ВУЗОВСКАЯ НАУКА В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ - ИПК ...

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования «УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ВУЗОВСКАЯ НАУКА В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ

Сборник материалов 50-й научно-технической конференции

(25 января – 30 января 2016 года)

Часть 1

Ульяновск УлГТУ 2016

2

УДК 62 (082) ББК 30я43 В 88

Вузовская наука в современных условиях : сборник материалов 50-й научно-технической конференции (25 января – 30 января 2016 года). В 3 ч. Ч.1. – Ульяновск : УлГТУ, 2016. – 252 с.

В материалах докладов 50-й научно-технической конференции

«Вузовская наука в современных условиях» представлены результаты госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работ, выполненных сотрудниками Ульяновского государственного технического университета в 2015 году. Материалы изданы в 3-х частях:

- в 1-й части опубликованы материалы докладов основных секций энергетического, машиностроительного, строительного факультетов и кафедры самолетостроения;

- во 2-й части опубликованы материалы докладов секций радиотехнического факультета, факультета информационных систем и технологий, кафедр физики, высшей математики и прикладной математики и информатики;

- в 3-й части опубликованы материалы докладов секций экономико-математического, гуманитарного факультетов, ИАТУ и ОШБ.

Материалы напечатаны в авторской редакции

УДК 62 (082) ББК 30я43

© Коллектив авторов, 2016 © Оформление. УлГТУ, 2016

В 88

3

СОДЕРЖАНИЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЯГКОГО ПУСКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В. Н. Дмитриев, С. Н. Жирнов, Д. М. Мансуров, С.Н. Михеев .............................. 9 ИССЛЕДОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ВИБРОДВИГАТЕЛЯ С ПОДПРУЖИНЕННЫМ ДЕБАЛАНСОМ В. Н. Дмитриев, Д. И. Дунаев, Э. И. Михайлов ..................................................... 12 КОНДЕНСАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРСИРОВАННОГО ПУСКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В. Н. Дмитриев, М. М. Мухитов, А. Н. Генералов ................................................. 15 ВИБРАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ С РЕГУЛИРУЕМЫМИ ДЕБАЛАНСАМИ В. Н. Дмитриев, Д. И. Дунаев, Э. И. Михайлов ..................................................... 18 КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ КАК ТЕХНОЛОГИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ М.В. Петрова, Д.В. Лукиянов, А.О. Рейц................................................................ 21 АВТОМАТИЗАЦИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ В ЖКХ. А. В. Сердцева ....................................................................................................... 24 ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ТУРБУЛЕНТНЫЙ ПОТОК ПОСРЕДСТВОМ ДЕМПФИРУЮЩИХ ПОЛОСТЕЙ А.В.Чукалин ............................................................................................................. 26 РАЗРАБОТКА СБОРНИКОВ ЗАДАНИЙ К РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИМ РАБОТАМ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЧЕРТЕЖЕЙ «РАЗРЕЗЫ» И «СЕЧЕНИЯ» ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА А.В. Рандин ............................................................................................................. 30 МОДЕРНИЗАЦИЯ АВТОМОБИЛЯ «БАГГИ» А.В.Демокритова, Р.А. Владимиров ..................................................................... 33 КОМПОНОВКА ОДНОСТУПЕНЧАТОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕДУКТОРА В КОМПАСЕ 3D С.И.Гусев, А.В.Олешкевич .................................................................................... 36 СИСТЕМА НЕПРЯМОГО СУХОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ А.Ю. Батюков .......................................................................................................... 39 РАСЧЕТ СИЛ РЕЗАНИЯ ПРИ ПЛОСКОМ ШЛИФОВАНИИ ЗАГОТОВОК КОМПОЗИЦИОННЫМИ ШЛИФОВАЛЬНЫМИ КРУГАМ О.Г. Крупенников, Е.С. Мотлях .............................................................................. 42 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОСИЛОВОЙ НАПРЯЖЕННОСТИ ПРОЦЕССА ПЛОСКОГО ШЛИФОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫМИ ШЛИФОВАЛЬНЫМИ КРУГАМИ С.И. Улитин, Е.С. Мотлях ....................................................................................... 45

4

ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ НОВЫХ СПОСОБОВ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ВЫРЕЗАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ПРЕЦИЗИОННОЙ ТОЧНОСТИ НА СТАНКАХ С ЧПУ Д.В. Кравченко ........................................................................................................ 49 МЕТОДИКА РАСЧЕТА РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ МЕТОДАМИ ТЕОРИИ ГРАФОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ «CHAINS» Ю.В. Псигин, И.А. Волкова ..................................................................................... 52 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ТЕОРИИ РАСПИСАНИЙ В КРАТКОСРОЧНОМ ПЛАНИРОВАНИИ ПРОИЗВОДСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ «SCHEDULE» Ю.В. Псигин, И.А. Волкова ..................................................................................... 55 ВЫБОР ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ: 10 ПЕРВЫХ ПРАКТИК С.И. Рязанов ........................................................................................................... 58 РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОДОЛЬНОЙ МАТРИЦЫ В SIEMENS SINUMERIK 840D А.Д. Евстигнеев, А.В. Лукин, В.В. Агафонов ......................................................... 61 РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАТРИЦЫ В SIEMENS SINUMERIK 840D А.Д.Евстигнеев, А.Н.Маричев, В.В.Агафонов ....................................................... 65 РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСА В SIEMENS SINUMERIK 840D А.Д. Евстигнеев, С.Ю. Кодин, В.В. Агафонов ....................................................... 68 РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛИТЫ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ В SIEMENS SINUMERIK 840D А.Д. Евстигнеев, В.И. Бочкарев, В.В. Агафонов ................................................... 71 ОСНОВНЫЕ ПУТИ СНИЖЕНИЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ НАГРЕВА В ПРОЦЕССЕ ТЕРМООБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА НА БАКЕЛИТОВОЙ СВЯЗКЕ Н.И. Веткасов, В.В. Сапунов, А.О. Уланова .......................................................... 75 ВЛИЯНИЕ ПЕРФОРАЦИИ НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ К.С. Дементьев, В.И. Филимонов........................................................................... 78 ПОДГОТОВКА ШЛИФОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ С ПОКРЫТИЕМ В.В. Марковцева, О.И. Морозов............................................................................. 81 ПОДХОДЫ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ ИЗ МАТЕРИАЛА С ПОКРЫТИЕМ МЕТОДАМИ ИНЖЕНЕРНОГО АНАЛИЗА Илюшкин М.В. ......................................................................................................... 85

5

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПРОФИЛИРОВАНИЯ ГНУТОГО ПРОФИЛЯ НА ПРИМЕРЕ ПРОФИЛЯ “СОЕДИНИТЕЛЬ ПАНЕЛИ УАЗ” Ф.Х.Халилов ............................................................................................................ 87 О СХЕМАХ ФОРМОВКИ ОБРАМЛЕНИЯ ВОЗДУХОВОДА А.В.Филимонов, В.И. Филимонов........................................................................... 89 КОНСТРУКЦИЯ ПРЕССА ДЛЯ ОТРЕЗКИ ПОЛУЗАКРЫТЫХ ПРОФИЛЕЙ А.В.Филимонов, В.И. Филимонов........................................................................... 92 УСТАНОВЛЕНИЕ СТЕПЕНИ АСИММЕТРИИ НЕСИММЕТРИЧНОГО ПРОФИЛЯ А.В.Филимонов, В.И. Филимонов........................................................................... 96 ВЛИЯНИЕ ТИПА ЭЛЕМЕНТА ЖЁСТКОСТИ НА ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ И.В. Кокорина, В.И. Филимонов ............................................................................ 99 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЕЙ ИЗ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК В СВЕЖЕЗАКАЛЕННОМ СОСТОЯНИИ ДЛЯ ПАНЕЛЕЙ ФЮЗЕЛЯЖА САМОЛЕТА МС-21 Марковцев В. А., Илюшкин М. В., Попов А. Г.......................................................103 ПЕРСПЕКТИВНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ИНТЕНСИВНОГО ПРЕССОВАНИЯ ЗАГОТОВОК И ДЕТАЛЕЙ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ В.Н.Кокорин, А.В.Кокорин, Б.Р. Зиннатов, А.А. Евстигнеев................................105 ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ПРОФИЛЯ ЗА СЧЁТ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УПРОЧНЕНИЯ ЕГО ЗАГОТОВКИ И.В.Кокорина, В.И. Филимонов ............................................................................109 ДВИЖЕНИЕ ВИБРОУДАРНОЙ СИСТЕМЫ С УПРУГИМ ЭЛЕМЕНТОМ ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКОМ СИЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ И УДАРАХ О ПРЕГРАДЫ А.А. Дозоров...........................................................................................................112 ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОЙ ВОЛНЫ ДЕФОРМАЦИИ ТРАПЕЦЕИДАЛЬНОЙ ФОРМЫ НА ГРАНИЦЕ СОПРЯЖЕНИЯ ПОЛУОГРАНИЧЕННЫХ СТЕРЖНЕЙ С УПРУГИМ ЭЛЕМЕНТОМ И. А. Новикова........................................................................................................116 КРИВОШИПНО-КОРОМЫСЛОВЫЙ МЕХАНИЗМ ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ Т. Е. Петрова ..........................................................................................................119 МОДЕЛИРОВАНИЕ СВОБОДНЫХ И ВЫНУЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С ДВУМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ А.Ю.Рожков ............................................................................................................124 МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВИТКОВ ПРУЖИНЫ С ВНЕШНЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ КРУГЛОГО СТЕРЖНЯ А.Д. Северинов ......................................................................................................127

6

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КАЧЕСТВА РЕГУЛЯРНОЙ СЕТКИ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МОДЕЛИ НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ НА ТОЧНОСТЬ РАСЧЕТА СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК. Ю.В. Кирилин, С.А. Демидов, Д.Г. Панин.............................................................130 ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ НОЖОВОЧНЫХ ПОЛОТЕН НА ОТРЕЗНЫХ СТАНКАХ Г. И. Киреев, А. А. Новиков ...................................................................................134 ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОСАЖДЕНИЯ НА ПАРАМЕТРЫ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА. Ю.Г. Кривов, М.В. Полозов....................................................................................137 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ НИТРИДА НИОБИЯ С.В. Сизов, М.В. Полозов ......................................................................................140 ПРОГРОГРАММИРОВАНИЕ ЦИКЛОВОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РАЗОМКНУТОГО ТИПА ТРАНСПОРТНЫМ РОБОТОМ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ А.В.Кузьмин ............................................................................................................143 К ВОПРОСУ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА МЕЖРЕГИОНАЛЬНЫХ РЕГУЛЯРНЫХ ПАССАЖИРСКИХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ПЕРЕВОЗОК Аспирант К.А. Луконькина, науч. рук. профессор В.В. Епифанов .....................146 ОЦЕНКА КОММЕРЧЕСКИХ ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ ПО КРИТЕРИЮ МИНИМАЛЬНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАТРАТ В.А. Мигачев...........................................................................................................150 ВЛИЯНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА АЛМАЗНОЙ РЕЗКИ ЗАГОТОВОК ИЗ ПКМ НА ЗНАЧЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА С. А. Кобелев ........................................................................................................153 ОБЗОР ТРАНСПОРТА БУДУЩЕГО В НАСТОЯЩЕМ Д.Г. Вольсков..........................................................................................................156 ИДЕОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПОНЕНТОВ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Д.Г. Вольсков, Д.В. Мухин .....................................................................................158 ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ В ФАСЕТНОЙ МОДЕЛИ ПОСЛЕ ТРЕХМЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ О. Э. Чоракаев, Е. Н. Згуральская, А. А. Лапышев..............................................161

7

СОВРЕМЕННЫЙ ПОДХОД К КИНЕМАТИЧЕСКОМУ И СИЛОВОМУ АНАЛИЗАМ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ О. Э. Чоракаев, Б.Т. Аразвелиев, Д. В. Мухин.....................................................163 О ТОЧНОСТИ УСТАНОВКИ ТЕОДОЛИТА В СТВОР Ю.А. Колмаков, О.Е. Дронь, А.С. Курочкина ........................................................167 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ПУНКТОВ СЕТИ СПОСОБОМ СРЕДНЕЙ ПЛОСКОСТИ Ю.А. Колмаков, А.С. Курочкина, О.Е. Дронь ........................................................171 ЖИДКАЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ Р.А.Кудряшова, Н.В.Самаркина, Я.В.Шеймухова................................................174 ПРИМЕНЕНИЕ НАСЫПНОГО КЕРАМЗИТА В КОНСТРУКЦИЯХ КИРПИЧНЫХ, БЛОЧНЫХ И ПАНЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ С.В.Максимов, Н.В.Самаркина, Я.В.Шеймухова .................................................177 ГРАНУЛИРОВАННЫЙ И БЛОЧНЫЙ ПЕНОЦЕМЕНТ Э.А.Тренгулова, Е.С.Маркелова ...........................................................................180 ЕСТЬ ЛИ БУДУЩЕЕ У НЕБОСКРЕБОВ ИЗ ДЕРЕВА? А.Ф.Атауллина .......................................................................................................183 ЧИСЛЕННОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УЗЛОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ СЕТЧАТОГО КУПОЛА Тур В.И., Тур А.В. ...................................................................................................186 ТИПЫ ЖИЛЫХ ЯЧЕЕК В УЧРЕЖДЕНИЯХ ДЛЯ ДЕТЕЙ-СИРОТ И ДЕТЕЙ, ОСТАВШИХСЯ БЕЗ ПОПЕЧЕНИЯ РОДИТЕЛЕЙ О. С. Андрианова ...................................................................................................191 ОСНОВЫ ПЛАНИРОВОЧНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ГРУППЫ ПОМЕЩЕНИЙ ОБЩЕВОСПИТАТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ В УЧРЕЖДЕНИЯХ ОПЕКИ ДЛЯ ДЕТЕЙ (НА ПРИМЕРЕ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ОПЫТА) О. С. Андрианова ...................................................................................................195 О КРАСОТЕ В АРХИТЕКТУРЕ В.А.Баграмян..........................................................................................................198 ПЕШЕХОДНЫЕ ПРОСТРАНСТВА В ГОРОДСКОЙ СРЕДЕ В. П. Усова..............................................................................................................201 АРХИТЕКТОР В ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПРАКТИКЕ В. А. Сидоров .........................................................................................................204 СТРУКТУРА ЦВЕТОВОГО ПРОСТРАНСТВА Н.Н.Флегонтова......................................................................................................206

8

ГЕОМЕТРИЯ ЦВЕТА В ИНТЕРЬЕРЕ Л. Л. Сидоровская ..................................................................................................209 РОЛЬ ПЛЕНЭРНОГО РИСУНКА В ФОРМИРОВАНИИ БУДУЩЕГО АРХИТЕКТОРА В. О. Сотникова, Б. Е. Сотников ...........................................................................212 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИСТОРИЧЕСКОЙ СРЕДЫ А.Ю. Лапшов ..........................................................................................................214 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ БИОНИЧЕСКОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ В АРХИТЕКТУРЕ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ В.Ф.Фомина ............................................................................................................217 СТРУКТУРА ЦВЕТОВОГО ПРОСТРАНСТВА Н.Н.Флегонтова......................................................................................................221 ОСОБЕННОСТИ "ПЕРИОДА ХУДОЖЕСТВЕННЫХ РЕСТАВРАЦИЙ" В ИСТОРИИ ЗАПАДНОЙ ЕВРОПЫ М.Н.Кангро..............................................................................................................224 О СОСТОЯНИИ И ПРОГНОЗАХ ЗЕМЕЛЬНЫХ ОТНОШЕНИЙ КАК ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЗАЦИИ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ И.С.Буднев .............................................................................................................226 АРХИТЕКТУРНЫЕ ЗАРИСОВКИ П.Д. КОРИНА(1892 – 1967) Нецветаев Л.Н........................................................................................................230 ПРОСТРАНСТВО И КОМПОЗИЦИЯ А.И. Захаров...........................................................................................................233 ОРГАНИЗАЦИЯ ДОСТУПНОЙ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ И. И. Исаевич .........................................................................................................236 ТЕХНОЛОГИЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ СУЛЬФИДНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ В.И. Шарапов, М.М. Замалеев, Е.А. Астафьева, Н.Ю. Колбасова .....................239 РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОДУВОЧНОЙ ВОДЫ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ В.И. Шарапов, И.В. Прокопенко, М. А. Федорова, Е.К. Чиглякова......................242 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ОХЛАЖДЕНИЯ ОХЛАДИТЕЛЕЙ ЭЖЕКТОРОВ, УПЛОТНЕНИЙ И САЛЬНИКОВЫХ ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ ТУРБОУСТАНОВОК ТЭЦ Сакун Я.В................................................................................................................245 ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ В ЭФИОПИИ Б. Д. Гемечу, В.И. Шарапов...................................................................................248

9

УДК 621.313.333 УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЯГКОГО ПУСКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В. Н. ДМИТРИЕВ, С. Н. ЖИРНОВ, Д. М. МАНСУРОВ, С.Н. МИХЕЕВ

Вопросы, связанные с пуском электрических двигателей, имеют большое

практическое значение. При их решении приходится считаться с условиями работы сети, к которой подключается двигатель, и с требованиями, которые предъявляются к электроприводу. Схемы пуска двигателей в ход должны предусматривать создание большого пускового момента при небольшом пусковом токе и, следовательно, при небольшом падении напряжения при пуске. Известны различные способы пуска асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнутым ротором, отличающиеся по показателям пускового режима АД и качества электроэнергии, надежности, массе и габаритам и т. д.: прямой, реакторный, автотрансформаторный, переключением обмоток со звезды на треугольник, с помощью тиристорных преобразователей [1].

