теплопередачи утеплителя [3]. Шаг проволочных нагревателей можно определить по формуле b где Pуд – удельная мощность, Вт ; м2 P – погонная нагрузка на провод, 1 , Pуд ( 1) P Вт . м 234 (1) I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Выбор длины проволочного нагревателя является не только технической, но и экономической задачей, так как завышение длины сверх оптимальной приводит к перерасходу провода, более плотной навивке в монолитной конструкции, к увеличению трудоемкости работ, а в ряде случаев затрудняет укладку бетонной смеси. Уменьшение длины провода приводит к его перегреву, возникновению опасных деструктивных явлений из-за больших температурных перепадов, местному пересушиванию бетона и в конечном результате к снижению его качественных характеристик. Длину электронагревателей l определяют по формуле: l где U 2S , pt (2) – рабочее напряжение питания, В ; – сечение токонесущей жилы, мм 2 ; ρt – удельное сопротивление жилы при рабочей температуре, Ом·мм²/м; U S р – оптимальная погонная нагрузка на провод, Вт . м Для примера выбрана железобетонная опора толщиной 1000 мм с проволочными нагревателями. Известно, что коэффициент теплопередачи утепленной опалубки К равен I Вт/ (м²·°C), бетонная смесь с удельным расходом цемента составляет 1300 кг/м³, температура наружного воздуха -30°С (для Каспийского моря). Разница температур бетона и наружного воздуха составляет 50°С. Модуль поверхности монолитной стены устанавливаем по формуле: F M п =2м V где F – площадь поверхности охлаждения стены, м 2 ; V – объем , м3 . Исходя из разности температур определяем удельную электрическую (тепловую) мощность нагревателей, она равна Pуд 297 Вт . Шаг проволочных нагревателей вычислен по формуле (1) и получен м2 равным 0,14 м. Коэффициент теплопередачи основных материалов равен 1,23 Вт . Длина электронам 2 С гревателей вычислена по формуле (2) и получена равной 7,9 м. При проектировании средств защиты ото льда нефтегазовой платформы возможно совмещение двух воздействий (механического и теплового) на ледовые тела, что позволит комплексно осуществлять борьбу с ледовым воздействием, особенно в зоне мелководья. Библиографический список: 1.Бородавкин П.П. Морские нефтегазовые сооружения: учебник для вузов, ч.1. Конструирование. М.: ООО «Недра – Бизнес центр», 2006. 555 с. 2.Богородский В.В., Таврило В.П., Недошивин О.А. Разрушение льда. Методы, технические средства. Л.: Гидрометеоиздат,1983. С. 15-55. 3.Крел Н.У., Буслов В.М., Рекомендации по выбору технологических параметров электропрогрева бетона и расчету нагревательных проводов. М., 1984. 56 с. ТРОХИМЧУК МАРИНА ВИКТОРОВНА – к.г.-м.н., доцент, Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Волжском. ОСИПОВА СВЕТЛАНА СЕРГЕЕВНА – студент, Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Волжском. КРИУЛЯ АНДРЕЙ ОЛЕГОВИЧ – студент, Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Волжском. 235 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ О.М. Шенцова, О.М. Утробина К ВОПРОСУ СОЗДАНИЯ ДВОРЦА БРАКОСОЧЕТАНИЯ В Г. МАГНИТОГОРСКЕ Регистрация актов гражданского состояния (рождение, заключение браков, смерти) в Российской Империи до начала XVIII века находилась в ведении Русской православной церкви, которая была полусамостоятельной организацией Российского государства и управлялась патриархом. Поэтому основной статистической информацией, отражающей процессы естественного движения населения, являлись ежемесячные отчеты духовных учреждений о числе родившихся, о браке, о числе умерших, возрасте (отдельно выделялись долгожители, прожившие более 100 лет), о числе разводов, с указанием причины расторжения брака. По метрическим книгам подсчитывалось и количество лиц, принявших православную веру. В 1917 году с вступлением в силу Декрета Совнаркома Российской Республики «О гражданском браке, о детях и о ведении книг актов состояния» были созданы и начали функционировать специальные органы – отделы записи актов гражданского состояния (ЗАГСы). Церковь устранилась от этих обязанностей. Декрет «О гражданском браке, о детях и о ведении книг актов состояния» отменил церковный брак и признал действительным гражданский (светский) брак, зарегистрированный в государственных органах ЗАГСах. В 1918 году был принят первый Семейный кодекс РСФСР под названием «Кодекс законов об актах гражданского состояния. Брачном, Семейном и Опекунском праве». Кодекс уже более тщательно и всесторонне, чем первые декреты, регламентировал весь комплекс вопросов семейно-брачных отношений. Это был первый Кодекс, который издала Советская власть. Сложившаяся к настоящему моменту система органов записи актов гражданского состояния развивалась вместе с государством и прошла сложные периоды в своем развитии, обусловленные историческими событиями и экономическими трудностями. Акты гражданского состояния – это обстоятельства, с которыми законодательство связывает возникновение, изменение или прекращение семейных, гражданско-правовых и некоторых иных прав. Юридическое значение актов гражданского состояния заключается в том, что они характеризуют правовое состояние граждан. Согласно п.1 ст.47 ГК РФ и стЗ Закона «Об актах гражданского состояния» государственной регистрации подлежат следующие акты гражданского состояния: рождение; заключение брака; расторжение брака; усыновление (удочерение); установление отцовства; перемена имени; смерть гражданина. Торжественные регистрации браков и рождений являются важной частью культурного наследия народа. Торжественная обстановка при регистрации бракосочетания оказывает обычно большое психологическое воздействие на лиц, вступающих в брак, утверждает их в сознании, что заключенный ими и скрепленный государством союз имеет важное значение не только для них лично, но и для общества, что они несут ответственность друг перед другом, обществом за созданную ими семью. Сочетание юридически значимых действий с обрядами способствует комплексному влиянию на личность. В связи с тем, что все полномочия по регистрации актов гражданского состояния были переданы в районные отделы ЗАГС, а условий для торжественной регистрации брака и рождения нет, возникла острая потребность в создании Дворцов бракосочетаний, которые взяли на себя функцию торжественной регистрации браков. Торжество у большинства людей обычно ассоциируется с торжественным событием бракосочетания, с большим количеством приглашённых гостей, морем цветов и поздравлений. Однако ЗАГС выполняет и более важные функции, кроме скрепления печатью семейного союза. «Запись актов гражданского состояния» – в этом государственном учреждении проходит вся бумажно-документальная жизнь человека. В ЗАГСе человек получает самые важные документы в жизни: Свидетельство о рождении, браке, и последний документ выписывается его родственникам – свидетельство о смерти. В Магнитогорске существует три ЗАГСа, находящиеся в каждом районе. Но, к сожалению, они находятся внутри жилых зданий. Это создает большие неудобства для местных жителей, особенно многочисленные автомобили, которые сигналят и заполняют весь квартал. Основными потребителями являются молодожены, а так же обычные жители города и гости города. Вывод: На сегодняшний день многие молодожены г. Магнитогорск все больше и больше предпочитают «регистрацию на выезд» или просто на природе. Поэтому г. Магнитогорск нуждается во Дворце Бракосочетания, который будит находиться в красивом месте и в отдаленном месте от жилых домов. 236 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ История создания органов ЗАГС. В дореволюционной России не существовало специальных органов. В то время большую роль в общественной жизни государства играла церковь, которая имела свое делопроизводство. В ведении Русской православной церкви находилось регистрация рождения, бракосочетания и смерти. Начиная с 1722 года рождение, бракосочетание и смерть стали регистрироваться в метрических книгах приходскими священнослужителями. Метрическая книга состояла из трех частей: записи о рождении, о браке и о смерти. Например, запись о рождении содержала следующие сведения: дату рождения, имя родившегося, фамилию, имя и отчество отца, имя и отчество матери, их сословие, вероисповедание и место постоянного жительства. Почти сразу же после революции 1917 года были проведены две важнейшие реформы семейного законодательства. 18 декабря 1917 года был принят декрет СНК РСФСР "О гражданском браке, о детях и о ведении книг актов состояния", уничтоживший старый порядок брачно-семейных отношений, провозгласив равенство между мужчиной и женщиной. После принятия декрета об отделении церкви от государства и школы от церкви стала формироваться новая ведомственная структура государственного управления – отделы записи актов гражданского состояния. 8 июля 1944 года был принят Указ, которым всем лицам, вступившим в фактические брачные отношения с 1926 по 1944 год, предписывалось зарегистрировать брак, указав при этом дату фактического вступления в фактические брачные отношения и общих детей. 30 июля 1969 года был принят Кодекс о браке и семье РСФСР. В соответствии с этим кодексом признавался только зарегистрированный брак. Фактический брак по-прежнему не порождал никаких правовых последствий. Действующий Семейный кодекс был принят Государственной Думой РФ 8 декабря 1995 года и вступил в действие с 1 марта 1996 года. 22 октября 1997 года Государственной Думой принят Федеральный закон «Об актах гражданского состояния», который вступил в действие с 20 ноября 1997 года. Анализ аналогов Рис. 1. Дворец бракосочетания в Набережных Челнах Объект «Дворец бракосочетаний» в городе Набережные Челны представляет собой 2-х этажное здание. Строительный объем – 16110 м3. Общая площадь помещений – 2021 м2. Основные помещения: 3 зала торжественной регистрации, зал торжественной регистрации детей, архив, комнаты поздравлений, служебные, вспомогательные помещения. Архитектор – ООО «Архитектурная мастерская Пестова и Попова» (г. Нижний Новгород). Здание построено в 2008 году. Торжественное открытие Набережночелнинского Дворца бракосочетания состоялось 7 ноября 2008 года, с 16 сентября 2009 года сменил название на Дворец Торжеств. Внешний вид Дворца Торжеств города Набережные Челны отвечает всем современным тенденциям. Стильный и лаконичный. Бело-стеклянные фасады придают Дворцу празднично-торжественный вид. Имеется просторная и удобная парковка для свадебного кортежа. Дворец бракосочетаний включает в себя целый ряд функциональный помещений: двухсторонний гардероб (с одной стороны – для входящих, с другой – для выходящих), просторный вестибюль, зал ожидания, комнаты жениха и невесты. «Комната жениха» стильная и строгая, в коричнево-бежевых тонах, помогает настроиться на серьезный и ответственный момент. Невеста может привести себя в порядок в нежно-романтичной розовой «комнате невесты». Дворец построен на самой высокой точке Маньчжурии на Северо-Востоке Китая – в ботаническом саде Дуньшан. Когда подъезжаешь к дворцу, то кажется, что он опустился с небес, а внизу великолепный вид на Маньчжурию. У меня просто захватило дух от такой красоты, а китайский таксист просто веселился, видя, как я фотографирую то дворец, то панораму Маньчжурии. 237 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Дворец бракосочетания выстроен в готическом стиле и внешне напоминает готический собор. Именно такие соборы я видела в Германии. Красота и великолепие Дворца бракосочетания затмевает все постройки города. Ширина главного здания – 32м, высота – 37,2 м, ширина –32 м. Высота основной башни – 57,8 м. Архитектурный ансамбль занимает площадь около 3000 кв.м. Во Дворце помимо зала бракосочетания есть обзорный лифт, площадки для отдыха и галерея для туристов. Рис. 2. Дворец бракосочетания в Китае Дворец бракосочетания предназначен для проведения свадеб и крупных торжественных мероприятий. Недавно правительством Маньчжурии принято решение проводить бракосочетания по европейским обычаям. Правда, непонятно это будут свадьбы или просто постановки для туристов. Не думаю, что китайские новобрачные согласятся расписываться по непонятным им европейским обычаям. Структура и формообразование. Дворец бракосочетания № 1 (Грибоедовский) в г. Москва. Дворец бракосочетания № 1 находится в центре старой Москвы, в прекрасном особняке, построенном в 1909 году архитектором С.В. Воскресенским для купца А.В. Рериха. В 1961 году особняк был передан Городскому отделу ЗАГС исполкома Моссовета для открытия первого в России Дворца бракосочетания. В те времена улица, на которой находится Дворец, называлась улицей Грибоедова. В девяностые годы прошлого века улице вернули старое название – Малый Харитоньевский переулок, но Дворец по-прежнему называют «Грибоедовский». Рис. 3. Дворец бракосочетания № 1 (Грибоедовский) в г. Москва 238 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Плюсы Грибоедовского Дворца бракосочетания: престижность – это самый престижный Дворец Бракосочетания в Москве; красота – Дворец расположен в старинном здании с шикарными интерьерами, создающими праздничную атмосферу; профессионализм сотрудников; просторный зал торжественной регистрации, много стульев для гостей, отдельный просторный зал для просмотра видео с церемонии; можно расписаться в любой день, не только в пятницу или субботу; Минусы Грибоедовского Дворца бракосочетания: отсутствие большой парковки, неудобный подъезд – узкая дорожка; непосредственно в самом дворце нельзя пить шампанское; отсутствием площадки у входа для распития алкоголя и поздравлений; очереди больше, чем в других ЗАГСах – около 2 месяцев; узкая дверь – неудобно выносить на руках невесту. Заключение. К сожалению, в г. Магнитогорска нет ни одного здания бракосочетания, которое бы удовлетворяло всем требованиям. Новое либо переоборудованное здание должно вмещать несколько залов, что позволило бы избежать очередности среди пар. ЗАГСы большей частью находятся в зданиях жилых домов, рядом с проезжей частью. Возможно, именно поэтому стала востребована выездная регистрация. Многим парам хочется заключать брак в красивом и комфортном месте, без очередей. А, покидая зал, выходить не на оживленную улицу, полную прохожих и автомобилей, а разделить радость с гостями торжества, пообщавшись с ними в уютном дворике. Отдельные Дворцы бракосочетаний есть во многих крупных городах Урала, например, в соседнем Кургане. Поэтому необходимо построить новый дворец в г. Магнитогорск. Библиографический список: 1.Страницы история ЗАГС. URL: http://www.pseudology.org/Reklama/Zags.htm. Заглавление с экрана. 2.