Однако при соизмеримости мощностей электродвигателя и источника электроэнергии эти способы не позволяют оптимально решить задачу пуска. Кроме того, при использовании рассмотренных способов ухудшается и без того низкий пусковой коэффициент мощности сети. Более эффективно для пуска АД применять последовательное включение с обмотками статора конденсаторов, которые после пуска переключаются параллельно сети, обеспечивая компенсацию реактивной мощности двигателя в рабочем режиме [2, 3].

На рис. 1 представлена схема конденсаторного пуско-компенсирующего устройства (ПКУ).

Рис. 1. Принципиальная схема асинхронного АД с ПКУ

10

Схема работает следующим образом. В исходном положении автомат QF разомкнут, контакты КМ1 разомкнуты, контакты КМ2 находятся в положении, изображенном на рис. 1. При включении автомата QF конденсаторы С подключаются последовательно с сетью и после подачи управляющих сигналов на тиристорные коммутаторы VS1, VS2, VS3 двигатель начинает плавно разгоняться. В определенный момент времени с тиристорных коммутаторов снимаются управляющие сигналы, тиристоры при снижении тока до нуля закрываются, одновременно с этим замыкаются контакты КМ1 и переключаются контакты КМ2, конденсаторы подключаются параллельно сети, выполняя роль компенсаторов реактивной мощности. После выдержки необходимой паузы, во время которой двигатель тормозится выбегом, подаются управляющие сигналы на тиристорные коммутаторы и электродвигатель получает питание напрямую от сети.

Для исследования асинхронного электропривода с пуско-компенсирующим устройством (ПКУ) была разработана и реализована математическая модель в программном комплексе МВТУ 3.6.

Исследования пуска с последовательно подключенными с обмотками статора конденсаторами проводились на асинхронном двигателе марки АИР80А2У3.

Параметры АД: Рн=1,5 кВт, nн=2850 об/мин, R1=5,6 Ом, L1=0,011 Гн, R’2=3,27 Ом, L2=0,017 Гн, Lm=0,53 Гн, Jд=0,0018 кг/м2. Пусковые свойства АД: МП=2,1Мном, Ммin=1,4Мном, Мкр.=2,6Мном, IП=6,5Iном, где Мном=5 Н·м, Iном=3,3 А.

На рисунках 2 и 3 показаны графики изменения тока статора, частоты вращения и электромагнитного момента АД и с вентиляторной нагрузкой на валу при прямом пуске и с конденсаторами в цепи статора.

Рис. 2. Графики изменения тока статора, частоты вращения и

электромагнитного момента АД при прямом пуске с вентиляторной нагрузкой на валу

11

Рис. 3. Графики изменения тока статора, частоты вращения и

электромагнитного момента АД при пуске с вентиляторной нагрузкой на валу и емкостью конденсаторов в цепи статора СП=100 мкФ.

Анализ результатов расчетов показывает, что пусковые токи и момент

при мягком пуске в 1.5 - 2 раза меньше, чем при прямом пуске, а броски тока и момента, возникающие при коммутации конденсаторов, хотя и сопоставимы по величине с прямым пуском, однако их длительность в несколько раз меньше. Компенсация реактивной мощности позволила существенно уменьшить потребляемый от сети ток.

Для получения оптимальных характеристик пускового и номинального режимов АД необходимо применение пуско – компенсирующего устройства с регулируемой емкостью конденсаторов.

Таким образом, устройство обеспечивает ограничение пускового тока и компенсацию реактивной мощности асинхронного двигателя. Устройство может быть использовано для пуска и компенсации реактивной мощности асинхронных электродвигателей большой мощности с вентиляторной нагрузкой или пускаемых без нагрузки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Петров И.И., Мейстель А.М. Специальные режимы работы асинхронного электропривода. М.: Энергия, 1968, 261с.

2. Афлятунов И. Ф, Дмитриев В. Н. Динамические режимы асинхронного двигателя с пуско-компенсирующим устройством // Проблемы энергетики: известия высших учебных заведений. Казань.: КГЭУ, 2013, № 11 - 12

3. Мухитов М.М., Дмитриев В.Н. Исследование пусковых характеристик асинхронного двигателя с пуско - компенсирующим устройством. В кн.: Вестник Ульяновского государственного технического университета. № 1 (41), Ульяновск.: УлГТУ, 2008,. с.55-57.

12

УДК 621.313.333 ИССЛЕДОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ВИБРОДВИГАТЕЛЯ С ПОДПРУЖИНЕННЫМ ДЕБАЛАНСОМ В. Н. ДМИТРИЕВ, Д. И. ДУНАЕВ, Э. И. МИХАЙЛОВ

Основным способом пуска асинхронных вибрационных двигателей является их непосредственный асинхронный пуск от питающей сети. Большая величина механических потерь, увеличенный момент инерции дебалансного ротора, наличие пульсирующего вибрационного момента и периодического момента тяжести дебалансов определяют особенности условий запуска двигателей и вызывают необходимость изучения этого вопроса.

Для низкочастотных вибромашин пусковые режимы, являются наиболее тяжелыми ввиду увеличенного статического момента дебалансного ротора. Поэтому при определении мощности асинхронных двигателей (АД) ориентируются именно на пусковой режим. По этой причине на практике в вибромашинах устанавливают двигатели со значительным резервом мощности (30-70%), что приводит к ухудшению энергетических показателей.

Принимая во внимание, что максимальный момент асинхронного двигателя значительно превышает пусковой момент появляется целесообразность предварительного разгона ротора АД до критического скольжения, с целью запуска дебалансного ротора с большим статическим моментом.

Разработан вибродвигатель с упругой связью между валом ротора АД и дебалансом (рис. 1).

1

4

5

2

3

6

23

4

6

5

Рис.1. Асинхронный

вибродвигатель.

13

Вибродвигатель содержит асинхронный двигатель - 1, на валу - 2, которого установлен с возможностью вращения дебаланс - 3, пружина - 4, один конец которой закреплен на валу - 5, а другой на дебалансе - 6.

При пуске АД, в первый период времени, во вращение приходит только вал, при этом происходит скручивание упругого элемента – пружины, после достижения момента скручивания пружины величины статического момента дебаланса происходит запуск дебаланса. Рассмотрим пуск асинхронного вибродвигателя с подпружиненным дебалансом на примере динамической вибрационной одномассовой системы направленных колебаний (рис. 2).

Рис. 2. Одномассовая вибрационная система.

Уравнения представленной на рис. 2 вибрационной системы имеют вид:

)cos()( 2

01111 tRmykybymm , (1)

трМЕХВИБРЭМ MMtRgmMM

dt

dJ )sin(

21

0 . (2)

В уравнениях обозначено:

1m – масса виброплатформы;

0m – масса дебаланса;

R – эксцентриситет дебаланса (расстояние от оси вращения до центра масс дебаланса);

1b – коэффициент сопротивления системы виброплатформа − среда, характеризующий вязкостные потери в среде;

1k – жесткость упругой связи системы виброплатформа − среда;

J – приведенный момент инерции вращающихся масс;

ЭМM – электромагнитный момент на валу электродвигателя;

МЕХM – момент сопротивления на валу вибродвигателя, обусловленный механическими потерями;

ВИБРM – вибрационный момент сопротивления на валу электродвигателя;

14

Mтр – момент сопротивления трения.

Момент скручивания пружины пропорционален ее жесткости:

cпрпр kM , (3)

где kпр – жесткость упругого элемента, зависящая от диаметра проволоки, из которой изготовлен элемент, от количества рабочих витков, диаметра, материала и пространственной конфигурации пружины, Н м/рад; αс

– максимальный угол скручивания пружины, рад.

Для момента пружины Mпр в динамике формула (3) запишется:

tkM прпр )( , (4)

При подстановке формул (3) и (4) в уравнение (2) получим:

tkMMtRgmMMdt

dJ прпрМЕХВИБРЭМ

)sin(21

0

(5)

Результаты моделирования представлены на рис. 3. График 4 соответствует системе без упругих элементов и совпадает с

графиком, соответствующим малому значению Mпр, пропорциональному жесткости пружины k4.

Рис.3. Пусковые характеристики вибрационного электропривода с различной

величиной жесткости упругого элемента на валу

Из графиков переходного процесса частоты вращения видно, что с увеличением жесткости упругого элемента сокращается время запуска вибровозбудителей, исчезает эффект «раскачки» дебаланса. Все

15

Рис. 1. Схема АД с пуско-

компенсирующим устройством

вышесказанное приводит к развитию идеи об отсутствии необходимости в завышении мощности вибровозбудителей для преодоления момента сопротивления дебаланса при пуске.

УДК 621.313.333 КОНДЕНСАТОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРСИРОВАННОГО ПУСКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В. Н. ДМИТРИЕВ, М. М. МУХИТОВ, А. Н. ГЕНЕРАЛОВ

Известны различные способы пуска асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнутым ротором: переключением обмоток со звезды на треугольник, прямой, реакторный, автотрансформаторный, с помощью тиристорных преобразователей. Однако при соизмеримости мощностей электродвигателя и источника электроэнергии эти способы не позволяют рационально решить задачу пуска. Более эффективно для пуска мощных АД применять последовательное включение с обмотками статора конденсаторов, которые после пуска переключаются параллельно сети, обеспечивая компенсацию реактивной мощности двигателя в рабочем режиме.

При разработке асинхронного электропривода по рассмотренной схеме наиболее сложной является задача выбора оптимальной величины емкости конденсаторов, обеспечивающих заданные пусковые и рабочие режимы. Однако, проведенные в работе [1] исследования показали, что величина емкости конденсаторов в пусковом режиме должна в несколько раз превышать емкость конденсаторов в номинальном режиме, и поэтому делается вывод о целесообразности применения пуско – компенсирующего устройства с регулируемой емкостью конденсаторов. В связи с этим рассматривается усовершенствованное пуско-компенсирующее устройство, схема которого представлена на рисунке 1.

16

Для пуска электродвигателя М включается трехфазный выключатель QF, контакты KM2 находятся в положении, изображенном на рисунке 1, контакты KM3 разомкнуты, конденсаторы C при этом оказываются включенными параллельными парами последовательно со статорными обмотками L. Напряжение, приложенное к статорным обмоткам L при этом уменьшено на величину падения напряжения на сопротивлениях конденсаторов C что, в свою очередь ограничивает пусковой ток. По мере увеличения частоты вращения двигателя М, напряжение, приложенное к статорным обмоткам L, увеличивается и при достижении его определенного порогового значения происходит срабатывание катушки KM магнитного пускателя. В результате этого, посредством контакта KM1 шунтируется резистор R, что увеличивает напряжение на катушке KM до номинального и обеспечивает надежное срабатывание магнитного пускателя. Кроме того, замыкание контакта KM1 исключает потери на резисторе R в рабочем режиме. Одновременно переключаются контакты KM2 и замыкаются контакты KM3 магнитного пускателя, конденсаторы С при этом включаются последовательными парами параллельно статорным обмоткам L двигателя M, обеспечивая компенсацию реактивной мощности двигателя в рабочем режиме. В итоге обеспечивается рациональное использование конденсаторов, так как при пуске используется в 4 раза большая емкость конденсаторов, чем в рабочем режиме.

Результаты испытаний АД с пуско-компенсирующими устройствами показали высокие значения ударных токов и моментов в процессе переключения АД с режима мягкого пуска на режим компенсации реактивной мощности. Это вызывает необходимость изучения вопросов коммутации в процессе переключения конденсаторов на компенсацию реактивной мощности с целью ограничения переходных токов и моментов.

Для исследования работы АД с пуско-компенсирующими устройствами создана модель в программном комплексе МВТУ 3.7 на основе представленной системы дифференциальных уравнений:

.dtcdψ

cicR

;dtbdψ

bibR

;dtadψ

aiaR

;CCudtCdψ

CiCRCu

;CBudtBdψ

BiBRBu

;CAudtAdψ

AiARAu

0

0

0

Здесь обозначено: uA, uB, uC – значения фазных напряжений статора; RA, RB, RC, Ra, Rb, Rc –

активные сопротивления обмоток статора и приведенные активные сопротивления обмоток ротора; iA, iB, iC, ia, ib, ic – фазные токи статора и ротора; ψA, ψB, ψC, ψa, ψb, ψc – потокосцепления статорных и роторных обмоток; uCA, uCB, uCC –падение напряжения на конденсаторах в фазах двигателя.

17

Потокосцепление АД определяется выражением в матричной форме: ]i[]M[ ,

где [ψ]=[ψA, ψB, ψC, ψa, ψb, ψc] – матрица-столбец потокосцеплений; [i]=[iA, iB, iC, ia, ib, ic] – матрица-столбец токов; [M] – матрица индуктивностей.

Падение напряжения на пусковых конденсаторах в фазах двигателя определяется из выражения:

,dtiC

u

;dtiC

u

;dtiC

u

CCC

BCB

ACA

1

1

1

где С - емкость пусковых конденсаторов, в установившемся режиме uCA= uCB = uCC=0.

Уравнение электромагнитного момента АД имеет вид:

],[23

ЭМ )iiiii(i)iiiii(iрММ aCcBbAbCaBcA

где М – взаимная индуктивность; р – число пар полюсов АД. Результаты моделирования показывают, что с увеличением пусковой

емкости конденсаторов время пускового режима сокращается, однако, при любой емкости процесс переключения АД на сетевое напряжение сопровождается ударными токами и появлению значительного тормозного момента на валу асинхронного двигателя.

Одной из основных причина этого явления несовпадение по фазе вектора ЭДС статора АД с вектором напряжения сети в момент подключения АД к сети.

Обеспечить совпадение векторов напряжения сети и ЭДС статора асинхронного двигателя возможно, если перед подключением двигателя к сети выдержать бестоковую паузу.

Напряжение сети имеет стабильную частоту, а ЭДС статора АД при выбеге имеет частоту, равную частоте вращения ротора, поэтому векторы напряжения сети и ЭДС статора в процессе выбега могут многократно совпадать. Следовательно, если перед подключением АД к сети выдержать бестоковую паузу, и подключить двигатель к сети в момент, когда вектор напряжения сети и вектор ЭДС совпадут, то бросок тока будет минимальным, а тормозной момент отсутствует.

Результаты моделирования показали также возможность уменьшения переходных токов и моментов АД путем рационального выбора порогового значения напряжения, при котором происходит переключение АД на рабочий режим. Так, увеличение порогового значения напряжения переключения АД с 220В до 280В, практически исключает появление повышенных значений переходных токов. Это объясняется уменьшением ЭДС на обмотках статора АД в процессе выбега в период бестоковой паузы до номинального напряжения сети, и следовательно, отсутствием разности напряжений в момент подключения АД к сети.