Дворцы бракосочетания. URL: http://www.manchzuria.ru/dvorez.html. Заглавление с экрана. 3.Дворцы бракосочетания. URL: http://svadba-msk.ru/. zags/griboedovskii/. Заглавление с экрана. 4.Российская Федерация. Федеральный закон «Об актах гражданского состояния» № 143-ФЗ от 15.11.1997 г., Ст.3. п.2, Ст.4, Ст.78 // Собрание законодательства РФ. 1997. № 47. Ст. 5340. 5..Семейный кодекс Российской Федерации. М.: ПРОСПЕКТ, 2001. - 60 с. 6.Филатов А.Н. О новых и старых обрядах. М., 1967. С. 27. ШЕНЦОВА ОЛЬГА МИХАЙЛОВНА – доцент кафедры архитектуры, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова. УТРОБИНА ОЛЬГА МИХАЙЛОВНА – архитектор-дизайнер, соискатель кафедры архитектуры, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова. 239 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ О.М. Шенцова, И.Ю. Рейс РАЗВИТИЕ ЯХТ-КЛУБОВ В РОССИИ И ЗА РУБЕЖОМ И АКТУАЛЬНОСТЬ СОЗДАНИЯ ЯХТ-КЛУБА В УРАЛЬСКОМ РЕГИОНЕ Плавание под парусом – яхтинг один из немногих видов спорта и отдыха, доступный людям любого возраста, который содержит в себе и спортивный азарт, и блистательный мир парусов. Приятным дополнением к яхтингу является постоянное пребывание на свежем целебном воздухе. В последнее время возрос интерес к этому виду отдыха и спорта. В 2009 году Балтийский Архитектурный Центр организовал в Риге Международный фестиваль архитектуры, дизайна и яхт «Baltic Breeze 2009», который стал первым мероприятием для обмена информацией о развитии и использовании водных и прибрежных территорий, поисков удачных решений и демонстраций возможностей, одновременно популяризируя водный транспорт и рекреационные территории [2] . А уже в 2010 г. первый международный фестиваль архитектуры, дизайна и яхт «ANAPA BREEZE – 2010», прошел осенью в Анапе, главная задача которого – повысить интерес общественности к созданию системы пирсов и яхт-клубов в обслуживании яхтенного туризма. Вначале яхт-клубы создавались на базе бывших государственных спортивных школ. Позже появились домашние яхт-клубы при элитных коттеджных поселках. Новый тип яхт-клубов – рекреационно-туристические. В связи с ожидаемым бумом создания новых яхт-клубов большую актуальность приобретает вопрос готовности нашего законодательства к развертыванию в России масштабного строительства на берегах водоемов. Претерпевает определенные изменения и природоохранное законодательство. По мнению Андрей Косыгин, вице-президент «Региональной Ассоциации Яхт-клубов и Владельцев Маломерных Судов» законодательная система взаимодействия яхт-клубов с государством несовершенна и нужно самим добиваться изменения существующего положения [3]. Необходимо отметить, что на данный момент в России не существует какой-либо нормативной базы, помогающей архитекторам при проектировании яхт-клубов. В связи с этим при проектировании архитектор сталкивается с рядом существенных проблем и трудностей. Еще одной из основных проблем развития водного туризма в России является отсутствие инфраструктуры и дороговизна ее создания без политической воли на то [7]. В России яхтинг сегодня развивается стремительными темпами. С каждым годом количество проданных яхт увеличивается на 20-30%, и это делает нашу страну отличным рынком их сбыта. В последние несколько лет Россия переживает настоящий бум яхтенного бизнеса. Увеличение темпов строительства яхт клубов наблюдается и в Московском регионе. Свидетельством тому служит большое количество уже действующих яхт клубов. Только в Подмосковье их уже более 30. Недостаток информации о парусном спорте в России спровоцировал ошибочное восприятие данного вида спорта как элитного и доступного лишь избранным. Для привлечения широких масс в парусный спорт важно развивать его имидж как доступного вида спорта для среднего класса. В основную задачу спортивных зданий, сооружений и комплексов яхт-клуба входит спортивная подготовка населения. Люди, увлеченные яхтингом, ожидают от современного яхт-клуба полного комплекса услуг по хранению и обслуживанию водноспортивной техники и должный сервис. История яхтинга началась еще в семнадцатом веке, когда к небольшим портовым ботам и другим парусным кораблям начали приглядываться обеспеченные люди. Само слово «яхта» произошло от голландского Jaghtschip – «охотничий корабль». Первоначально яхтой называлось любое легкое, быстроходное парусное судно. В дальнейшем этим термином стали означать любое судно, отличное от шлюпки, приводимое в движение парусом, двигателем или и тем и другим вместе, и, что немаловажно, используемое именно для развлекательных прогулок и спортивных гонок. Естественно, яхтинг стал достоянием людей весьма обеспеченных, изначально аристократов и дворян. Потом к ним присоединились и представители «новой аристократии» – промышленные и торговые магнаты, в общем, все те, кто мог позволить себе постройку и содержание роскошного и быстрого судна и вышколенной команды на нем. Россия же начала использовать парусники как спортивный снаряд в начале восемнадцатого столетия. Все началось с поистине «королевского» подарка – яхты «Корона», построенной в Голландии в 1697 году, которую подарил молодому Петру I будущий король Англии Вильгельм. А в 1713 году он учредил наследственный «Невский флот», участники которого назначались государем и регулярно под чутким его надзором проводили своеобразные тренировки на своих яхтах. Первая регата была проведена в Ирландии, организатором ее выступил ирландский Водный клуб. Американцы приобщились к яхтингу относительно поздно, Нью-Йоркский яхт-клуб появился только в 1844 году. Но они стали первыми, кто отважился на проведение океанских гонок. 240 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Вторая мировая война, естественно, приостановила развитие яхтинга, но в 50-х годах интерес к ним возродился вновь. В яхтостроении стали использоваться новые материалы: стеклопластик, алюминий, даже армоцемент, что позволило сильно снизить себестоимость яхт. Яхтинг стал доступен, а, следовательно, интересен, не только очень обеспеченным людям, но и нам, «простым смертным». Но яхтинг изначально – не только гонки. Хождение под парусом ради собственного удовольствия и развлечения не назвать ничем другим. Такой яхтинг носит название крейсерного плавания. Именно крейсерные плавания наиболее востребованы в наше время. Свободное плавание, борьба со стихией или просто отдых посредине океана в одиночестве – то самое, что может дать только и только яхтинг. В общем, современный нам яхтинг, пройдя долгую историю формирования, стал популярным видом спорта, как одиночным, так и командным, а так же получил свое развитие в виде прекрасного и запоминающегося вида отдыха [8]. Одной из задач исследования стал анализ аналогов яхт-клубов в России и за рубежом. Рассмотрим наиболее значимые, на наш взгляд. SOVINYON MARINA CLUB. Одесса – центр на Юге Украины на побережье Черного моря, сочетающий в себе крупнейший морской порт, развитую промышленность и курортно-рекреационный комплекс. Расположение в курортной зоне элитного коттеджного комплекса «Совиньон», удобное по отношению к основным транспортным маршрутам г. Одессы позволяет пользоваться развлекательной и деловой инфраструктурой города при времени проезда к ним 20 минут. В границах развитой инфраструктуры курорта к услугам членов клуба представлены: – пляжи, пансионаты рестораны, СПА-центр, новейший санаторий «Grand Marine» с медицинский центром, теннисные корты, детский развлекательный центр и пр. Место, на которой расположен данный участок, универсально с точки зрения возможности развития проекта – может использоваться и под комплекс апартаментов, и под строительство небольшой гостиницы. Единая архитектурно-художественная концепция комплекса тщательно продумана с учетом особенностей окружающего ландшафта и пожеланий потенциальных потребителей. ЯХТ-КЛУБ НА ОСТРОВЕ ЙЯС / Omiros One Architecture. Обтекаемые и изогнутые линии здания яхт-клуба и его белоснежный фасад выдержаны в ярко выраженном морском стиле. Причудливые формы двух зданий, составляющих комплекс яхт-клуба, находят многочисленное повторение в малых архитектурных формах, дизайне ландшафта и водоемов. Система светодиодной подсветки в темное время суток. Парусный спорт в Москве стал по-настоящему развиваться после открытия канала Москва-Волга и создания Клязьминского водохранилища. В 1937 г. на водохранилище был организован первый сто- 241 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ личный яхт-клуб, основу которого составили 11 швертботов класса "М-20". Через год в Москве было уже 100 швертботов, 4 яхт-клуба и более 400 яхтсменов, актив которых стал ядром Всесоюзной парусной секции. С 1940 г. регулярно начали проводить зональные регаты: Московскую, Северную, АзовоЧерноморскую, а позже – Дальневосточную. ВОДНЫЙ СТАДИОН «ДИНАМО». Комплекс Водного стадиона «Динамо» – это крупнейший памятник архитектуры в Москве (расположен на Ленинградском шоссе), открытый по приказу Сталина в 1935 году. Первоначально он именовался Водной станцией «Динамо». Проектировал и воплощал его в жизнь известный архитектор Геннадий Яковлевич Мовчан. Комплекс включает в себя три крупных бассейна для плавания, водного поло, прыжков в воду. Двухъярусные трибуны, изготовленные из железобетона, вмещают в себя более 3 тысяч человек. Также здание состоит из академических судов, просторной гавани для моторных и парусных лодок, площадок для занятия легкой атлетикой, гимнастикой и спортивными играми. Следует уделить внимание главному входу на трибуны: скульптура, парадные лестницы, красивый кессонированный потолок – всё это создаёт пространственный образ и выявляют подлинное назначение сооружения как физкультурного центра. В 2007 году началась обширная реконструкция сооружения. Частично отремонтированы административное помещение и трибуны, строится новый спортивно-деловой центр и спорткомплекс. Общая площадь этого центра составит около 53 тысяч квадратных метров. В спортивно-деловой комплекс войдут бассейн для проведения международных соревнований и тир для пулевой стрельбы, также будут построены паркинг и автостоянка, рассчитанная на 1108 автомобилей. Рассмотрим структуру яхт-клуба и его формообразование на примере мультиформатного рекреационного комплекса «Бриз» в районе г. Ильчевска. МУЛЬТИФОРМАТНЫЙ РЕКРЕАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС «БРИЗ». Комплекс находится в 2-х километрах южнее г. Ильичевск. Он расположен вдоль береговой полосы протяженностью 1.5 километра и имеет перепад высот до 40 метров. Часть комплекса размещена на равнинной части, часть на оположенных склонах. С морской стороны границей поселка является урез воды. Общая площадь комплекса – 42 Га. Устойчивость комплекса обеспечена пятью уникальными массивными берегоукрепительными сооружениями – мысовыми формами - выступающими в море на 40 метров и образующими своеобразные полуострова. На них частично размещается зона жилой застройки, инфраструктура (яхт клуб, кафе и рестораны, развлекательные центры) и пляжи. Дополнением к этому служат склоны, спроектированные в виде 242 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ ступеней и несущие на себе часть застройки. В совокупности вся система берегоукрепления обеспечивает полную надежность и предотвращает вероятность движения почвы. Весь комплекс можно территориально разделить на три параллельные зоны, идущие одна над другой вдоль береговой линии: Первая зона – «Марина». Сюда входят мысовые формы, пирсы, пляжи. На них размещены яхт – клубы, пляжные комплексы, объекты инфраструктуры по обеспечению активного отдыха в пляжной зоне (кафе, объекты торговли, проката, аттракционы). Вторая зона – «Променад». Здесь размещены здания высотной жилой застройки, отели, офисы, торговые центры, рестораны и кафе, фитнес-клубы, крытый круглогодичный аквапарк, открытая концертная площадка, спортивные сооружения, учреждения санаторно-курортного лечения и реабилитации, многоярусные паркинги. Основная задача этих двух зон – обеспечить активный отдых гостей и жильцов комплекса. Третья зона – «Лайф». Она предназначена для комфортного круглодичного проживания жильцов комплекса и включает в себя основные объекты жилой застройки: доступ с верхней равнинной части жилой зоны застройки в зону «Променад» обеспечивается современным фуникулером. Тем самым, генеральным планом во всем комплексе предусмотрены и соблюдаются принципы зонирования и безопасности. Архитектурно-планировочные решения комплекса выполнены в единой концепции средиземноморского стиля: большие светлые помещения правильной формы: открытые террасы и лоджии; панорамное остекление; прямой вид на мор из всех апартаментов коттеджей и секционных домов; наличие бассейнов и гаражей, индивидуальной ухоженной территории; эксплуатируемая кровля; современное техническое оснащение объектов; отделка с применением натуральных материалов. Особое место в комплексе занимают два яхт-клуба – масштабные сооружения, предназначенные для круглогодичной стоянки и хранения малотонажных судов. Каждый яхт-клуб имеет 80 парковочных мест и столько же эллингов. Внешняя, обращенная к морю часть строения – это ресторан с возможностью размещения дополнительных открытых площадей. Центральная часть имеет «маяк» высотой около 30 метров, на верхнем уровне которого находится VIP зал со смотровой площадкой. Выгодное местоположение позволит создать на базе комплекса мощный медицинский центр, объединяющий климатические выгоды приморской зоны с последними достижениями современного медицинского оборудования и нетрадиционной медицины. Также на территории комплекса будут размещены теннисные корты, волейбольные и баскетбольные площадки, футбольное поле, аквапарк, фитнес – центр, плавательные бассейны, пешеходные и велосипедные дорожки; будет создана собственная эксплуатационно-управляющая компания, которая будет в дальнейшем круглосуточно осуществлять обслуживание зданий, инженерных систем и дорог комплекса, уборку территории, вывоз мусора и предоставлять отдельные услуги. Система охраны и видеонаблюдения гарантирует физическую и пожарную безопасность жителей и отдыхающих, на въездах действует пропускная система. Актуальность создания яхт-клуба в Уральском регионе, а именно на озере Банное в непосредственной близости от г. Магнитогорска (45 км) позволит решить проблему привлечения широких масс, развития парусного спорта, как для любителей, так и профессионалов, решить проблему проведения интересного досуга, привлечет множество гостей и будет являться «визитной карточкой» набережной. С точки зрения предварительного заключения данная прибрежная территория, одно из немногих мест, которое идеально подходит как для сезонного, так и для круглогодичного отдыха. Участок расположен в уютном и тихом месте прямо на берегу озера. Это экологически чистая местность, окруженная живописными горами и изумительными по своей красоте лесами. На территории планируются работы по благоустройству туристической и рекреационной зоны, мощение, подсветка, озеленение, обустроена прогулочная и смотровая площадка. Библиографический список: 1.