1. Мухитов М.М., Дмитриев В. Н. Исследование асинхронного двигателя с конденсаторным пуско-компенсирующим устройством. Проблемы

18

энергетики: известия высших учебных заведений. Казань.: КГЭУ, № 11 - 12, 2011.– с. 139 – 145

УДК 621.313.333 ВИБРАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ С РЕГУЛИРУЕМЫМИ ДЕБАЛАНСАМИ В. Н. Дмитриев, Д. И. Дунаев, Э. И. Михайлов

Одним из недостатков дебалансных виброприводов является

квадратичная зависимость амплитуды вынуждающей силы от частоты вибраций, вследствие чего на низких частотах амплитуда возбуждаемых колебаний оказывается недостаточной [1].

Как следует из выражения центробежной силы tmF sin20 , ее

величина при заданной скорости вращения может регулироваться путем изменения величины эксцентричных масс m0 или изменением их эксцентриситета – ε, что реализуется на практике различными конструктивными исполнениями дебалансов. В связи с этим, целесообразным является определение необходимого закона изменения силы для реализации различных режимов работы вибрационной системы.

Рассмотрим характер нагрузки асинхронных двигателей на примере динамической одномассовой вибрационной системы направленных колебаний (рис. 1). Следует отметить, что рассматриваемая система является общим случаем для большинства промышленных вибрационных устройств направленных колебаний [2].

Рис. 1. Одномассовая вибрационная система направленных колебаний

На рисунке обозначено:

1m – масса виброплатформы с расположенными на ней двигателями;

)(1 m – масса среды, колеблющаяся в фазе с виброплатформой (роль среды может выполнять испытываемое устройство или конструкция, бетон виброплощадок, руда в виброгрохотах, грунт для сейсмических излучателей и т.д.), которая зависит от частоты колебаний;

0m – масса дебаланса;

19

y – смещение виброплатформы по оси Y (вибросмещение);

R – эксцентриситет дебаланса (расстояние от оси вращения до центра масс дебаланса);

g – ускорение свободного падения;

)(1 b – коэффициент сопротивления системы виброплатформа − среда, характеризующий вязкостные потери в среде;

)(1 k – жесткость упругой связи по оси Y системы виброплатформа − среда, зависящая от частоты колебаний;

Метод электромеханических аналогий является наиболее наглядным методом рассмотрения вибрационных систем, согласно которому можно найти электрическую схему, полностью эквивалентную заданной механической. Под эквивалентностью понимается то, что обе системы, подчиняясь дифференциальным уравнениям одного и того же вида, имеют равные периоды колебаний, одинаковые частотные характеристики и др.

В таблице 1 представлены параметры вибрационной системы и эквивалентные им электрические величины.

Таблица 1. Электрические величины Механические величины

E − ЭДС q − заряд

I − ток q − скорость изменения тока

L − индуктивность C − емкость

R − омическое сопротивление Lj − индуктивное

сопротивление Cj1 − емкостное

сопротивление

rCj

LjE

1 −

электрическое полное сопротивление

F − механическая сила y − вибросмещение y − виброскорость

y − виброускорение m − масса k1 − гибкость

b − коэффициент сопротивления

mj − инерционное сопротивление

jk − упругое сопротивление

bj

kmjМ

−

механическое полное сопротивление

На основании электромеханической аналогии (таблица 1) построен

электрический аналог механической системы (рис. 2).

20

Рис. 2. Электрическая схема замещения вибрационной

системы направленных колебаний Контуром 1 выделен источник энергии и его внутреннее сопротивление, а

контур 2 характеризует параметры среды. Полученную электрическую схему достаточно просто решить, используя

правила и законы электротехники, при этом необходимо представить мгновенные величины в комплексном виде и задать условие, согласно которому комплексное число представляет синусоидальное колебание, соответствующее его действительной части.

Решая схему замещения (рис. 2.) можно получить законы изменения статического момента дебалансов и вынуждающих сил виброизлучателя, вызывающие заданную загрузку асинхронных двигателей в цикле виброзондирования.

1. Режим с постоянным моментом Мн = k :

sin411 22

2

322

03

20322

0220

h

M

MMkm

2. Режим Мн = kω:

sin411 22

2

322

03

20322

0220

h

M

MMkm

3. Режим Мн = kω2:

sin411 22

2

322

03

20322

020

h

M

MMkm

Из анализа следует, что режимы работы виброизлучателя с постоянными

значениями виброскорости и виброускорения являются нецелесообразными, т.к. вызывают значительную нагрузку двигателей на низких частотах и требуют на этих частотах большого статического момента эксцентриков.

21

Законы изменения статического момента эксцентриков, соответствующие различным режимам загрузки синхронных двигателей имеют сложную зависимость от частоты и параметров вибрационной системы и являются трудно осуществимыми с использованием известных регулируемых эксцентриков ввиду однозначной зависимости их статического момента от частоты вибраций.

Является целесообразным разработка виброизлучателя с независимым регулированием амплитуды, силы и частоты вибраций.


1. Быховский И.И. Основы теории вибрационной техники. М., «Машиностроение», 1969. - 340с.

2. Дмитриев В. Н., Гаврилов Е. Н., Хахалева Н. А. Асинхронный вибрационный электропривод на базе тиристорного регулятора напряжения // Вопросы теории и проектирования электрических машин. Моделирование электромеханических процессов: сборник научных трудов / Ульяновский гос. техн. ун-т. – Ульяновск: УлГТУ, 2010. – С. 136-141.

УДК 621.316 КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ КАК ТЕХНОЛОГИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ М.В. Петрова, Д.В. Лукиянов, А.О. Рейц

Вопрос о компенсации реактивной мощности, непосредственно связан с

повышением качества электроэнергии в сетях. Решение этого вопроса необходимо рассматривать начиная с проектирования, а затем и во время эксплуатации систем промышленного электроснабжения. Компенсация реактивной мощности может быть в полной мере названа одной из технологий энергосбережения.

В последнее время происходит существенное возрастание потребления реактивной мощности. Передача реактивной мощности на расстояния от мест производства до мест потребления значительно ухудшает показатели систем электроснабжения. Установка компенсирующих устройств позволяет снизить активные потери за счет снижения полного тока.

Количественные и качественные изменения, происходящие в промышленном электроснабжении за последние годы, придают этому вопросу особую значимость. В настоящее время прирост потребления реактивной мощности существенно превосходит прирост потребления активной мощности. При этом передача реактивной мощности на значительные расстояния от мест генерации до мест потребления существенно ухудшает технико-экономические показатели систем электроснабжения.

Целесообразно внедрять на предприятии установки компенсации реактивной мощности.

Компенсация реактивной мощности позволяет повысить эффективность использования электроэнергии в трех основных направлениях: увеличение пропускной способности линий и трансформаторов, снижение потерь активной энергии, нормализация напряжения. Установка компенсирующих устройств позволяет снизить активные потери за счет снижения полного тока.[1].

22

Впервые на возможность использования в качестве устройства для формирования токов требуемой формы , потребляемых из сети , указал Г.С. Зиновьев в 1975 г. [4].

Порядок расчета значений соотношений потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) электрической энергии, предельные значения tgφ приведены в Приказе №49 Министерства промышленности и энергетики Российской Федерации от 22.02.07.

Одним из перспективных решений одновременной компенсации реактивной мощности и мощности искажения при преобразовании переменного тока является использование активного выпрямителя, выполненного на полностью управляемых силовых переключающих элементах IGBT-транзисторах. Для реализации мощных активных выпрямителей необходимы многоуровневые схемы с дополнительными элементами, что ведет к существенному удорожанию активных выпрямителей.

Устройства современной силовой электроники позволяют управлять потоками электроэнергии не только в целях её преобразования из одного вида в другой, но и распределения, организации быстродействующей защиты электрических цепей, компенсации реактивной мощности и так далее. Разнообразие в видах потребляемой и вырабатываемой электроэнергии вызывает необходимость её преобразования.

Основными видами преобразования электроэнергии являются: 1. выпрямление (преобразование переменного тока в постоянный); 2. инвертирование (преобразование постоянного тока в переменный); 3. преобразование частоты (преобразование переменного тока одной

частоты в переменный ток другой частоты). Одним из основных вопросов, решаемых при проектировании и

эксплуатации систем промышленного электроснабжения, является вопрос о компенсации реактивной мощности, включающей расчет и выбор компенсирующих устройств, их регулирование и размещение на территории предприятия.

Был рассмотрен компенсатор [3] на основе статического источника реактивной мощности, состоящего из индуктивности, регулируемой тиристорными преобразователями, и батареи конденсаторов.

Исследование влияния частоты коммутации компенсационного преобразователя на характер изменения тока и напряжения при различных частотах проведено с использованием пакета программ МВТУ версии 3.7. Результаты моделирования подтвердили целесообразность использования преобразователя для компенсации реактивного тока при изменении нагрузки от 0 до номинальной с коэффициентами мощности от 0,7 до 1. Динамические показатели компенсатора по данным моделирования значительно отличаются от расчетных. Так время переходного процесса изменения тока ik(t) вместо расчетного значения в 2,5 полупериода сетевого напряжения оказывается равным 4-5. Существенного значения для практики это не имеет, а расхождение объясняется несоответствием оценок длительности переходных процессов в системах переменного тока по постоянным времени как это принято в системах постоянного тока.

Моделирование показало, что компенсатор [2] обеспечивает также компенсацию мощности искажения, в частности, обеспечивает потребление из сети синусоидального тока при наличии среди нагрузки выпрямительной

23

установки. По полученным результатам моделирования можно сделать вывод, что с увеличением частоты коммутации получаются наиболее гладкие формы токов, но с увеличением частоты коммутации, увеличиваются потери в компенсаторе, поэтому оптимальной частотой коммутации является частота 2 кГц.

Устройство позволяет регулировать генерируемую в сеть энергоснабжения промышленного предприятия реактивную мощность, контролировать текущие значения напряжения, тока и коэффициента мощности в сети, измерять значение генерируемой в систему реактивной мощности и поддерживать заданную потребителем величину коэффициента мощности в сети.

Достоинством устройства является плавное регулирование генерируемой в систему реактивной мощности, что достигается за счет использования в качестве регулирующих элементов тиристорных преобразователей.

Проведенные исследования позволяют утверждать, что компенсатор реактивной мощности на базе преобразователя инвертирующего типа с электролитическим конденсатором в качестве накопителя энергии является на сегодняшний день конкурентоспособным и предпочтительнее других преобразователей на базе косинусных конденсаторов. [3]

Компенсация реактивной мощности имеет большое значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества электроэнергии.

Реактивная составляющая неизбежна при работе многих промышленных устройств, поэтому она не может быть исключена полностью, однако целесообразно применять средства, предназначенные для уменьшения ее потребления из питающей сети.

Для этого необходимо приближать источники покрытия реактивной мощности к местам ее потребления и уменьшать получение реактивной мощности из энергосистемы. Это разгружает в значительной степени питающие линии электропередачи и трансформаторы от реактивной мощности.

Уменьшение потребления реактивной мощности на предприятии достигается путем компенсации реактивной мощности как естественными мерами (сущность которых состоит в ограничении влияния приемника на питающую сеть путем воздействия на сам приемник), так и за счет специальных компенсирующих устройств (реактивной мощности) в соответствующих точках системы электроснабжения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Кабышев А.В.. Компенсация реактивной мощности в электроустановках

промышленных предприятий. Томский политехнический университет.- Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2012 г.-234с.

2. Петрова М.В., Боровиков М.А. Моделирование режимов работы компенсирующего преобразователя на базе инвертора напряжения.//Тез. докл. НТК-36 УлГТУ «Вузовская наука в современных условиях», 2002, г. Ульяновск.

3. А.С. РФ №2254658 7Н02J3/18 Трехфазный транзисторный источник реактивных токов./Боровиков М.А., Петрова М.В., Павлов А.Б., Горбачевский Н.И.// Бюлл.изобр. №17,2005.

4. Зиновьев Г.С. Анализ инвертора напряжения как компенсатора реактивной мощности. Сб. «Преобразовательная техника», Новосибирск, Изд. НЭТИ, 1978.

24

УДК 332.8 АВТОМАТИЗАЦИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ В ЖКХ А. В. Сердцева

Жилищно-коммунальное хозяйство предоставляет комплекс услуг потребителям. Жилищно-коммунальные услуги и условия их предоставления должны быть безопасными для жизни, здоровья и имущества потребителей, окружающей природной среды. Состав предоставляемых коммунальных услуг определяется степенью оснащенности зданий и сооружений, под которой понимается наличие внутридомовых инженерных систем, позволяющих предоставлять потребителю соответствующие коммунальные услуги.

Инженерные сети зданий и сооружений включают в себя следующие системы:

внутренние системы водоснабжения и водоотведения (ВиВ) - системы водоснабжения и водоотведения зданий и сооружений;

внутренние системы теплоснабжения (ТС) - системы горячего водоснабжения (ГВС) и отопления (СО) зданий и сооружений;

системы газоснабжения внутренние системы электроснабжения - домовые сети с напряжением

до 380 В; Рассмотрим подробнее внутренние инженерные системы гражданских

зданий.

Системы холодного водоснабжения зданий Система холодного водоснабжения здания обеспечивает подачу воды от

наружного водопровода под напором ко всем водоразборным устройствам внутри здания.

В состав системы внутреннего водопровода входят: ввод, водомерный узел, разводящая сеть, стояки, подводки к сантарно-техническим приборам, технологическим установкам и оборудованию, запорная, регулировочная, предохранительная и смесительная арматура, различные соединительные и монтажные элементы для труб (сгоны, колена, фитинги, переходники и т. д.) В случае необходимости в систему включаются установки для повышения давле-ния в сети, специальные емкости, создающие запас воды в системе на пожарные, аварийные и регулирующие нужды.

По принципу действия внутренние водопроводы можно подразделить на системы: без повысительных устройств; с напорнозапасными баками; с повысительными насосами; с комбинацией напорно-запасных баков и повысительных центробежных насосов; с гидропневматическими установками; зонные системы.

Системы горячего водоснабжения

Классификация систем горячего водоснабжения (ГВС). ГВС подразделяются: по месту расположения источника теплоты — на

децентрализованные, в которых источник теплоты располагается вблизи места водоразбора, и централизованные, в которых источником теплоты является горячая вода от тепловых сетей, питающихся от ТЭЦ или котельной.

Источниками теплоты при децентрализованном теплоснабжении являются газовые и электрические водонагреватели или водогрейные колонки на твердом и газовом топливе.

25

Система отопления Системы отопления, являясь органической частью отапливаемых зданий,

должны удовлетворять санитарно-гигиеническим, технико-экономическим, архитектурно-строительным, монтажным и эксплуатационным требованиям.

Санитарно-гигиенические требования заключаются в обеспечении заданной температуры воздуха в отапливаемом помещении, а также в поддержании такой температуры поверхности отопительных приборов, которая исключает возможность ожогов и пригорания пыли.

Системы отопления включают три основных элемента: источник теплоты, теплопроводы и отопительные приборы.

Характерной особенностью центральных систем отопления является размещения генератора теплоты вне отапливаемого помещения, соединенного с потребителями теплоты теплопроводами значительной протяженности. Положительным свойством центральных систем отопления является относительное удешевление получения теплоты за счет укрупнения генератора теплоты. Отрицательным свойством можно считать потери теплоты магистральными теплопроводами и сложность поддержания надлежащего гидравлического режима в сетях.

Характерной особенностью местных систем отопления является размещение генератора теплоты в непосредственной близости от отапливаемого помещения или размещения его в самом отапливаемом помещении.

К местным системам отопления относятся поквартирные системы водяного отопления, печное отопление и отопление с помощью обогревателей, работающих от газовой или электрической сетей.

Системы водяного отопления получили широкое распространение в жилищном, гражданском и промышленном строительстве. В этих системах отопления вода обычно нагревается в генераторах теплоты до 105 °С последовательно проходя: магистральные трубопроводы; трубопроводы, подающие воду к отопительным приборам (подающие стояки); отопительные приборы, в которых вода остывает, и далее возвращается по обратным стоякам и обратным магистралям к месту нагрева.

Газоснабжение Внутридомовые газопроводы служат для передачи природного газа от

газорегуляторных пунктов к газовым приборам жилых домов (газовые плиты, быстродействующие или емкостные водонагреватели). Ответвления и дворовые разводки всегда рассматриваются как составная часть газооборудования жилых комплексов. В этих газопроводах поддерживается всегда низкое давление газа до (3000 Па). Газоснабжение жилых домов осуществляется от уличных газопроводов низкого давления.