Боб Бонд. Справочник яхтсмена: Перевод с английского. Ленинград: Судостроение, 1989. 2.Водные фасады – архитектурный ключ городаю. URL: http://anapatravelnotes.com/archive/number-3/vodnyefasady-–-arxitekturnyj-klyuch-goroda/. Заглавие с экрана. 3.Конгресс "Инвестиции в строительство яхт-клубов. URL: http://www.allyachts.ru/ Article.asp? ID_Arcticle=353. Заглавие с экрана. 4.Мультиформатный рекреационный комплекс BREEZE. URL: http://breeze.com.ua/index.html. Заглавие с экрана. 5.О ПРОБЛЕМАХ РАЗВИТИЯ ЯХТИНГА В РОССИИ. URL: http://www.tvoiparusa.ru/community/post/ 2009/04/17/o-problemah-razvitiya-yahtinga-v-rossii.html. Заглавие с экрана. 6.SOVINYON MARINA CLUB. URL: http://www.postscriptum.com.ua/complex/sovin.htm. Заглавие с экрана. 243 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ 7.Что должен знать проектировщик по проектированию яхт-клубов. URL:http://www. tvoiparusa.ru/community /post/2010/11/22/chto-dolgen-znat-proektirovshchik-po-proektirovaniyu-yaht-klubov.html. Заглавие с экрана. ШЕНЦОВА ОЛЬГА МИХАЙЛОВНА – доцент кафедры архитектуры, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова. РЕЙС ИРИНА ЮРЬЕВНА – архитектор-дизайнер, соискатель кафедры архитектуры, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова. 244 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ БЕЗОПАСНОСТЬ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА О.В. Евтушенко ВЫБОР МЕРОПРИЯТИЙ ДЛЯ ПРОФИЛАКТИКИ РИСКА ТРАВМИРОВАНИЯ НА РАБОЧИХ МЕСТАХ ПРЕДПРИЯТИЙ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Основными заданиями профилактики производственного травматизма является достижение установленных нормативов безопасности, гигиены труда и производственной среды, повышения существующего уровня охраны труда, предотвращения случаев производственного травматизма, аварий и пожаров. Для решения этих заданий работодатель обязан создать на каждом рабочем месте условия труда в соответствии с требованиями нормативно-правовых актов, обеспечить безопасность технологических процессов, машин, механизмов, оборудования и других средств производства, надлежащее состояние средств коллективной и индивидуальной защиты, а также санитарно-бытовые условия, в соответствии с требованиями законодательства. Поскольку действующая нормативно правовая база охраны труда сориентирована в подавляющем большинстве на «абсолютную» безопасность, а современные тенденции развития охраны труда ориентируют профилактику травматизма на применение ризкоориентированых подходов, то на это время особенной актуальности приобрела проблема выбора практически осуществимых и эффективных профилактических мероприятий, направленных на нейтрализацию или уменьшение риска. С учетом отмеченного и практики планирования профилактики производственного травматизма в Украине [1] и за рубежом [2-3] предлагаются следующие рекомендации относительно выбора профилактических мероприятий. Общие рекомендации относительно выбора профилактических мероприятий. 1. Основным заданием профилактики производственного травматизма является предотвращение несчастных случаев путем приведения производства в соответствие с требованиями нормативноправовых актов по охране труда и нейтрализации (уменьшение влияния) опасностей, которые могут привести к травмированию работника. 2. Профилактические мероприятия должны обязательно базироваться на данных предыдущего анализа и оценки. Лишь при таких условиях можно определить такие мероприятия, которые существенно влияют на уровень производственного травматизма и могут быть успешно реализованными. 3. Для анализа и оценки состояния условий и охраны труда могут быть использованы такие основные подходы: оценка соответствия всех составляющих системы безопасности труда и производственной среды требованиям нормативно-правовых актов по охране труда; общий и детальный анализ производственных опасностей, которые могут привести к травмированию работника; идентификация и оценивание рисков травмирования на производстве [4]. 5. Существуют три основных вида профилактических мероприятий [5-6]: приведение всех элементов безопасности труда и производственной среды в соответствие и соблюдение требований нормативноправовых актов по охране труда на предприятии, убеждение (через предоставление информации и учебу), разработка и применение пассивных (автоматических) средств защиты. Наиболее полезным и эффективным считается третий способ. 6. Конкретное содержание профилактического мероприятия зависит от вида опасности, риска, или от вида несоответствия нормативно-правовому акту по охране труда. При выборе мероприятий можно руководствоваться следующим перечнем задач, которые должны решать эти мероприятия: приведение в первую очередь наиболее опасных элементов производственных процессов, участков, рабочих мест, в состояние, которое отвечает требованиям нормативно-правовых актов по охране труда; снижение тяжести возможных последствий несчастных случаев; снижение вероятности несчастного случая; улучшение состояния охраны труда. 7. При определении вариантов мероприятий необходимо учитывать, что для устранения производственных опасностей могут использоваться следующие способы: разработать новый, более безопасный способ выполнения производственной операции; устранить обстоятельства (источники), которые создают опасность; изменить технологию выполнения работ; уменьшить частоту выполнения опасной операции; отказаться от производственной операции, если устранить или уменьшить возможность травмирования невозможно. 245 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ 8. Действия по ликвидации менее существенных несоответствий или опасностей планируются к осуществлению после таких, которые нуждаются в экстренном вмешательстве. Несоответствия или опасности, которых можно избегать небольшим усилием и средствами, должны немедленно устраняться. Другие опасности желательно разделить по приоритетам и очередностью их устранения, которое должно быть выполнено на этапе оценивания рисков. Особенностью этапа обоснования профилактических мероприятий является то, что для каждого несоответствия нормативно-правовым требованиям по охране труда или для каждой опасности стоит подбирать несколько вариантов мероприятий. Таблица 1 Примеры причин риска травмирования работников на предприятиях пищевой промышленности и основные рекомендации по их предупреждению Виды нарушений нормативно-правовых актов по охране труды, которые необходимо нейтрализовать и другие мероприятия по профилактике риска Причина риска Вид риска 1 НАРУШЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ БЕЗОПАСНОСТИ ВО ВРЕМЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ, МАШИН, МЕХАНИЗМОВ, И ТОМУ ПОДОБНОЕ 2 Падение, обвал предметов, материалов, породы, почвы, и тому подобное; Действие повышенных температур (кроме пожаров), тяжесть и напряженность труда, асфиксия, взрыв, другие виды травматических событий, характерные для пищевых предприятий; Падение пострадавшего (без падения с высоты); Действие предметов и деталей, которые двигаются, разлетаются, вращаются; В том числе с высоты; Дорожно-транспортные проишествия; Преднамеренное убийство; Повреждение в результате контакта с животными, насекомыми и другими представителями флоры и фауны; Действие вредных и токсичных веществ; Поражение электрическим током. НЕДОСТАТКИ В УЧЕБЕ БЕЗОПАСНЫМ ПРИЕМАМ ТРУДА Падение, обвал предметов, материалов, породы, почвы, и тому подобное; Действие повышенных температур (кроме пожаров), тяжесть и напряженность труда, асфиксия, взрыв, другие виды травматических событий, характерные для пищевых предприятий; Падение пострадавшего (без падения с высоты); Действие предметов и деталей, которые двигаются, разлетаются, вращаются; В том числе с высоты; Дорожно-транспортные проишествия; Падение, обвал предметов, материалов, породы, почвы, и тому подобное; Действие повышенных температур (кроме пожаров), тяжесть и напряженность труда, асфиксия, взрыв, другие виды травматических событий, характерные для пищевых предприятий; Падение пострадавшего (без падения с высоты); Действие предметов и деталей, которые двигаются, разлетаются, вращаются. АЛКОГОЛЬНОЕ, НАРКОТИЧЕСКОЕ ОПЬЯНЕНИЕ, ТОКСИЧНОЕ ОТРАВЛЕНИЕ 3 1. Соблюдение требований технических регламентов, правил, инструкций, относительно безопасности эксплуатации оборудования, машин и механизмов, в первую очередь, для устранения возможности проявления травматических событий. 2. Своевременное проведение технических осмотров, испытаний, плановопредупредительных ремонтов, соблюдения норм разрывов и габаритных размеров, которые обеспечивают безопасность. 3. Обеспечение надлежащего функционирования системы управления охраной труда и информирования работников о возможных последствиях нарушения требований безопасности во время эксплуатации оборудования, машин, механизмов, и контроль за их соблюдением Обеспечение своевременной и качественной учебы, проверки знаний, по вопросам охраны труда и проведения инструктажей с первоочередным учетом наиболее опасных видов травматических событий. 1. Обеспечение контроля за допуском кработе работника в состоянии алкогольного или наркотического опьянения. 2. Поддержка на рабочих местах гранично допустимих концентраций вредных веществ и предусмотренных нормативно-правовыми актами приточновытяжной и местной вентиляции. 9. При выборе профилактического мероприятия принимаются во внимание все возможные варианты, которые могут не только предупредить несчастный случай, но и снизить тяжесть возможных последствий. Приоритет должен быть отведен тем мероприятиям, которые способны с наибольшей эффективностью предотвращать травматизм. 10. Производственная безопасность рабочего места, а следовательно и стабильный выпуск продукции обеспечивается такими мероприятиями: информирование работников и их непосредственных руководителей о потенциальных рисках и опасностях (например, через обучение); мотивирование работников 246 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ к безопасному выполнению работ (поведенческие установки); инструктажи, профессиональная учеба; повышение безопасности труда и производственной среды средствами административного и технического контроля, улучшением условий труда, заменой вредных материалов, использованием индивидуальных средств защиты, и тому подобное; обеспечение безопасного функционирования машин, оборудования и других производственных объектов, в соответствии их прямым назначением. 11. Эффективное предупреждение несчастных случаев возможно при физической и психологической готовности работника безопасно выполнять свои функции, имея достаточный уровень личной компетентности, подготовленности и осознанного стремления, к безопасному труду. 12. Особенное внимание стоит уделять оперативному применению таких профилактических мероприятий, которые являются экономическими, технически надежными и легкими для осуществления. После внедрения таких мероприятий должны осуществляться наблюдения за ними и проверяться их эффективность и, при необходимости, должны применяться более обоснованные мероприятия. Для определения очередности внедрения и выбора вариантов мероприятий для приведения состояния безопасности труда и производственной среды на предприятии в соответствие с требованиями нормативно-правовых актов по охране труда целесообразно ориентироваться на оценки риска травмирования по причинам, которые приводят к несчастным случаям. В табл. 1 на основе результатов исследований, анализа и оценки причин риска травмирования работников пищевой промышленности, без смертельного и со смертельным последствием [7-9] приведены примеры ранжованого перечня главных причин риска несчастных случаев на пищевых предприятиях Украины. Для каждой причины травмирования приведено несколько важнейших разновидностей риска, которые предопределяет эта причина и рекомендации по профилактике производственного травматизма для каждой выделенной причины (с учетом требований нормативно правовых актов по охране труда [5] и анализа литературы [10-11]). Сочетание в табл. 1 отдельной причины с основными видами травматических событий, которые она предопределяет, требует в первую очередь применения профилактических мероприятий, направленных на предупреждение наиболее значимых и опасных рисков. Кроме того, такое сочетание позволяет выполнять приведение безопасности труда и производственной среды на предприятии в соответствие с требованиями нормативно-правовых актов по охране труда наиболее эффективным способом, начиная с наибольших рисков. Библиографический список: 1. Белостоцкая В.О., Водяник А.О., Малыхин О.В. Анализ потенциала профилактической деятельности в системе социального страхования от несчастных случаев на производстве // Информационный бюллетень по охране труда. К.: НИИ охраны труда, 2003. № 3. С. 12-14. 2. Определить тактику действий: международный конгресс “Безопасность и охрана труда – 2000”// Охрана труда и социальное страхование, 2001. № 2. С. 21-27. 3. Jnohara H. Human Resource Development in Japanese Companies. Tokyo: JPC. 1990. 294 p. 4. Белов П., Гражданкин А. Автоматизированная оценка техногенного риска и оптимизация мер по его снижению // Управление риском, 1999. № 4. С. 22-26. 5. Комплект нормативно-правовой документации по охране труда для малых предприятий / О.В. Малыхин, А.О. Водяник и др.К.: НИИ охраны труда, 2005. 37 с. 6. Пособие по оценке экономической эффективности мероприятий по улучшению условий и охраны труда / А. Водяник., О. Амоша, О. Мартякова и др. К.: TASIS, 2000. 48 с. 7. Евтушенко О.В. Анализ статистики производственного травматизма в пищевой промышленности Украины // Пищевая промышленность, 2011. № 10-11. С. 169-174. 8. Водяник А.О., Евтушенко О.В. Исследование производственного травматизма со смертельным исходом в пищевой промышленности Украины // Научные труды Одесской национальной академии пищевых технологий, 2012. № 42. С. 408-414. 9. Гуц В.С., Литвиненко А.М., Евтушенко О.В. Оценка состояния охраны труда на рабочем месте // Пищевая промышленность, 2011. № 10-11. С. 158-164. 10. Лысюк Н.