Основными элементами системы газоснабжения дома является ответвления от городских (уличных) газопроводов, дворовые газопроводы, вводы, стояки, квартирные газопроводы. Ответвления служат для подачи газа из уличного газопровода к дому. На тротуаре или у линии застройки домов на ответвлении обычно монтируется отключающее устройство. Если по ответвлению подача газа должна осуществляться в несколько точек подъездов или корпусов, то ответвление образует дворовую разводку. Подвальных разводов стараются избегать и от цокольного ввода по наружной стене здания проводят кольцевой газопровод, от которого он отпочковывается в лестничные клетки. Вводы могут устраиваться непосредственно в кухнях.

26

Электроснабжение Электроснабжение - совокупность мероприятий по обеспечению

электроэнергией различных ее потребителей. В любом здании или сооружении электроэнергия вначале поступает к главному распределительному щиту (ГРЩ). Именно здесь установлена коммутирующая и преобразующая аппаратура, позволяющая конечному потребителю получить нужное ему напряжение (из 380 преобразовать в 220 Вольт). Основой системы электроснабжения является кабельная сеть, благодаря которой осуществляется распределение электрической энергии.

Обоснование необходимости автоматизации инженерных систем. В связи с необходимостью проектирования системы холодного и горячего

водоснабжения на час максимального водопотребления (в утреннее и вечернее время), в остальное время создается избыточное давление в водопроводной сети. В ночные часы из-за снижения расхода, давление может увеличиваться до недопустимого значения. Аналогичная ситуация в системе отопления, возникают так называемые «перетопы» и «недотопы», в связи с проектированием системы отопления на дни наиболее холодной пятидневки. Решением данной проблемы является установка частотно-регулируемых приводов. Мощность, производимая насосной установкой, будет соответствовать необходимой потребляемой мощности в системах. С помощью датчиков расхода и давления можно в режиме реального времени определять объем водопотребления, по этим данным с помощью микроконтроллера управлять производительностью привода насосной установки, запорно-регулирующей арматурой. В системе отопления автоматическое управление осуществляется по температурному графику, по значению температуры наружного воздуха либо непосредственно по температуре внутри помещения. Также регулируется расход теплоносителя, поступающего из ТЭЦ (при зависимой схеме отопления) либо расход теплоносителя, проходящего через теплообменник (при независимой схеме отопления). И в том и другом случае, автоматическое регулирование теплопроизводительности системы отопления, даст весомый экономический эффект, особенно в переходные периоды.


1. Инженерные сети, оборудование зданий и сооружений: Учебник - И 62 /Е. Н. Бухаркин, В. М. Овсянников, К. С. Орлов и др.; Под ред. Ю. П- Соснина.— М.: Высшая школа, 2001. — 415 с.

УДК 532.526 ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ТУРБУЛЕНТНЫЙ ПОТОК ПОСРЕДСТВОМ ДЕМПФИРУЮЩИХ ПОЛОСТЕЙ А.В. Чукалин

Ламинаризация течения, проявляющаяся в уменьшении турбулентных пульсаций и снижении турбулентного переноса в пограничном слое, имеет важное значение для техники, в частности, для решения задач снижения интенсивности теплоотдачи и сопротивления трения. Воздействие на пограничный слой посредством управления пристенной турбулентностью требует значительно меньших затрат, чем воздействие на весь поток в целом,

27

так как энергия турбулентных пульсаций мала по сравнению с энергией целого потока.

Экспериментально установлена возможность частичной ламинаризации турбулентного потока в перфорированной трубе с демпфирующими полостями, приводящей к уменьшению до 35% коэффициента сопротивления трения. Выявлено влияние количества перфорационных отверстий в демпфирующей полости на профиль скорости и сопротивление трения. По-видимому, впервые на возможность обратного перехода турбулентного течения в ламинарное (ламинаризации) под воздействием продольного отрицательного градиента давления указано в работе [1]. Дальнейшие исследования, обзор которых приведен в [2], показал, что ламинаризация в потоках с продольным отрицательным градиентом давления сопровождается существенным (до 35%) снижением интенсивности теплоотдачи и одновременным снижением сопротивления трения. Предложенная в работе [2] модель ламинаризации в потоках с различными воздействиями позволила предсказать возможность ее реализации и около перфорированных поверхностей с демпфирующими полостями. При этом, в отличие от ламинаризации под воздействием продольного отрицательного градиента давления здесь должно иметь место уменьшение как интенсивности теплоотдачи, так и сопротивления трения.

Анализируя механизм взаимодействия потока с демпфирующей полостью, можно предположить, что поток, движущийся со скоростью u, взаимодействует с полостью через перфорационные отверстия в обтекаемой поверхности (см. рис. 1). При этом турбулентные пульсации давления (и скорости) вблизи поверхности приводят к перетеканию некоторой массы газа m в полость и обратно. Из-за пружинящего эффекта полости (на рис. 1 символом k обозначена упругость эквивалентной пружины) турбулентные пульсации ослабляются, что приводит к уменьшению сопротивления трения потока (а также интенсивности тепло-, и массоотдачи) на обтекаемой поверхности.

Рис. 1. Схема демпфирующей полости

Каждая полость может сообщаться с потоком посредством нескольких отверстий. Однако, если расстояние между наиболее удаленными отверстиями меньше размера турбулентного образования, то механизм взаимодействия потока с полостью остается таким же, как и при одном отверстии. Если же расстояние между отверстиями существенно больше размера турбулентного образования, то с полостью будут взаимодействовать разные турбулентные образования, между пульсациями параметров в которых имеется фазовый сдвиг, что должно привести к снижению влияния демпфирующей полости на турбулентный перенос в пограничном слое. В работе [3] при изучении

28

сопротивления турбулентного потока в перфорированной трубе, содержащей демпфирующие полости, каждая из которых имела 5 отверстий диаметром 0,8 мм, наблюдалось снижение коэффициентов сопротивления трения на 10 – 13 % по сравнению с течением в непроницаемой трубе. При этом расстояние между наиболее удаленными отверстиями в каждой демпфирующей полости (равное 10 мм) соотносилось с размером энергосодержащих вихрей (макромасштабом турбулентности) как 8:1.

Основываясь на проведенных работах можно сделать вывод, что применение перфорированной поверхности с демпфирующими полостями является одним из наиболее эффективных способов управления пристенной турбулентностью. Взяв за основу экспериментальные данные, полученные в ходе выполнения исследований, посвящённых изучению пограничного слоя в потоках с интенсивным воздействием, разработаны устройства, с применением демпфирующих полостей:

1) Надроторное устройство осевого компрессора с демпфирующими полостями. Демпфирующие полости предназначенны для снижения пульсации давления потока воздуха, выходящего из надроторного устройства осевого турбокомпрессора на поверхность рабочих лопаток, для снижения их вибронапряженности при нестабильной работе компрессора, так же снижения сопротивления турбулентного трения в внетрактовой полости турбокомпрессора. В результате использования глухих демпфирующих полостей в корпусе надроторного устройства достигается расширение диапазона газодинамической устойчивости компрессора и аэроупрогой устойчивости его лопаток при сменных режимах работы осевого компрессора.

2) Глушитель шума с демпфирующими полостями. За счёт использования демпфирующих полостей, возможно снижение турбулентного трения на поверхности обтекаемой турбулентным газовым потоком, снижение теплоотдачи потока на обтекаемой перфорированной поверхности, повышение эффективности гашения звуковой волны в широком диапазоне частот и снижение аэродинамического сопротивления глушителя. Снижение трения турбулентного газового потока происходит за счет взаимодействия с демпфирующей полостью посредством перфорационного отверстия, расположенного на обтекаемой поверхности. Кроме того за счёт применения полостей в данном устройстве возможно снижение теплового напряжения поверхности, обтекаемой потоком газа, до 50%. За счёт этого значительно увеличится срок службы устройства и сохранится тепловая энергия потока для дальнейшего его использования. Кроме того, звуковые волны вместе с турбулентным потоком газа проходя по обтекаемой перфорированной поверхности, взаимодействуют с демпфирующими полостями для гашения пульсации, в результате чего энергия звуковой волны эффективно рассеивается в демпфирующих полостях, работающих (в данном случае) по принципу резонатора Гельмгольца. Применение демпфирующиех полостей в данном устройстве является наиболее перспективным, так как в ходе работы устройства проявляется многофункциональность демфирующих полостей, позволющих значительно повысить КПД устройства.

3) Газотурбинный двигатель. Демпфирующие полости раположенные на направляющих лопатках компрессора газотурбинного двигателя увеличат

29

запас газодинамической устойчивости компрессора газотурбинного двигателя, снизят сопротивление направляющих лопаток, повысят КПД газотурбинного двигателя. Суть устройства в следующем: в результате уменьшения расхода воздуха через компрессор или при локальном уменьшении скорости потока газотурбинного двигателя, а так же при возникновении помпажа, все эти случаи сопровождаются сильнейшими турбулентными пульсациями воздушного потока. При этом высокочастотные турбулентные пульсации давления (и скорости) вблизи перфорированной поверхности направляющих лопаток компрессора приведут к перетеканию некоторой массы газа m в демпфирующие полости и обратно через перфорационные отверстия. Из-за пружинящего эффекта в полости, турбулентные пульсации будут ослабевать, что приведет к снижению пульсаций воздушного потока при помпаже, в результате снизится вибронапряженность рабочих и направляющих лопаток. Также возможен перенос начала срыва потока воздуха со спинок направляющих лопаток во время резкого изменения нагрузки компрессора и как следствие, снижение сопротивления турбулентного трения потока на поверхности направляющих лопаток, что приведет к увеличению газодинамической устойчивости двигателя, повышению КПД компрессора и увеличению срока службы агрегата.

Исследуя методы воздействия на пограничный слой в потоках хочется отметить, что использование демпфирующих полостей, является наиболее эффективным способом, так как многие предлагаемые методы воздействия на пограничный слой затруднительно распростарнить за пределы исследовательнской лаборатории, эффективность других не подтверждена экспериментально и отсутствуют количественные данные по снижению трения. Имея экспериментально подтвержденные данные об эффективности демпфирующих полостей, необходимо провести более расширенные исследование воздействия демпфирующих полостей на пограничный слой, с целью получения систематизированных фундаментальных знаний для определения наиболее выгодных областей применения данных устройств, предназначенных для снижения энергетических затрат в процессе производства и эксплуатации оборудования.


1. Дейч М.Е., Лазарев Л.Я. Исследование перехода турбулентного пограничного слоя в ламинарный // Инженерно-физический журнал. 1964. Т.7. №4. С. 18 – 24.

2. Ковальногов Н.Н. Пограничный слой в потоках с интенсивными воздействиями. Ульяновск: УлГТУ. 1996. 246 с.

3. Ковальногов Н.Н., Жуховицкий Д.Л, Хахалева Л.В. и др. Снижение сопротивления трения турбулентных газовых потоков в каналах и на поверхностях // Вестник УлГТУ. 1998. Вып. №4. С. 109 – 113.

30

УДК 744:681.3 РАЗРАБОТКА СБОРНИКОВ ЗАДАНИЙ К РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИМ РАБОТАМ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЧЕРТЕЖЕЙ «РАЗРЕЗЫ» И «СЕЧЕНИЯ» ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА А.В. Рандин

В процессе подготовки бакалавров по направлениям энергетического

факультета важнейшая роль принадлежит дисциплине «Инженерная графика». Она является начальной ступенью конструкторско-технологической подготовки бакалавров, играет главную роль в формировании и развитии графической грамотности студентов, в приобретении ими знаний, умений и навыков, необходимых для чтения и выполнения технических чертежей изделий. Она формирует и расширяет общетехнический кругозор студентов, развивает их техническое, абстрактное и творческое мышление, наблюдательность, пространственные представления, аккуратность, способствует сознательному усвоению смежных дисциплин.

Основная цель дисциплины «Инженерная графика» – вооружить будущих бакалавров совокупностью теоретических знаний, профессиональных умений и навыков в области инженерной графики, обеспечивающих чтение и выполнение технических чертежей изделий, широту научно-технического кругозора, успешное познание смежных дисциплин, квалифицированную самостоятельную профессиональную деятельность.

Предметом дисциплины являются геометрические методы и способы построения и выполнения изображений пространственных объектов на плоскости с соблюдением принципов проектирования и конструирования, норм и правил Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

Одной из главных задач рассматриваемой дисциплины является формирование и развитие пространственного восприятия, пространственной памяти, пространственного воображения и пространственного конструктивно-геометрического мышления студентов - способностей личности, необходимых для созидательной и технологической деятельности.

Основным руководящим документом при изучении дисциплины должна быть рабочая учебная программа. Приступая к изучению дисциплины, следует внимательно ознакомиться с содержанием тем рабочей программы, с составом и тематикой занятий и расчетно-графических работ (РГР). Это позволит представить объем и содержание семестровой самостоятельной работы, последовательность и сроки ее выполнения.

Основным этапом подготовки к выполнению чертежей РГР и экзамену является изучение учебного материала по учебной и методической литературе. Работа над книгой – основной вид самостоятельной работы в процессе познания научно-технической информации по каждой теме дисциплины.

В основе методов обучения инженерной графике лежит самостоятельная графическая деятельность студентов, реализуемая посредством выполнения РГР. Самостоятельное решение разнообразных графических задач обеспечивает студентам закрепление теоретического материала, углубленное изучение государственных стандартов ЕСКД, формирование графических знаний, умений и навыков, развитие познавательных интересов, инициативы, творческих способностей и творческого мышления.

Главными руководящими литературными источниками при выполнении РГР являются учебники, справочная литература и стандарты ЕСКД. Кроме того,

31

кафедрой «Основы проектирования машин и инженерная графика» изданы комплекс частных методик и образцы решения типовых задач, что обеспечивает студентам возможность самостоятельной разработки чертежей РГР. Выполнению РГР должно предшествовать изучение перечисленных источников.

Учебный процесс по дисциплине «Инженерная графика» требует наличия у студента разнообразных чертежных инструментов и принадлежностей, а также умений правильно пользоваться ими при выполнении РГР. Такие условия, а также хорошая организация труда в значительной мере определяют качество графических разработок, снижают затраты времени на выполнение РГР.

Качество оформления чертежей должно соответствовать требованиям стандартов ЕСКД. Чертежи РГР должны отличаться высокой точностью, аккуратностью и четкостью исполнения. В учебной практике сложилась рациональная технология разработки чертежей РГР, обеспечивающая их качество в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД. Исходя из опыта, каждый чертеж РГР рекомендуется выполнять в два этапа: выполнение чертежа в тонких линиях; обводка чертежа.

На кафедре «Основы проектирования машин и инженерная графика» разработаны сборники заданий, содержащие варианты заданий к РГР по инженерной графике, выполняемым в первом семестре студентами энергетического факультета.

Задания, относящиеся к одному варианту, имеют одинаковый номер. Номер варианта задания, выполняемого студентом, соответствует его порядковому номеру в групповом журнале.

В соответствии с рабочей программой дисциплины «Инженерная графика», студенты энергетического факультета в первом семестре выполняют, среди других чертежей РГР, чертежи «Сечения» и «Разрезы». Все чертежи выполняются на листах формата А3 (297×420 мм).

Цель разработки чертежа «Сечения» – закрепить знания материала, относящегося к построению сечений; приобрести навыки работы со справочными материалами и государственными стандартами.

Содержание работы: выполнить в масштабе 2:1 вид спереди вала и три поперечных сечения, расположив их различными способами (симметричное, вынесенное по линии секущей плоскости и вынесенное на место вида слева; наложенное), нанести размеры.

Задание выполняется на компьютере. Изображения с размерами и обозначениями должны занимать приблизительно 70% поля чертежа.

В вариантах заданий, имеющих нечетные номера (1, 3 и т. д.), вал имеет сквозное цилиндрическое отверстие, а в вариантах заданий, имеющих четные номера (2, 4 и т. д.), – сквозное коническое отверстие.

Цель разработки чертежа «Разрезы» – закрепить знания материала, относящегося к построению разрезов; приобрести навыки работы со справочными материалами и государственными стандартами.

Содержание работы: выполнить в масштабе 1:1 виды сверху и слева и ступенчатый разрез на месте вида спереди предмета, нанести размеры.

Сборники заданий содержат варианты заданий к РГР, сведения о составе чертежей, методику выполнения заданий, требования, предъявляемые к оформлению чертежей, и образцы их выполнения.

32

Разработанные сборники заданий изданы и используются в учебном процессе.

Посещение консультаций – одна из форм самостоятельной работы студентов при изучении дисциплины «Инженерная графика». Консультации проводятся по специальному расписанию в течение семестра, а также перед экзаменом. Расписание консультаций вывешивается на специальном стенде кафедры.

На консультации необходимо приносить все выполненные чертежи РГР для их проверки преподавателем. Чертежи РГР проверяются также на практических занятиях.

Проводя проверку любого чертежа, преподаватель кратко характеризует достоинства чертежа, отмечает правильно выполненные графические построения, надписи и т. п., указывает студенту все ошибки, нарушения и отступления от правил, норм и стандартов, указывает на небрежности в графическом оформлении, если они имеют место, формулирует замечания по не вполне точным графическим построениям и надписям, дает рекомендации студенту по совершенствованию графических знаний, умений и навыков, изучению недоработанных вопросов по литературе, направляет внимание студента на дальнейшее углубление теоретических знаний и совершенствование качества графики. В случае необходимости полной или частичной переделки чертежа или его доработки преподаватель четко формулирует все требования, которые должен выполнить студент.

Окончательно выполненный чертеж представляется студентом преподавателю к сдаче, где студенту предлагается защитить его – объяснить методику решения задач, доказать правильность построений и их соответствие стандартам ЕСКД, показать умение читать изображения, обозначения, надписи и т. п. Защищают чертеж перед преподавателем в соответствии с графиком выполнения РГР.

Оценка чертежа учитывает знания студента и качество графического оформления. Если студент не показывает знания в процессе защиты, чертеж не принимается, студенту предлагается повысить свои знания путем изучения литературных источников.

Если чертеж, представленный к защите, не соответствует закрепленному за студентом варианту задания или выполнен не самостоятельно, то он изымается преподавателем. Студенту выставляется неудовлетворительная оценка. При этом новый вариант задания выдается с разрешения заведующего кафедрой.

После защиты чертеж, принятый преподавателем, сохраняется до окончания семестра, а затем включается в подшивку РГР.

Таким образом, в результате приема преподавателем всего комплекта чертежей РГР студент получает совокупность оценок, по которым и определяется средняя оценка за семестр по этому виду самостоятельной графической деятельности.

Студентам следует внимательно изучать примеры выполнения РГР, имеющиеся на стендах в учебных аудиториях. В случае возникновения трудностей при изучении какого-либо вопроса дисциплины студентам следует задавать преподавателю вопросы.

Межсессионная аттестация проводится в сроки, установленные графиком учебного процесса университета. Основной целью аттестации является контроль за самостоятельной работой студентов и эффективностью их работы

33

на лекционных и практических занятиях. Оценивается уровень усвоения материала, объем и качество выполнения плановых РГР и домашних заданий, состояние и качество ведения конспекта лекций, уровень текущей успеваемости.

УДК 656.1 МОДЕРНИЗАЦИЯ АВТОМОБИЛЯ «БАГГИ» А.В.Демокритова, Р.А. Владимиров

История началась в 1904 году, когда инженер и предприниматель Брюс

Майерс придумал забавное багги: он взял шасси от классического фольксвагеновского «Жука» и накрыл его легким открытым фибергласовым кузовом собственной разработки. Получился доступный и вместе с тем оригинальный пляжный автомобильчик под названием «Myers Manx», Который и по сегодняшнее время модернизируется.

Впервые багги появились в 1950-е годы в США. Для изготовления первых

багги обычно использовались вышедшие из употребления автомобили Фольксваген Жук. От уменьшительной формы американского названия Фольксвагена "Жука" - Volkswagen Bug и произошло название "buggy", то есть "жучок". С автомобиля снимались кузов, двери и крылья, в качестве несущей структуры устанавливалась облегченная рама или стекловолоконный кузов, или оставлялась урезанная версия штатного кузова. Благодаря проходимости и прочности шасси "Жука", его высокому дорожному просвету, отсутствию радиатора, заднему расположению двигателя этот автомобиль идеально подходил для производства багги. Также способствовала популярности и вседоступности этого автомобиля.

Многие любители багги устанавливали взамен штатного двигателя "Жука" 6-цилиндровые двигатели от Chevrolet Corvair.

34

С использованием турбонаддува мощность могла быть увеличена до 180 л. с. Стихийные соревнования стали иногда вырастать в грандиозные автокросс-шоу. Популярность багги росла и вскоре перешагнула границы США. В Европе выпуском этих машин занималась итальянская компания Autozodiaco. В настоящее время массовая популярность багги упала - связано это, в первую очередь, с распространением квадроциклов. Сохранившиеся образцы основного донора агрегатов - Volkswagen Beetle- зачастую сами по себе представляют немалую ценность. Изготовление багги является сейчас в основном предметом технического творчества. Используются при этом как правило, детали внедорожников. Иностранные фирмы также выпускают детали для самостоятельного изготовления багги - стеклопластиковые кузова, стекла, светотехнику, обвесы, дуги безопасности и др.

Макет автомобиля «Багги» (рис. 1) состоит из каркаса 6, изготовленного из медной проволоки, на котором установлены 3 параллельно подсоединенных радиатора 1; двигателя с задним расположением 4 и размещенным на нем фильтром грубой очистки 5; выхлопной системы 2, задней подвески на двойных поперечных рычагах 3; рулевой колонки 7; передней подвески на двойных поперечных рычагах и передней защиты 9.

Применение указанной модели

позволило наглядно продемонстрировать расположение основных узлов и агрегатов, показать ход рабочей подвески.

Представленный макет можно использовать для демонстрации на научно-технических конференциях, а также для учебных целей.

На макете изготовлена полностью независимая подвеска всех колес на двойных поперечных рычагах с телескопическими стойками (амортизаторами). На иллюстрациях, размещенных ниже, можно увидеть ход работы данной подвески. Преимущества перед известными аналогами: более совершенная конструкция кузова, передняя и задняя подвеска на двойных поперечных рычагах, которая отличается от аналогов выносливостью, прочностью конструкции, ремонтопригодностью и высокими эксплуатационными качествами; более совершенная и эффективная система охлаждения, состоящая из 3-х радиаторов, выгодно отличается от единичного

радиатора большей площадью охлаждаемого элемента, тем самым

предотвращая перегрев двигателя, работающего под высокими нагрузками, а также в тяжелых погодных условиях.

35

Использование заднего привода (в отличие от полного) уменьшает массу автомобиля и позволяет снизить механические потери. Установка более широких покрышек дает преимущество на бездорожье, увеличивая площадь соприкосновения колеса с поверхностью и в то же время уменьшая давление на почву.

Еще одно преимущество – малый вес неподрессоренных масс. Неподрессоренной массой считается вес всех элементов подвески (в том числе и вес колеса). Чем меньше вес, тем лучше подвеска работает, легче гасятся колебания, дольше «жизнь» элементов подвески.

Нормальное состояние стойки амортизатора и рычагов. Сжатая стойка амортизатора.

Рис. 2. Максимальный ход рабочей задней подвески.

Рис. 3. «Вид задней подвески» (строение)

36

УДК 681.3.06 КОМПОНОВКА ОДНОСТУПЕНЧАТОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕДУКТОРА В КОМПАСЕ 3D С.И. Гусев, А.В. Олешкевич

Построение трехмерной модели одноступенчатого цилиндрического редуктора в компасе 3D разработано в рамках учебного процесса по дисциплине "Детали машин и основы конструирования".

Рассмотрим поэтапно процесс построения трехмерной модели редуктора. Выбираем способ построения – снизу вверх, то есть вначале создаются по очереди все модели деталей, составляющих редуктор, после чего они собираются в один узел (рис.1).

Рис.1. 3D модель одноступенчатого цилиндрического редуктора

Начинаем с создания зубчатой передачи. Моделируем заготовку колеса с

помощью операции вращения, потом вырезаем шпоночный паз и отверстия в диске. Полученная модель заготовки колеса показана на рис.2.

Рис.2. Модель колеса без зубчатого венца

Далее переходим к самому сложному этапу - моделированию зубчатого

венца колеса. Для формирования зубьев колеса выбираем на панели управления «менеджер библиотек», затем, выбираем раздел: расчет и построение, после этого выбираем валы и механические передачи 3D. Производим геометрический расчет (рис.3-4.), дожидаемся появления результатов проверки внесенных данных системой, если все в норме, то нажимаем кнопку: завершить расчеты.

37

Рис.3. Рис.4.

Рис.5. 3D-модель косозубого зубчатого колеса

На втором этапе разрабатывается модель ведомого вала редуктора, то есть

того вала, на котором будет размещаться смоделированное зубчатое колесо. Любой вал – это тело вращения, поэтому в качестве базовой формообразующей операции при моделировании вала используем операцию вращения. В месте посадки колеса и на концевом участке вала вырезаем шпоночный паз.

Ведущий вал и зубчатую шестерню в редукторе моделируем совместно как одно целое. Создание детали вал-шестерня происходит по аналогии моделирования отдельного зубчатого колеса и вала. Эскиз ведущего вала-шестерни получаем операцией вращение (рис.6).

Рис. 6. Эскиз контура ведущего вала-шестерни

38

Далее приступаем к построению зубчатого венца. Порядок его формирования не отличается от создания зубчатого колеса: выбираем на панели управления «менеджер библиотек», затем выбираем раздел расчет и построение, после этого выбираем валы и механические передачи 3D. Производим геометрический расчет (рис.3-4.), дожидаемся появления результатов проверки внесенных данных системой, если все в норме, то нажимаем кнопку: завершить расчеты.

Рис. 7. 3D-модель ведущего вала-шестерни

Корпусные детали редуктора (основание и крышка) весьма сложны для

моделирования из-за наличия различных конструктивных элементов: опорных лап, фланцев, бобышек, отверстий под крепежные болты и т. п. Поэтому в рамках учебного процесса в проектировании редуктора принимается базовая модель корпуса редуктора, представленная на рис. 8.

Рис. 8. 3D-модель корпуса редуктора Создав все модели деталей, составляющих редуктор, совершается его

сборка (см.рис.1). При этом подшипники качения, на которых устанавливаются валы, берутся из библиотеки стандартных изделий. В компасе 3D есть возможность посмотреть, как работает редуктор и передается движение между валами, включив анимацию.

39

УДК 66.021.3/4 СИСТЕМА НЕПРЯМОГО СУХОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ А.Ю. Батюков

Традиционные методы охлаждения на электростанциях - это чрезвычайно водоемкие процессы: такое охлаждение требует использования больших естественных водоемов (океан, море, большая река), а сброс тепла в них вызывает тепловое загрязнение окружающей среды. Испарительные (мокрые) градирни требуют также значительных объемов подпиточной воды: электростанция мощности 100 МВт нуждается в количестве воды, эквивалентном потребителю города с населением 50 000 жителей. Кроме того, испарительные градирни выбрасывают клубы насыщенных паров и загрязнения, сконцентрированные в охлаждающей воде, а это также наносит ущерб окружающей среде.

Существующие сухие и надежные мокросухие методы охлаждения предлагают все более осуществимые альтернативные решения. Эмитируя только тепло и чистый воздух, они не оказывают отрицательного воздействия на окружающую среду и в то же самое время освобождает электростанцию от зависимости от водных ресурсов.

В регионах, недостаточно обеспеченных водой, на выбор между испарительной и сухой системами охлаждения, кроме вопросов загрязнения окружающей среды, существенным образом воздействуют экономические соображения. Наиболее важным фактором, влияющим на принятые решения, является стоимость подпиточной воды градирни. В этих регионах электростанциях соперничают за ограниченные ресурсы воды с расширяющимися промышленными предприятиями и сельским хозяйством. Выбор в пользу электростанций с водосберегающей системой охлаждения обеспечивает возможность нормального развития целого региона при одновременном сохранении воды для будущего экономического роста [1].

Существует два типа одинаково оправданных сухих систем охлаждения - прямая и непрямая. Некоторые современные разработки, особенно с непрямой системой сухого охлаждения, существенно улучшили экономическую эффективность сухого охлаждения по сравнению с испарительной системой охлаждения. На долю непрямой системы охлаждения (известной как система ГЕЛЛЕР, названной так в честь профессора Геллера, основателя компании ЭГИ) приходится почти половина суммарной мощности сухого охлаждения в мире. В настоящее время уже имеются электростанции, где отвод тепла обеспечивается полностью сухими/орошаемыми охладителями HEAD, целью которых является увеличение мощности охлаждения в летний период за счет использования небольшого дополнительного количества воды [1].

Несмотря на то, что имеется несколько типов систем охлаждения электростанций, спрос на экологически выгодные, экономящие воду системы сухого охлаждения постоянно возрастает. Прямоточные системы охлаждения нуждаются в крупных водоемах, таких как реки, озера и водохранилища, а отводимое тепло создает экологические проблемы.

Для систем охлаждения испарительного типа необходимо значительное количество добавочной воды. Дренажные стоки с высокой концентрацией солей также способствуют загрязнению природных водоемов. Кроме того, туман, образуемый испарительными градирнями, оказывает отрицательное воздействие на окружающую среду.

40

Сухое охлаждение обеспечивает отличное решение проблем недостатка воды и экологического ущерба. Такая система выбрасывает только теплый и чистый воздух, который не вызывает необратимых процессов в окружающей среде и дает возможность сооружать электростанцию в отдаленных от источников воды местах. Независимость от источников воды может не только уменьшить затраты на систему охлаждения, но и облегчит получение согласия населения на строительство электростанции [2]

Увеличение спроса на водо - сберегающие системы охлаждения отмечается рядом специалистов по проектированию градирен, и к настоящему времени в основном закончены разработки и находят широкое применение два различных типа систем сухого охлаждения:

- непрямая система сухого охлаждения, известная как система ГЕЛЛЕР; - прямая система - воздушно-охладительный конденсатор [3]. С момента ее рождения в 40-х годах и до настоящего времени система

ГЕЛЛЕР прошла большой путь, и теперь она находит применение в любом климате от полюсов до тропиков, а ассортимент технических решений обеспечивает построение экономичной, надежной и комплексной системы сухого охлаждения.

Система ГЕЛЛЕР способна работать с градирнями с естественной тягой (рис. 1) и принудительной тягой (рис. 2.), при этом предпочтение отдается варианту градирни с естественной тягой.

Рис. 1. Система ГЕЛЛЕР с естественной тягой

Эта система имеет уникальные преимущества по сравнению с системой

сухого охлаждения с принудительной тягой, которые состоят в следующем: - применение градирни с естественной тягой для сухого охлаждения (вариант с естественной тягой апробирован исключительно с системой ГЕЛЛЕР) радикально сокращает паразитные потери энергии (отсутствует необходимость

41

применения вентиляторов), тем самым повышается эффективность генерирования энергии на 1,5-2 % по сравнению с градирнями с принудительной тягой; - единственными вращающимися компонентами системы являются насосы циркуляции охлаждающей воды, потребность в регулярном техническом обслуживании которых исключительно мала по сравнению с градирнями с принудительной тягой; - звуковая эмиссия практически равна нулю по сравнению с градирней с принудительной тягой; - рециркуляция теплового воздуха от устья градирни к ее входу, которая наблюдается в ветреную погоду у градирни с принудительной тягой, исключена в системе ГЕЛЛЕР с естественной тягой [3].

Рис. 2. Система ГЕЛЛЕР с принудительной тягой

Применение в энергетике морально устаревшего технологического

оборудования, такого как испарительные градирни (в сочетании с конденсаторами поверхностного типа), приводит к следующим потерям, снижающим экономичность энергетической установки, в целом:

- пережог топлива по причине ухудшения теплопередающих свойств, засорения трубчатой системы конденсаторов турбин;

- пережог топлива из-за недоохлаждения циркуляционной воды в испарительных градирнях по причине низкой надежности и систематического засорения и выхода из строя тепломассообменного оборудования градирни [4];

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Сабо 3. Прогрессивная система непрямого сухого охлаждения // Энергетик. Специальный выпуск. 2000. с. 8-12. 2. Лаптев А.Г., Ведьгаева И.А. Устройство и расчет промышленных градирен: Монография. Казань: КГЭУ, 2004. – 180 с.