А. Механизм управления рисками возникновения несчастных случаев на производстве. Тезисы Международной научно-практической конференции «Оценка профессионального риска. Гармонизация законодательства Республики Беларусь, Российской Федерации и Европейского Союза в области охраны труда». Мн.: ЦОТЖ, 2005. С. 51-60. 11. Рекомендации по разработке системы управления охраной труда предприятия с учетом требований международного стандарта OHSAS 18001 «Система менеджмента здравоохранения и безопасности персонала». К.: Национальный научно-исследовательский институт охраны труда, 2004. 56 с. ЕВТУШЕНКО ОЛЬГА ВЛАДИМИРОВНА – старший преподаватель кафедры Безопасности жизнедеятельности, Национальный университет пищевых технологий (Украина). 247 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ М.Ю. Галеева, К.Н. Кришталевич К ВОПРОСУ УХУДШЕНИЯ ЗДОРОВЬЯ СРЕДИ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ ОБУЧЕНИЯ На сегодняшний день достоверно известно о повышенной заболеваемости на первых курсах обучения [1, 2], с последующим улучшением состояния здоровья. Среди причин повышенной заболеваемости первых курсов, в большинстве случаев указывают адаптацию организма к комплексу новых факторов, со значительным напряжением компенсаторно-приспособительных систем, а так же социальнобытовые причины [3]. Цель: выявление факторов влияющих на адаптацию организма и здоровье в период обучения. Объект исследования: состояние здоровья студентов технической специализации. Методы исследования: проведены эпидемиологические исследования по анализу состояния здоровья студентов гуманитарного и технического профиля за период времени с 2007 по 2010 гг. С последующим анализом состояния и динамики здоровья студентов технического профиля, по специальностям: «химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов» (ХТ), «проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» (ТНГ); «машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов» (МА); «теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного бассейна» (ТВ); «водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов» (ВВ), «вычислительные сети» (ВС) в те же годы. В качестве основного критерия состояния здоровья выбрана группа здоровья (Д). Оценка данных распределения по группам студентов обучающихся по гуманитарному профилю в общем виде указывает на положительную динамику в группе здоровых (Д-1) и группы болеющих (Д-3). Для студентов технического профиля положительная динамика отмечается только в группе болеющих (Д-3), в группах Д-1 и Д-2 отрицательные динамические процессы. Для выявления состояния индивидуального здоровья и его изменение в группе гуманитарного профиля и в группе технического профиля, проведена оценка индивидуального здоровья, с последующим определением его как «ухудшение» или «улучшение». Оценка индивидуального состояния здоровья позволила выявить изменения функционального состояния у студентов в динамике, в том числе у студентов, которых группа здоровья не изменяется в течение обучения. Рис. 1. Ухудшение состояния здоровья студентов в период обучения в высшем учебном заведении Для студентов гуманитарного профиля характерны интенсивные изменения состояния здоровья и были отмечены у 48,7%, у студентов технического профиля обучения состояния здоровья имело динамичные сдвиги у 31% студентов. Однако, изменение состояния здоровья студентов с отрицательной динамикой (ухудшение состояния здоровья) выявлены более интенсивные у студентов технического профиля (26% студентов). Интересным является факт, представленный на графиках рисунка 1, что прирост 248 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ отрицательных изменений характерен не только ко второму курсу обучения, а для студентов технической специальности и к четвертому году обучения. Причем к четвертому году обучения ухудшение здоровья превышает в 1,54 раза аналогичное изменение на втором году обучения у студентов технического профиля обучения. Для студентов гуманитарного профиля отмечены изменения здоровья в период обучения с характерным улучшением к концу обучения, и соответствующие исследованиям большинства авторов по данному вопросу. На первом курсе обучения факторы среды, а так же стрессовая нагрузка, приводит к увеличению заболеваемости ко второму курсу, вероятно, в начальный период специализации на третьем курсе у студентов технической специализации факторы среды, в том числе и факторы напряженности труда, преобладают и/или имеют большую интенсивность, чем для студентов технического профиля. Среди студентов технического профиля (таблица 1), наименьшие изменения состояния индивидуального здоровья характерно для студентов специальности МА. Таблица 1 Сравнительная оценка состояния здоровья, для студентов различных специальностей технического профиля обучения специальность ВВ ТВ ТНГ ХТ МА ВС студенты технического профиля обучения без изменения ухудшение улучшение состояния состояния состояния здоровья, % здоровья, % здоровья, % 64 24 12 67,7 25,8 6,45 63,3 27,27 9,09 52,63 42,1 5,62 86,66 6,6 6,66 48,7 38,4 12,8 Наибольшее изменения состояния индивидуального здоровья, а соответственно и перенапряжение регуляторных систем, отмечено среди студентов обучающихся по специальностям ХТ и ВС, причем в сторону ухудшение здоровья среди студентов специальности «химическая технология» и «вычислительные сети», соответственно 42,1% и 38,4%. Основные выводы. Для студентов технического профиля обучения изменение состояние здоровья носит волновой характер с общим ухудшением, как на момент начала обучения, так и на момент окончания обучения. Различия степени адаптации (состояния индивидуального здоровья) к условиям среды на более поздних курсах обучения свидетельствует о разделении и повышении роли воздействия профессиональных факторов и условий создающие их. Библиографический список: 1.Система образования Республики Беларусь в цифрах 1940-2000 годы (статистический сборник) / Под ред. Листопада Н.И. Мн.: ГИАЦ Министерства образования, 2001. 58 с. 2.Антипова С.И., Савина И.И. Анализ заболеваемости и смертности подростков Республики Беларусь в 20052009 гг. // Вопросы организации и здравоохранения Республики Беларусь. Минск: БелЦМТ. 2010. № 4. С. 42-58. 3.Блинова Елена Геннадьевна. Научные основы социально-гигиенического мониторинга условий обучения студентов в образовательных учреждениях высшего профессионального образования: автореферат дис. ... доктора медицинских наук: 14.02.01; [Место защиты: Науч. центр здоровья детей РАМН].- Москва, 2010. 46 с. ГАЛЕЕВА МАРИНА ЮРЬЕВНА – аспирант, ассистент кафедры Охрана труда Полоцкого государственного университета. КРИШТАЛЕВИЧ НАТАЛЬЯ НИКОЛАЕВНА – студент Полоцкого государственного университета. 249 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ Е.А. Самещенко, А.А. Самещенко* ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ЭЛЕМЕНТНОЙ СТРУЖКИ СПЛАВА С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ Введение. Проблема огнестойкости объектов достаточно актуальна в связи с ростом объемов перевозок опасных грузов, реальностью террористических угроз, техногенных аварий, лесных пожаров и т.п. Очевидной перспективностью в разработке этой проблемы является использование противопожарных покрытий, основанных на применении сплавов с эффектом памяти формы со значительными эндотермическими эффектами в них при нагреве в интервале мартенситных превращений [1-4]. К настоящему времени накоплен обширный фактический материал, свидетельствующий об использовании покрытий пожароопасных объектов негорючими материалами, изготовленных на основе многослойных композиционных – металлических или волокнистых органических и неорганических соединений, имеющих в своем составе слоистое вспучивающееся огнезащитное покрытие. Цель данного исследования – изучение эффективных условий нанесения слоя матрицы с армирующим компонентом на основе сплава с эффектом памяти формы. Материал и методы исследования. В результате анализа научно-технических материалов 1, 3 в исследованиях принят сплав системы Ni – Ti (ТН-1(нитинол)), обладающий эффектом памяти формы. Особенности изготовления образцов с огнестойким покрытием на основе водного раствора силиката натрия с элементной стружкой из сплава с ЭПФ: армирующий компонент с памятью формы выполнен в виде элементной стружки на основе эквиатомного титано-никелевого сплава, габаритные размеры стружки заданы по величине не более толщины теплозащитного слоя, каждая отдельная элементная стружка первоначально имеет произвольно скрученную форму, сплаву элементной стружки задано фазовое превращение при расчетной температуре в исходную раскрученную форму, матрица теплозащитного слоя выполнена из силиката натрия [6, 7]. Особенности технологии получения элементной стружки из титано-никелевой заготовки: стружку получали при механической обработке, предварительно скрученных до предельных деформаций, заготовок из материала с ЭПФ; для перевода стружки из одного состояния в другое, например, стружки суставчатой в элементную, в конструкцию режущего инструмента ввели стружко-ломательные устройства (пороги, разделительные канавки). Количество (масса) титано-никелевого сплава в заготовке, используемой в армирующем компоненте определяется по зависимости: mTiNi СОБ mОБ , СTiNi (1) где сTiNi – теплоёмкость титано-никелевого сплава; сОБ – теплоёмкость охлаждаемого объекта; mОБ – масса цилиндрической оболочки (объекта). Экспериментальные исследования по изучению огнестойкости рассматриваемого покрытия проводились на установке, представляющей собой настольную рамную конструкцию, оснащенную штативом для крепления части оборудования. В состав оборудования входят динамометр, гидроцилиндр, термометр цифровой, тепловентилятор, термопары. Для контроля времени нагревания ЭО использовался секундомер с погрешностью не более секунды. При этом непосредственно в силовой рамной конструкции размещены элементы нагружения (гидроцилиндр с ручным приводом) и измерения нагрузки центрально-сжатых элементов конструкции (цилиндрических экспериментальных образцов). На стенках экспериментальных образцов размещены термопары. На штативе закреплены цифровые термометры и тепловентилятор. По принципу работы лабораторная установка является силовой установкой для создания предельных сжимающих усилий в конструкциях с возможностью равномерного и неравномерного обогрева по боковой поверхности ЭО. При этом линии действия усилий совпадают с осью элемента. Результаты измерений усилий отображаются на индикаторе часового типа (ИЧТ) динамометра. Цифровой термометр с термопарой позволяет измерить температуру нагрева ЭО с точностью до 1 0С с пределом измерения до 10000С. При выполнении работы с центрально сжатыми элементами конструкций перед каждым экспериментом проверяют совпадения линии действия нагружения (ось гидроцилиндра) с геометрической осью ЭО. Выключение и включение тепловентилятора производится при помощи тумблера «1-0», расположенного на ручке прибора. * Научный руководитель: ДЕНИСОВ Олег Викторович – доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности и инженерная экология, Донской государственный технический университет. 250 I МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ _________________________________________________________________________________________ Для экспериментальных образцов, выполненных из пластика (ПВХ) с известными геометрическими и физико-механическими параметрами (Е = 4.106 Па, h = 2.10 –3 м, R = 25.10-3 м), максимальная осевая силовая нагрузка Руст потери устойчивости цилиндрической оболочки составляла 3,5…5,5кН Согласно известным методикам осевая нагрузка на ЭО, создаваемая гидроцилиндром, должна составлять не более 0,7...0,8 уст . Методика проведения эксперимента включала следующие особенности: - регулировка и контроль температуры нагрева осуществлялся цифровым термометром с термопарой. Максимальная температура на выходе из тепловентилятора ограничивалась значением Tmax = 5000C; - величина осевого усилия контролировалась по показаниям индикатора часового типа (ИЧТ) цифрового динамометра; - нагружение проводилось плавно, без резких усилий со скоростью не более 500 кг/мин (~10 Н/с); - каждая серия испытаний состояла из 3 образцов; - результаты измерений заносились в таблицу. № п/п Объект испытания 1 2 3 4 5 6 ПВХ без ОЗП ПВХ с ОЗП ПВХ без ОЗП ПВХ с ОЗП Картон без ОЗП Картон с ОЗП Температурный режим внешнего нагрева ЭО, 0С/К Расчётное значение Потери устойчивости ЭО, Руст, Н Осевое нагружение кг кН 230/503 4000 300 3 3000 200 2 350/623 350/623 Показатель Огнестойкости, с 55 70 23 150 30 116 Экспериментальные исследования образцов с различными типами огнестойких покрытий, в том числе с покрытием на основе силиката натрия с добавкой элементной стружки из сплава с ЭПФ, проведенные на разработанных экспериментальных установках позволили имитировать аварийные условия пожара и показали практическую возможность применения данного технического решения. Заключение. Испытания моделей с нанесенным огнестойким покрытием на основе силиката натрия и добавкой элементной стружки из сплава с ЭПФ показали, что при нагреве, в том числе, в замкнутом объёме удается замедлить рост градиента и абсолютных значений температуры внутри объекта, тем самым, увеличив его огнестойкость в целом. Библиографический список: 1.Денисов. О.В, Сахабудинов Р.В. Применение сплавов с эффектом памяти формы: Монография. Ростов-наДону: РВИ РВ, 2000. 246 с. 2.Эффект памяти формы в сплавах: Пер. с англ. Л.М. Бернштейн / Под. Ред. В.А. Займовского. М.: Металлургия, 1979. 544 с. 3.Костоглотов А.И., Денисов О.В. и др. // Ростов-на-Дону: Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 1999. № 4. 1998. 26 с. 4.Рогельберг И.А., Бейлим В.М. Сплавы для термопар: Справочник. М.: Наука, 1983. 445 с. 5.Патент РФ №2242844 от 20.12.2004г. 6.Патент US №5804276 от 08.09.1998г. ситет. ситет. САМЕЩЕНКО Екатерина Андреевна – студент, Донской государственный технический универСАМЕЩЕНКО Анастасия Андреевна – студент, Донской государственный технический универ- 251 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ______________________________________________________________________________________ ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ Сборник материалов I Международной научно-практической конференции Компьютерная верстка Е. А. Мурзина Подписано в печать 18.01.2013 г. Усл. печ. л. 8,25. Тираж 200 экз. Заказ № 843 Отпечатано в ООО «Типография «Вертикаль» 424036, Россия, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, ул. Мира, 21 ООО «Коллоквиум» 424002, Россия, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, ул. Первомайская, 136 «А»-3. ISBN – 978-5-905371-41-7 252