42

3. Балог А., Такач З. Непрямая система сухого охлаждения для современных электрических станций // Энергетик. Специальный выпуск. 2002. с.13-21. 4.Гайнутдинов Р.Ш. К тепловому расчету в поверхностных теплообменниках // Вестник Каз. технол. ун-та. 2011.№2. с.58-62. УДК 621.923 РАСЧЕТ СИЛ РЕЗАНИЯ ПРИ ПЛОСКОМ ШЛИФОВАНИИ ЗАГОТОВОК КОМПОЗИЦИОННЫМИ ШЛИФОВАЛЬНЫМИ КРУГАМ О.Г. Крупенников, Е.С. Мотлях

Наиболее широкое применение в машиностроении нашли следующие

типы шлифовальных кругов (ШК): – стандартный (СК); – прерывистый (ПШК); – композиционный (КШК). Коллективом авторов разработана математическая модель, позволяющая

рассчитать силовую напряженность процесса плоского маятникового шлифования всеми приведенными типами ШК, которую оценивали по

радиальной yP и тангенциальной (касательной) zP составляющим силы

шлифования. Радиальную силу резания с можно представить в следующем виде [1, 2]:

к

сэyг

к

сэyмпсy H

HP

S

SPKP 11 , (1)

где yмP – механическая составляющая радиальной силы резания yP , Н; yгP –

гидродинамическая составляющая радиальной силы резания yP , Н; псK –

коэффициент передачи силы; сэS – площадь периферии круга, занимаемая

смазочными элементами: сэсэсэсэ NLHS [2], м2; кS – площадь периферии

сплошного ШК, м2; сэH – высота смазочного элемента на периферии круга, м; кH – высота сплошного шлифовального круга, м.

Силу zP представим в виде суммы соответствующих составляющих от всех зерен (режущих и пластически деформирующих), контактирующих с заготовкой [3]:

,1)( 2121 пск

сэzдzдzpzpz K

S

SPPPPP

где 1zpP , 2zpP – касательные составляющие силы шлифования, обусловленные

соответственно микрорезанием материала заготовки и трением режущих АЗ о заготовку, Н;

1zдP , 2zдP – составляющие силы шлифования, обусловленные

соответственно пластическим деформированием материала заготовки и трением пластически деформирующих АЗ о заготовку.

В результате преобразований получены следующие зависимости:

DBkP pszzp 1 ,

43

где zk – коэффициент [1]; s – напряжение сдвига при микрорезании зерном

материала заготовки, Па; pB , D – составляющие:

;3

)(2

)76(23

222

222 кикиpикpи

кpиpикpи

lhlhChlCh

lAChChlChD

;1 кзкp cntgB

ккк

mпрs

lnD

lVA

maxsin;

ирсрикрp hhaC ,

где 1zкn – число зерен на поверхности круга в сечении его плоскостью,

параллельной оси круга, 1/м; иh – суммарная величина скалывания зерен при

правке и размерного износа ШК, м; кl – длина дуги контакта ШК с заготовкой,

м; прsV – скорость продольной подачи, м/мин; ml – среднее расстояние между

режущими АЗ, м; кD – диаметр ШК, м; ирсрh – износ АЗ, осуществляющих

микрорезание, м; крa – критическая глубина микрорезания, м; кc – коэффициент

[3].

2

2

02к

киspzplA

lhDP ;

s

кзкzpp

cnklD

121

22

,

где 0 – коэффициент трения АЗ о заготовку; рl2 – размер площадки

затупления режущего АЗ, м; s – коэффициент внутреннего трения.

2

2

01 3)cossin( идср

кркркдzд h

aalBP ;

21 tgcnc

B кзктд

,

где – половина угла при вершине АЗ, град.; идсрh – износ АЗ,

осуществляющих пластическое деформирование, м; т – предел текучести

материала заготовки, м; c – коэффициент [3].

ккрдтzд laDcP 02 ;

12

22 кзкдz

дcnlk

D

,

где дl2 – размер площадки затупления пластически деформирующего АЗ, м; зкn

– число зерен на поверхности круга, ограниченной размерами контактной зоны.

44

Коэффициент передачи силы псK , входящий в зависимость (1),

определяли следующим образом [2]: 2

221

p

nK дпс ,

где д – коэффициент динамичности; – угловая частота колебаний

шлифовального круга, с-1; p – собственная частота колебаний шлифовального круга, с-1; n – коэффициент демпфирования, с-1.

На рис. 1, 2 приведены результаты расчета сил yP (рис. 1) и zP (рис. 2) по

разработанной модели.

Рис. 1. Зависимость радиальной yP составляющей силы шлифования от

длины смазочных элементов (СЭ) по периферии ШК сэL : 1-3 – соответственно

сэL = 8; 16; 24 мм; материал заготовки – 08Х18Н9Т; число СЭ на периферии

сэN = 16; круг – 1 - 250´20´76 24А F90 K 7 V; материал СЭ – Фенольные смолы +

Нитрид бора (коэффициент трения тр = 0,148) [2]

Рис. 2. Зависимость касательной zP составляющей силы шлифования

от сэN : 1-3 – соответственно сэN = 8; 16; 24 шт; сэL = 10 мм; остальные условия

см. в надписи к рис. 1

45

Таким образом, полученная математическая модель позволяет рассчитать

значения радиальной yP и касательной zP составляющих силы резания при

шлифовании СК, ПШК и КШК с учетом типоразмера круга, его конструктивных параметров, материала заготовки, режимов шлифования и др.


1. Ефимов В. В. Модель процесса шлифования с применением СОЖ. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та. – 1992. – 132 с. 2. Крупенников О.Г. Разработка математической модели силовой напряженности процесса шлифования заготовок абразивными кругами / Крупенников О.Г., Улитин С.И. // Технологическое обеспечение машиностроительных производств: сб. науч. тр. I международной заочной научно-технической конференции / под ред. В.И. Гузеева и А.А. Дьяконова. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2014. – С. 551 - 555 3. Унянин, А. Н. Научное и технологическое обеспечение шлифования заготовок из пластичных сталей и сплавов с предотвращением засаливания абразивных кругов. Дисс. … д-р. техн. наук: 05.03.01 / Ульяновск: УлГТУ, 2006. – 503 с. УДК 621.923 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОСИЛОВОЙ НАПРЯЖЕННОСТИ ПРОЦЕССА ПЛОСКОГО ШЛИФОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫМИ ШЛИФОВАЛЬНЫМИ КРУГАМИ С.И. Улитин, Е.С. Мотлях

Шлифование – теплонапряженный процесс, важнейшие показатели

которого в значительной степени определяются сопровождающими его тепловыми явлениями. В связи с этим проблеме математического моделирования теплофизики процесса шлифования всегда уделялось значительное внимание.

В настоящее время перспективным является применение на операциях абразивной обработки композиционных шлифовальных кругов (КШК), поэтому актуальной является задача моделирования теплосиловой напряженности шлифования именно такими кругами.

Как известно, теплонапряженность процесса шлифования зависит от

значения тангенциальной zP составляющей силы резания. Представим силу zP в виде суммы соответствующих составляющих от всех зерен (режущих и пластически деформирующих), контактирующих с заготовкой [1]:

,2121 zдzдzpzpz PPPPP

где 1zpP , 2zpP – касательные составляющие силы шлифования, обусловленные

соответственно микрорезанием материала заготовки и трением режущих АЗ о заготовку, Н;

1zдP , 2zдP – составляющие силы шлифования, обусловленные

соответственно пластическим деформированием материала заготовки и трением пластически деформирующих АЗ о заготовку.

После ряда вычислений и преобразований получили

46

кркд

ккиsppszz alB

lAlhDDBkP )cossin(

2 0

2

0

ккрдтидср

крlaDch

a0

22

3 пск

сэ KS

S

1 , (1)

где zk – коэффициент [1]; s – напряжение сдвига при микрорезании зерном

материала заготовки, Па; 0 – коэффициент трения АЗ о заготовку; иh –

суммарная величина скалывания зерен при правке и размерного износа ШК,

м; кl – длина дуги контакта ШК с заготовкой, м; – половина угла при вершине

АЗ, град.; крa – критическая глубина микрорезания, м; идсрh – износ АЗ,

осуществляющих пластическое деформирование, м; c – коэффициент [1]; т –

предел текучести материала заготовки, м; D , A , pB , дD , дB , pD –

составляющие зависимости [1]; сэS – площадь периферии круга, занимаемая

смазочными элементами, м2; кS – площадь периферии сплошного ШК, м2; псK – коэффициент передачи силы [2].

сэсэсэсэ NLHS ; HDS кк ,

где сэH – высота смазочного элемента (СЭ) на периферии ШК, м; сэL – длина

СЭ по периферии ШК, м; сэN – число СЭ на периферии ШК, шт.; кD – диаметр

ШК, м; H – высота ШК, м.

Рассчитав по зависимости (1) значение силы zP , определяем поверхностную плотность теплового потока q , выделившегося в зоне контакта:

S

VPq кz ,

где кV – скорость вращения ШК, м/с; S – площадь контакта ШК с заготовкой, м2. В результате получаем возможность оценить температурное поле в

заготовке при шлифовании ее стандартным кругом (СК), прерывистым (ПШК) или КШК [3]:

n

k

ktkctktkctifkctif

kctkctif ta

ta

herf

aqxT

0

)),,(,0,(

),0,( )(

)(42

2),(

)(

),,(1

)(4exp 1

2ta

tktif

ta

x kc

)(),,(

)(41 1 ta

tktif

ta

xerf kc

47

dttatktif

ta

x kc

21 )(

),,()(4

exp

, (2)

где a – коэффициент температуропроводности, мм2/с; – коэффициент

теплопроводности материала заготовки, Ссмм

Дж

; k – номер цикла нагрева-

охлаждения; kt – время контакта (резания выступом ШК), с; сt – время цикла

нагрева-охлаждения заготовки, с; – коэффициент теплоотдачи, Ссмм

Дж2

;

x – глубина измерения температуры слоя, мм; h – значение, равное половине высоты ШК, мм.

Ниже приведены результаты расчета температурного поля заготовки при ее шлифовании различными кругами (рис. 1) и для различных глубин измерения – x = 0, x = 0,025 и x = 0,05 мм (рис. 2).

Таким образом, коллективом авторов разработана математическая модель теплосиловой напряженности шлифования СК, ПШК и КШК, позволяющая рассчитать температурное поле в заготовке на различных глубинах с возможностью варьирования коэффициентом теплоотдачи в зоне контакта и вне ее.

Рис. 1. Сравнение температур нагрева поверхности заготовки из стали 40Х

при шлифовании ее различными кругами: материал СЭ – КШК1 (Фенольные смолы + Нитрид бора ( 0,148)); КШК2 (ЛИТОЛ-24 + омедненный графит( 0,03))

48

Рис. 2. Сравнение температур нагрева поверхности заготовки из стали 40Х

с температурами, измеренными на различных ее глубинах, при шлифовании КШК


1. Унянин, А. Н. Научное и технологическое обеспечение шлифования заготовок

из пластичных сталей и сплавов с предотвращением засаливания абразивных кругов. Дисс. … д-р. техн. наук: 05.03.01 / Ульяновск: УлГТУ, 2006. – 503 с.

2. Крупенников О.Г. Разработка математической модели силовой напряженности процесса шлифования заготовок абразивными кругами / Крупенников О.Г., Улитин С.И. // Технологическое обеспечение машиностроительных производств: сб. науч. тр. I международной заочной научно-технической конференции / под ред. В.И. Гузеева и А.А. Дьяконова. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2014. – С. 551-555

3. Сизый Ю. А. Теплонапряженность процесса круглого прерывистого шлифования с охлаждением / Ю. А. Сизый, А. В. Фесенко, Ю. Н. Любимый // Вестник Нац. техн. ун-та "ХПИ" : сб. науч. тр. Темат. вып. : Технологии в машиностроении. – Харьков : НТУ "ХПИ". – 2010. – № 40. – С. 94-103.

49

УДК 621.9.048.4 ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ НОВЫХ СПОСОБОВ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ВЫРЕЗАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ПРЕЦИЗИОННОЙ ТОЧНОСТИ НА СТАНКАХ С ЧПУ Д.В. Кравченко

Электроэрозионное вырезание является одной из разновидностей электрофизических и электрохимических методов размерной обработки заготовок, которые находят широкое применение в машиностроительных производствах и рассматриваются как альтернативные в сопоставлении с традиционными методами лезвийной и абразивной обработки. Исходя из этого, важной задачей является оценка обеспечения заданной точности и технико-экономической эффективности этих методов, в том числе, электроэрозионного вырезания на станках с ЧПУ.

При электроэрозионном вырезании, исходя из специфики протекания процесса обработки, образуются уклоны боковых формообразуемых поверхностей изделий, наличие которых в большинстве случаев недопустимо. Это особенно важно для сложнопрофильных изделий прецизионной точности, например, прямозубых эвольвентных зубчатых колес повышенной точности, изделий матричной и штамповой оснастки, копиров, шаблонов, лекал, инструментов для высадки и выдавливания, подвергаемых такому виду обработки. В зависимости от показателей электрического режима электроэрозионного вырезания, диаметра проволочного электрода-инструмента и толщины обрабатываемой заготовки, величина уклона может изменяться от нескольких минут до одного градуса. Появление уклонов, как погрешности обработки, обусловлено возникающей электрической эрозией проволочного электрода-инструмента в зоне обработки (межэлектродном пространстве), т.е. его изменяющимися размерами (диаметр калиброванной проволоки в поперечном сечении на входе и на выходе из зоны обработки при его перемотке).

Учитывая вышесказанное, можно предложить несколько технологических приемов (способов) электроэрозионного вырезания, практическая реализация которых позволит минимизировать вероятность возникновения уклонов боковых формообразуемых поверхностей изделий (охватывающей – внутренней для матрицы либо охватываемой – наружной для пуансона), т.е. получить изделие с вертикальными боковыми исполнительными поверхностями в пределах жесткого допуска на отклонение от перпендикулярности относительно установочной поверхности заготовки в виде пластины.

В рамках первого (№1) технологического приема (способа) [1] электроэрозионное вырезание изделия проволочным электродом-инструментом осуществляется в два установа (А и Б).

В рамках установа А – по заданной траектории проволочным электродом-инструментом базовым (стандартным) способом осуществляется формообразование боковой исполнительной поверхности. При этом неизбежно, исходя из специфики процесса, возникает уклон боковой формообразуемой поверхности.

В рамках установа Б – заготовка переворачивается и осуществляется повторная обработка заданной боковой поверхности при прочих равных условиях по той же траектории, только в обратном направлении. При этом обеспечивается выравнивание боковой поверхности по вертикали и

50

существенно уменьшается уклон этой поверхности, образующийся на установе А.

В рамках второго (№2) технологического приема (способа) [2] вырезание осуществляется в два перехода.

В рамках первого перехода – выполняется формообразование требуемой боковой поверхности базовым (стандартным) способом при направлении подачи (перемотки) электрода-инструмента в зону обработки, например, снизу-вверх.

В рамках второго перехода – не изменяя положения заготовки и предварительно изменив направление подачи (перемотки) электрода-инструмента в зону обработки на противоположное, т.е. сверху-вниз, осуществляется повторная обработка той же поверхности, только в обратном направлении, благодаря этому уменьшается уклон боковой поверхности.

В рамках третьего (№3) технологического приема (способа) [3] вырезание изделия осуществляется при реализации дополнительных возможностей ЧПУ многокоординатным вырезным станком с контурной системой.

В управляющей программе при электроэрозионном вырезании по заданной траектории учитывают коррекцию на угол наклона электрода-инструмента за счет смещения верхней направляющей инструментальной скобы станка при направлении подачи (перемотки) проволоки с заданной скоростью в зону обработки снизу-вверх (наиболее распространенный вариант) в направлении к формообразуемой боковой поверхности изделия перпендикулярно направлению движения инструмента с заданной скоростью подачи на величину С, мм, которая функционально зависит от толщины изделия b, мм и ожидаемого уклона боковой формообразуемой поверхности изделия а, град.. Ожидаемый уклон боковой формообразуемой поверхности изделия а можно определить, опираясь на справочные данные [4], или рассчитать по зависимости [5, 6]. В результате обеспечивается выравнивание боковой поверхности изделия по вертикали.

В рамках четвертого (№4) технологического приема (способа) [7] на верхнюю направляющую инструментальной скобы электроэрозионного вырезного станка с ЧПУ накладывают упругие ультразвуковые колебания, которые должны распространяться в направлении формообразуемой боковой поверхности изделия перпендикулярно направлению движения проволочного ЭИ с амплитудой Аузк , мм, функционально зависящей от b, мм и а, град., частотой fузк , кГц равной частоте генератора импульсов станка fги , кГЦ и периодом повторения tузк , мкс равным периоду повторения импульсов генератора импульсов tги , мкс, что позволит обеспечить выравнивание боковой формообразуемой поверхности изделия по вертикали (уложиться в жесткий допуск на отклонение от перпендикулярности).

Таким образом, реализация каждого из четырех рассмотренных технологических приемов (способов) позволяет, в отличие от базовой (стандартной) технологии, обеспечить повышенные требования к точности обработки и исключить наличие уклонов боковых формообразуемых поверхностей изделий по вертикали, т.е. уложиться в предельно жесткий допуск на отклонение от перпендикулярности боковых формообразуемых поверхностей относительно установочной поверхности заготовки в виде пластины.

51

Оценку эффективности (на качественном уровне), предложенных технологических приемов (способов), можно осуществить, опираясь на их сравнительный анализ по ряду критериев технико-экономической эффективности, представленных в таблице 1.

Таблица 1 Критерии оценки технико-экономической эффективности базового и новых

способов электроэрозионного вырезания

Новые способы № Критерии оценки технико-экономической эффективности

Базовая (стандартная) технология

№1 №2 №3 №4

1 Обеспечение прецизионной точности Нет (-)

Да (+)

Да (+)

Да (+)

Да (+)

2 Необходимо использовать более дорогой по стоимости многокоординатный станок

Нет (-)

Нет (-)

Нет (-)

Да (+)

Нет (-)

3 Необходимо реализовывать несколько установов (увеличение вспомогательного времени на обработку)

Нет (-)

Да (+)

Нет (-)

Нет (-)

Нет (-)

4 Увеличение затрат времени на подготовку более сложной управляющей программы

Нет (-)

Нет (-)

Нет (-)

Да (+)

Нет (-)

5 Дополнительные затраты на модернизацию вырезного станка (оснащение станка ультразвуковой установкой со специальным излучателем)

Нет (-)

Нет (-)

Нет (-)

Нет (-)

Да (+)

Из таблицы видно, что основным недостатком базовой (стандартной)

технологии является отсутствие возможности обеспечить заданную прецизионную точность обработки при всех остальных достоинствах. Из предложенных к практической реализации новых способов, более выгодным с технико-экономической точки зрения является прием (способ) №2. При определенных производственных условиях и потребностях, каждый из оставшихся приемов (способов) - №1, №3,№4 имеют право на существование и свою практическую реализацию.


1. Патент РФ № 2423208, МКИ В23Н 7/06. Способ электроэрозионной обработки изделий проволочным электродом-инструментом / Д.В. Кравченко, Д.Д. Попов; заявл. 06.11.09; опубл. 10.07.11. Бюл. № 19.

2. Патент РФ № 2423209, МКИ В23Н 7/06. Способ электроэрозионной обработки изделий проволочным электродом-инструментом / Д.В. Кравченко, Д.Д. Попов; заявл. 06.11.09; опубл. 10.07.11. Бюл. № 19.

3. Патент РФ № 2467841, МКИ В23Н 7/06. Способ электроэрозионной обработки изделий проволочным электродом-инструментом / Д.В. Кравченко, А.О. Уланова; заявл. 20.05.11; опубл. 27.11.12. Бюл. №20.

4. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки / Г.Л. Амитан, И.А. Байсупов, Ю.М. Барон и др.; Под общ. ред. В.А. Волосатова. – Л. : Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1988. – 719 с.

5. Кравченко, Д.В. Особенности комплексной электроэрозионной обработки зубчатых колес, входящих в состав цилиндрических эвольвентных зубчатых передач / Д.В. Кравченко // Вестник УлГТУ. – 2003. - № 1 – 2. – С. 31-33.

52

6. Кравченко, Д.В. Совершенствование технологии электроэрозионного вырезания сложнопрофильных изделий повышенной точности / Д.В. Кравченко, Д.Д. Попов, А.О. Уланова // Вестник УлГТУ. – 2012. - № 3. – С. 21-23.

7. Патент РФ № 2467842, МКИ В23Н 7/06. Способ электроэрозионной обработки изделий проволочным электродом-инструментом / Д.В. Кравченко, А.О. Уланова; заявл. 20.05.11; опубл. 27.11.12. Бюл. №20.

УДК 621.922.079 (088.8) МЕТОДИКА РАСЧЕТА РАЗМЕРНЫХ ЦЕПЕЙ МЕТОДАМИ ТЕОРИИ ГРАФОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ «CHAINS» Ю.В. Псигин, И.А. Волкова

Деталь в процессе ее изготовления можно рассматривать как

геометрическую структуру, состоящую из множества поверхностей и связей (размеров) между ними, которую целесообразно изучать при помощи графов.

Если принять поверхности заготовки и детали за вершины, а связи между ними за дуги или ребра, то чертеж детали с конструкторскими и технологическими размерами можно представить в виде двух деревьев. Дерево с конструкторскими размерами (связями) и с размерами припусков на обработку называется исходным, а дерево с технологическими размерами – производным или технологическим. При совмещении исходного и производного деревьев получается совмещенный граф (рис. 1). В таком графе в закодированной форме представлена геометрическая структура детали и технологического процесса обработки заготовки и можно, пользуясь лишь информацией графа, производить все расчеты.

Любой замкнутый контур на совмещенном графе образует технологическую размерную цепь, в которой ребро исходного дерева является замыкающим звеном, а дуги производного дерева – составляющими звеньями. В терминах теории графов размерная цепь – это путь в производном дереве, заданный ребром исходного дерева. В каждой размерной цепи один размер должен быть ребром исходного дерева, а остальные – дугами производного дерева.

Рассмотрим расчет технологических размерных цепей с применением программы «Chains» на примере совмещенного графа (рис. 1) и таблицы уравнений для расчета технологических размерных цепей (табл. 1), который выполняется в следующей последовательности.

53

Рис. 1. Совмещенный граф размерных цепей

Необходимо войти в программу «Chains. На экране появится таблица в

соответствии с рис. 2, в которую следует занести исходные данные по примеру рис. 3. После ввода исходных данных необходимо нажать клавишу «Выполнить расчет». На экране (рис. 4) в разделе «Технологический размер» в графе «Размер» появятся номинальные значения технологических размеров и размеров заготовки, а в графах «ES» и «EI» – соответственно их верхние и нижние предельные отклонения.

Таблица 1 Уравнения для расчета технологических размерных цепей

Номер размер-ной цепи

Расчетное уравнение Исходное уравнение

Опре-деляе-мый

размер

1 023 SA

23 SA

S2

2 061 SA

62 SA

S6

3 0642 SSA

641 SSA

S4

4 0346 SSZ

436 SSZ

S3

5 0655 SSZ

655 SSZ

S5

6 05414 SSSZ

5144 SSSZ

S1

7 0112 SЗZ

112 SЗZ

З1

8 02137 ЗSSZ

3217 SЗSZ

З2

9 31129 ЗЗSSZ

= 0 12319 ЗSЗSZ

З3

54

Рис.2. Экран начала работы с программой «Chains»

Рис. 3. Экран с исходными данными для программы «Chains»

55

Рис. 4. Экран с результатами расчета по программе «Chains» УДК 621.922.079 (088.8) ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ТЕОРИИ РАСПИСАНИЙ В КРАТКОСРОЧНОМ ПЛАНИРОВАНИИ ПРОИЗВОДСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММЫ «SCHEDULE» Ю.В. Псигин, И.А. Волкова

Задача краткосрочного планирования (КП) гибкой производственной системы (ГПС) относится к классу комбинаторных задач полного упорядочения во времени различных дискретных процессов, предварительно частично упорядоченных во времени согласно технологическим маршрутам.

В современных экономических условиях оптимизация планирования производственных и технологических процессов требует оперативной переработки больших объемов информации и проведения трудоемких расчетов и невозможна без применения средств вычислительной техники.

В общем случае составляется документ, содержащий сведения: о количестве и номенклатуре выполняемых работ; о моментах начала и окончания каждой работы и др., называемый расписанием. Расписание можно задавать различными способами, среди которых наиболее наглядным является геометрический, основанный на использовании диаграммы Гантта (или Гантт-карты) (рис. 1).

56

11 21 31 41 61 51

Время, мин Ном

ер

станка

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

1

2

Рис. 1. Пример расписания изготовления шести деталей на двух станках

Составление расписания запуска очередных заготовок является довольно сложной задачей, поэтому здесь целесообразно использовать средства ЭВМ.

Рассмотрим некоторые эвристические алгоритмы на примере составления расписания работы ГПС, состоящей из четырех станков, при изготовлении группы, включающей 8 деталей (табл.). Маршруты обработки являются одновариантными, и заготовки последовательно проходят через первый, второй, третий и четвертый станки.

При решении данной задачи используется программа «Schedule» (Расписание). Порядок решения задачи следующий.

1. Войти в программу. На экране появится перечень эвристических решающих правил (рис. 2). Выбрать требуемое правило и щелкнуть левой клавишей мыши.

2. На экране появится предложение выбора количества станков и количества деталей (рис. 3). Набрав на клавиатуре необходимое их количество (в данном примере четыре станка и восемь деталей), подвести курсор к «Далее» и перейти к следующей картинке, щелкнув левой клавишей мыши.

Трудоемкость изготовления деталей на четырех станках

Номер детали

1 2 3 4 5 6 7 8 Номер станка

Трудоемкость операции, мин

1 4 6 2 3 4 8 5 2

2 6 3 4 5 8 2 7 10

3 3 2 5 8 5 4 3 7

4 5 2 3 3 2 6 4 3

3. Появившуюся таблицу заполнить своими данными из таблицы

трудоемкости, согласно своему варианту по примеру рис. 4.

12 22 32 42 52 62

57

4. Подвести курсор к «Далее» и нажать левую клавишу мыши. На экране появится расписание работы станков ГПС (рис. 5).

5. На основании представленного расписания оформить диаграмму Гантта для данного эвристического решающего правила.

6. Выйти из программы и, войдя вновь, повторить действие по пунктам 1 – 5 для других оставшихся правил.

Рис. 2. Экран начала работы с программой «SCHEDULE»

Рис. 3. Экран выбора количества станков и деталей

Рис. 4. Заполненная исходными данными таблица конкретного решающего

правила

58

Рис. 5. Итоговая таблица с расписанием, составленным по правилу «кратчайшей операции»

УДК 378 ВЫБОР ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ: 10 ПЕРВЫХ ПРАКТИК С.И. Рязанов

Выбор темы значительного научного исследования, в частности, темы диссертационной работы, всегда имеет судьбоносное значение. К смыслам этого значения правомерно отнести такие, которые принято обозначать как «интересы и цели» ( научные, личные, семейные, корпоративные, гражданские, общественные, экономические, политические и т.д.), «инвестиции», «результаты и продукты», «эффекты», «последствия», «ответственность», «карьера», «репутация». Незавершенность списка множества пространств, в которых проявляет себя качество «судьбоносность выбора темы научного исследования» - это демонстрация горизонтов актуальности тематической работы.

Приведенные ниже рубрики иллюстрируют начала десяти фундаментальных практик, освоение которых способствует приобщению к культуре выбора тем научных исследований. Упомянутая культура предполагает постоянное совершенствование способностей к моделированию процедур в поддержку выбора тем научных исследований в особых обстоятельствах, включая такое: «Тема, также как и цель,

59

формирует тех, кто ее выбирает (как “выбирают” смыслы жизни)». Тезисы представляют собой новый по структуре, форме, стилю и эстетике алгоритм принятия решений о выборе темы научного исследования. Пределы совершенствования алгоритма заключены в способностях пользователей, например, в способности к программированию успеха с учетом такого экстремума: «Самое трудное в программировании – предвидеть невозможное» [1]. Среди других пределов – события самооценки, названные в [2] как проявление Кант - функции: «Гений – это талант изобретения того, чему нельзя учить или научиться» (И. Кант). 1. Выбор темы как результат анализа вариантов

Предпосылка к выбору темы исследования – это наличие альтернативных тем, из множества которых предполагают выбрать единственную тему, соответствующую предпочтениям. Необходимо создать или иметь множество альтернативных вариантов тем исследований и разработать четкий перечень предпочтений (требований), которые следует учитывать при выборе темы. Выбрать тему исследования означает выполнить анализ альтернативных тем с учетом предпочтений (требований). 2. Выбор темы не как темы

«Тема (греч. θέμα «положение») — предмет (суть) какого-либо рассуждения или изложения. В литературе — круг проблем, образующих основу художественного произведения» [3]. Однако «выбрать предмет исследования» вовсе не означает «выбрать тему»: любое исследование посвящено, традиционно, решению научной проблемы, теоретических и практических вопросов, возникающих относительно предмета исследования или в связи с ним. Изначально необходимы не столько варианты формулировок (названий) тем научного исследования (время работы по вариантному называнию исследования наступает позже и многократно [4]), сколько варианты концептуальных замыслов, существа, направлений, идей и видения перспектив развития исследования. Выбрать тему научного исследования означает выбрать нерешенную научную проблему, что обычно отражено в рабочем, иногда условном, названии темы исследования. 3. Выбор темы как философия

Варианты идей, замыслов, существа планируемого исследования – это материал для строительства платформы концепций предполагаемого исследования. Такая платформа позволяет сформулировать философию научного исследования, что является атрибутом культуры разработки плана любого делового проекта. Эта культура диктует то, что начинать деловое планирование следует с разработки миссии и философии проекта. Таким образом, за выбором темы скрывается выбор философии исследовательского проекта. Выбрать тему исследования означает разработать философское резюме (филюме) предполагаемого исследования [5]. 4. Выбор темы как прогноз

Перспективность темы научного исследования, то есть «прикладное будущее ожиданий» от воплощения результатов исследования, становится видимой отчасти благодаря предметному анализу «прошлого» («Корни будущего – в прошлом»). Экстраполяция данных об истории и текущем состоянии «дел» в анализируемой исследовательской области, а также в смежных, «пограничных» и условно отдаленных областях исследований - это разновидность научного прогноза. Цель прогноза - использовать результаты в

60

поддержку аргументации выбора темы исследования. Выбрать тему исследования означает сделать научный прогноз. 5. Выбор темы как искусство и наука

Выбор темы научного исследования на основе использования только методов науки – это вариант попыток «абсолютизации науки в науке». Однако такие попытки не могут быть совместимы с научным стилем мышления, признаком которого является гармонизация искусства и науки [6] в науке (как в отрасли экономики). Предчувствие актуальности, ощущение перспективности, красота замысла научного исследования – эти категории и понятия являются обычными в дискуссиях опытных исследователей по поводу выбора тем исследовательских проектов. Эстетика технологий [2] принятия решений в связи с выбором темы исследования - это разновидность экономически оправданного искусства в науке. Выбрать тему исследования означает проявить искусство в принятии научных решений. 6. Выбор темы как управление рисками

Выбор темы исследования связан с выявлением и ранжированием «рисков темы исследования» с целью использования полученных данных для управления рисками научных исследований [7]. Выбрать тему научного исследования означает оценить риски темы исследования. 7.Выбор темы как научно - экономическое обоснование

Научно-экономическое обоснование состоятельности темы исследования – это определение возможной выгоды от использования результатов исследования, в том числе когда потребителем этих результатов становится «сама» наука как отрасль экономики, то есть когда, например, новые теории и гипотезы становятся инструментами науки. Выбрать тему научного исследования означает оценить научно-экономический потенциал будущих результатов предполагаемого исследования. 8. Выбор темы как экспертиза

Метод экспертных оценок темы исследования – один из эффективных для принятия решений о выборе или отклонении темы. Итог работы семинаров и совещаний в поддержку выбора темы исследования с участием научных экспертов – это, прежде всего, качественная экспертная оценка обсуждаемой темы. Выбор темы научного исследования – это научная экспертиза. 9. Выбор темы как желание и воля

Тот, кто выбирает, всегда страдает. Страдания при выборе темы исчезают в момент проявления воли как власти над собой, когда эту власть используют как инструмент подавления личных сомнений в правильности личных предпочтений к единственной конкретной теме исследования. Воля и мужество иного качества необходимы при выборе темы исследования, когда простейшие модели выбора исчерпаны (например, такие модели как философский парадокс «Буриданов осел»). Сложные модели выбора возникают по мере увеличения объемов и качества информации об интересах партнеров в связи с темой исследования, поскольку любая тема исследования всегда порождает интересы (людей из ближнего и дальнего окружения исследовательского проекта – интересы личные, корпоративные, социальные, экономические, политические и т.д.). Выбор темы научного исследования – это выбор интересов, то есть проявление воли и мужества в науке. 10. Выбор темы как сотрудничество

Научное исследование как проект предполагает многообразное партнерство, то есть сотрудничество, в том числе на этапе работ «Выбор темы

61

исследования». Выбор темы научного исследования – это сотрудничество, предполагающее адаптацию к научному коллективу, включая вариант его создания.


1.Рязанов С.И. Введение в интернационализм (опыт совместной работы со студентами) [Текст] / С.И. Рязанов // Международная школа-семинар «Парадигмы интернационализма, исторический опыт и перспективы развития патриотического воспитания» (18-20 ноября 2014 г., Россия, Ульяновск): сборник научных трудов.- Ульяновск: УлГТУ, 2014.- С.266 – 282

2. Рязанов С.И. Технологическое обеспечение машиностроения и технологическая дисциплина «Эстетика технологий» [Текст]/ С.И. Рязанов // Технологическое обеспечение машиностроительных производств.- Сборник статей I международной заочной научно-практической конференции 16-17 декабря 2013 года – Челябинск: Изд-во ФГБОУ ВПО «ЮрГУ» (НИУ).2013.-С.160-166

3. Википедия: статья «ТЕМА» [Электронный ресурс] Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/тема, свободный (дата обращения: 12.10.2014)

4. Рязанов С.И. Δ [Текст] / С.И. Рязанов // Социально-экономические аспекты развития современного общества: материалы международной научно-практической конференции (18 декабря 2012 г.) – в 2-х частях – Саратов: Издательство ЦПМ «Академия бизнеса». 2012. - ч.2 С.135-137

5. Рязанов С.И. Philumé [Текст] / С.И. Рязанов // Мировая наука и современное общество: актуальные вопросы экономики, социологии и права: Материалы IV международной научно-практической конференции (22 января 2014 года) в 2-х частях – Саратов: Издательство ЦПМ «Академия бизнеса».2014. - ч.2 С.46-48

6.Лихачев Д.С. Искусство и наука [Текст] / Д.С.Лихачев //Очерки по философии художественного творчества- 2-е изд., доп. . Спб: «Русско-Балтийский информационный центр БЛИЦ», 1999. - С. 9-39

7. Рязанов С.И. Основы организации научных исследований: методические указания [Текст] / С.И. Рязанов, Е.А. Карев. – Ульяновск: УлГТУ, 2015. – С.75-77 УДК 621.9 Разработка управляющей программы изготовления продольной матрицы в Siemens Sinumerik 840D А.Д. Евстигнеев, А.В. Лукин, В.В. Агафонов

Постоянное увеличение сложности базовых деталей пресс-форм вкупе с повышением требований к качеству их изготовления привело к широкому внедрению современных станков с ЧПУ. В то же время, применение современного оборудования создает предпосылки к повышению уровня подготовки современных специалистов и внедрению в учебный процесс современных технологий обучения.

На кафедре «Технология машиностроения» УлГТУ осуществляется подготовка специалистов программированию станков компании DMG MORI с помощью симуляторов стоек ЧПУ Siemens Sinumerik 840D SL.

Рассмотрим особенности программирования продольной матрицы на станке DMG DMU 50 ecoline, 3D модель которой представлена на рис. 1.

62

Рис. 1. 3D модель матрицы

Особенностью программирования обработки деталей в системе Siemens

Sinumerik 840D SL заключается в широком использовании встроенных решений для обработки типовых элементов (плоских поверхностей, пазов, окон, отверстий и т.д.), а также возможности задания обработки нетиповых элементов с помощью соответствующих команд.

Изготовление продольной матрицы начинаем с обработки ее контура при помощи команды «Фрезерование контурное», задав при этом параметры режущего инструмента и режимы резания (рис. 2).

Рис.2. Обработка контура матрицы

С целью задания обработки серии поперечных (рис. 3) и продольных (рис.

4) пазов используем команду «Паз», находящейся во вкладке «Фрезерование», задавая параметры и координаты расположения первых из них. Задание обработки последующих аналогичных пазов осуществляем посредством копирования, что позволяет минимизировать затраты времени при написании схожих компонентов программы.

63

Рис. 3. Обработка пазов

Рис. 4. Обработка пазов заданных методом «Копирования»

Фрезерование уступов (рис. 5) можно реализовать с помощью

инструмента обработки типовой поверхности, указав сторону расположения уступа, либо посредством описания контура.

Рис. 5. Обработка плоскостей

При обработке радиусных канавок концевой фрезой со сферическим

наконечником для оптимизации резания была использована функция изменения угла положения режущего инструмента относительно заготовки (рис. 5).

64

Рис. 6. Обработка радиусных канавок

В последующем рассмотрении положительных качеств данной программы,

была рассмотрена команда «Расточка». Путем задания координат всех нужных для обработки позиций, возможна обработка отверстий расточным инструментом. Обработка каждого отверстия будет выполняться последовательно, в соответствии с позициями заданными ранее (Рис. 6)

Рис. 7. Расточка отверстий расточным инструментом

Исходя из вышеописанного, можно сделать вывод, что система Siemens

Sinumerik 840D позволит уменьшить время на подготовку управляющей программы обработки детали за счет развитой системы описаний типовых переходов, модульного подхода к их формированию, а также оптимизации в написании программы для станков с ЧПУ.


1. Руководство по обучению Siemens Sinumerik 840D SL, ShopMill. Программирование, настройка и эксплуатация. Технология фрезерования / Германия, Билефельд: DMG Trainings-Academie GmbH, 2009. 94 с.

2. Siemens Sinumerik 840D SL / 828D. Фрезерование. Справочник пользователя / Германия, Нюрнберг: Siemens AG, 2012. 730 с.

65

УДК 621.9 РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАТРИЦЫ В SIEMENS SINUMERIK 840D А.Д. Евстигнеев, А.Н. Маричев, В.В. Агафонов

В настоящее время матрицы нашли широкое применение в качестве базовых деталей пресс-форм. Несмотря на кажущуюся простоту конструкции, технологии изготовления матриц достаточно сложны и требуют постоянных поисков новых решений, что связано с большим количеством точных отверстий и пазов, а также высокими требованиями по их расположению. Внедрение станков с ЧПУ позволяет упростить изготовление матриц, но и создает дополнительные трудности с концентрацией переходов.

Рассмотрим особенности программирования матрицы на станке DMG DMU 50 ecoline, 3D модель которой представлена на рис. 1.

Рис.1. 3D модель матрицы

Последовательность программирования обработки матрицы в системе

Simens Sinumerik 840D включает в себя обработку плоских и боковых поверхностей, пазов, окон и др. Базирование и закрепление матрицы осуществляется на конструктивные элементы ее нижней плоскости и не мешает обработке.

Программирование обработки традиционно начинается с задания формы заготовки и ее размеров, а также технологических параметров обработки.

Важной положительной особенностью программирования в системе Simens Sinumerik 840D является возможность осуществления обработки посредством задания контура в команде «Фрезерование контурное» с указанием инструмента, режимов и других параметров (рис. 2). Следует отметить, что последовательность задания контура определяет технологию дальнейшей обработки заготовки, т.е. система начинает обработку с начальной точки контура и ведет ее в той же последовательности, в которой задавался контур, либо в обратной при смене направления обработки на обратное.

Для обработки отверстий в системе присутствует инструмент «Сверление» и «Позиции», позволяющие задать технологические параметры обработки и координаты получаемых отверстий, находящихся, как в данном случае, на одной прямой (рис. 3).

66

Рис. 2. Обработка контура матрицы

Рис. 3. Сверление отверстий

Неоспоримым положительным моментом при программировании

обработки рассматриваемой матрицы в системе Simens Sinumerik 840D является возможность использования функции симметричного отражения контура окон и пазов, находящихся в центральной части детали. Так, задав параметры и координаты расположения одного окна и паза, мы их зеркально отражаем на последующие позиции, что существенно упрощает программирование данных конструктивных элементов и ведет к экономии времени на разработку управляющей программы (рис. 4, 5).

Для обработки двух пересекающихся радиусных пазов, расположенных в центральной части матрицы (рис. 6), использовали радиусную фрезу; при этом программировали рабочие перемещения по двум линиям отдельно.

Таким образом, возможности системы Simens Sinumerik 840D позволяют существенно сократить время технологической подготовки производства базовых деталей пресс-форм, а также повысить эффективность разработки управляющих программ на современных станках с ЧПУ.

67

Рис. 4. Фрезерование окон матрицы

Рис. 5. Фрезерование пазов матрицы

Рис. 6. Фрезерование радиусных пазов матрицы

68

УДК 621.9 РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСА В SIEMENS SINUMERIK 840D А.Д. Евстигнеев, С.Ю. Кодин, В.В. Агафонов

В современном мире станки с числовым программным управлением (ЧПУ) занимают лидирующие позиции при изготовлении деталей во всех областях производства. Они позволяют сократить сроки выпуска продукции, одновременно повысив ее качество за счет обеспечения автоматической работы станка по управляющей программе. За счет постоянной модернизации управляющих систем происходит усложнение процесса программирования и соответствующее повышение требований к технологам-программистам таких станков. Учитывая вышесказанное, одним из основных направлений при подготовке бакалавров направления «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» является изучение навыков программирования станков с ЧПУ на базе системы Siemens Sinumerik ShopMill 840D SL.

Рассмотрим возможности вышеуказанной системы ЧПУ на примере программирования обработки корпуса приспособления для обработки отверстий на многоцелевом станке DMU 50 Ecoline компании DMG MORI, который имеет 3 основные оси перемещения: продольное Х и поперечное Y движение в горизонтальной плоскости (параллельно рабочему столу с закреплённой заготовкой), вертикальное перемещение Z (в плоскости, перпендикулярной заготовке), а также индексный поворот рабочего стола по осям В и С (рис. 1).

Рис. 1. Система координат станка DMU 50

Первым этапом программирования является выбор и задание параметров

заготовки (цилиндр, многогранник, труба, центрированный квадрат). Выбираем квадрат, указывая координаты двух точек на диагонали его основания, высоту и припуск на обработку. Здесь же задается плоскость отвода и безопасное

69

расстояние. Управляющая программа представлена на рис. 2, каждый кадр которой может быть при необходимости отредактирован.

Одним из наиболее интересных моментов в программе является фрезерование кармана, которое задается контуром.

Рис. 2. Управляющая программа

Описание контура начинается с задания координат начальной точки,

далее с помощью инструментов «линия» и «дуга» последовательно строится контур. Дерево построения контура отображается слева от основного поля в виде вертикальной полосы со стрелками, показывающими направление программирования элементов контура. Порядок описания контура определяет последовательность движения режущего инструмента.

После создания необходимого контура задаются режимы обработки и инструмент (рис. 3), который выбирается из магазина инструментов или же из списка инструментов с возможностью редактирования их параметров. При необходимости возможно создание нового инструмента с заданием общих для всех инструментов параметров – габаритных размеров, привязки, направления вращения шпинделя и способа подачи СОЖ, а также индивидуальные параметры инструмента того или иного типа.

70

Рис. 3. Фрезерование кармана по контуру

Очередным сложным и немаловажным моментом при программировании

было задание параметров для сверления двух групп отверстий. Для этого после задания параметров сверления и инструмента для обработки пяти отверстий (рис. 4) рациональнее всего воспользоваться командой «сверление по позициям», в то время как для сверления восьми отверстий (рис. 5) разумнее использовать команду «сверление по решетке», в окне которых задаются координаты центров обрабатываемых отверстий. Следует отметить, что в команде «сверление по решетке» задаются такие параметры, как координаты начальной точки, количество точек по горизонтали и вертикали, расстояние между ними и угол наклона созданной решетки относительно горизонтальной оси вокруг начальной точки (рис. 5).

Рис. 4. Сверление по позициям

71

Рис. 5. Сверление по решетке

На заключительном этапе разработки управляющей программы

осуществляется симуляция обработки заготовки с целью выявления возможных недочетов или ошибок, допущенных при написании программы.


1. Руководство по обучению Siemens Sinumerik 840D SL, ShopMill. Программирование, настройка и эксплуатация. Технология фрезерования / Германия, Билефельд: DMG Trainings-Academie GmbH, 2009. 94 с. УДК 621.9 Разработка управляющей программы изготовления плиты приспособления в Siemens Sinumerik 840D А.Д. Евстигнеев, В.И. Бочкарев, В.В. Агафонов

В современных условиях высокой конкуренции на рынке машиностроительной продукции задача повышения или даже сохранения рентабельности производства является трудновыполнимой, требующей постоянно снижать издержки предприятия. Одним из способов повышения эффективности производства, при помощи которого можно увеличить прибыль при выпуске определенного вида продукции, является автоматизация технологического процесса. Следовательно, если предприятие занимается обработкой металлов, то особое внимание следует обратить на современное оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ), предъявляющим высокие требования к технологам-программистам таких станков.

С целью покрытия существующей потребности предприятий в высококвалифицированных специалистах на кафедре «Технология машиностроения» ведется подготовка бакалавров направления «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных

72

производств» с изучением особенностей программирования станков с ЧПУ на базе системы Siemens Sinumerik 840D SL.

Рассмотрим программирование обработки плиты приспособления на многоцелевом станке DMU 50 Ecoline компании DMG MORI (рис. 1).

Рис.1. Эскиз плиты

Важным шагом при программировании является выбор заготовки, которая

может быть описана посредством трубы, прутка, квадрата и т.д. В нашем случае заготовкой будет являться квадрат, к которому мы задаём необходимые нам параметры: высоту, длину и ширину, назначить припуск на верхнюю поверхность, инструмент и смещение нулевой точки. Также на начальном этапе необходимо задать нужную величину отвода режущего инструмента (РИ).

Следующим шагом является построение контура детали. Эта операция производится посредством таких инструментов как «линия» и «дуга». Здесь важно правильно выбрать координаты начальной точки контура, так как дальнейшая обработка будет осуществляться именно с нее. Рациональный выбор начальной точки позволяет сэкономить время на подводе РИ к заготовке и снизить себестоимость изготовления продукции (рис. 2).

73

Рис.2. Обработка контура плиты

Имеющиеся в плите отверстия и Т-образные пазы обрабатываем

имеющимися в системе Simens Sinumerik 840D различными инструментами для обработки самых различных по геометрическим и технологическим параметрам отверстий, пазов, карманов. Используя такую возможность, обработку Т-образных пазов производим Т-образной фрезой, что позволяет быстро и качественно получить пазы. При этом задаются координаты пазов и параметры резания с использованием возможностей симметричного отображения описанных элементов (рис. 3, 4).

Рис. 3. Обработка Т-образных пазов

Для обработки отверстий в системе предусмотрены инструменты

«сверление» и «позиции», позволяющие задать технологические параметры обработки и координаты отверстий (рис. 5). В приведенном на рис. 5 примере позиции отверстий могут быть описаны как с помощью указаний координат центров каждого из них, либо описанием прямоугольного массива посредством указания шагов расположения отверстий по двум координатам.

74

Рис. 4. Результат обработки Т-образных пазов

Рис. 5. Обработка отверстий сверлением

Заключительный этап подразумевает осуществление симуляции

заготовки, которая позволит выявить ошибки и недочёты, допущенные при выполнении работы, а также позволит подробно наблюдать за ходом обработки с возможностью ускорения и замедления скорости воспроизведения.


1. Руководство по обучению Siemens Sinumerik 840D SL, ShopMill. Программирование, настройка и эксплуатация. Технология фрезерования / Германия, Билефельд: DMG Trainings-Academie GmbH, 2009. 94 с.

2. Siemens Sinumerik 840D SL / 828D. Фрезерование. Справочник пользователя / Германия, Нюрнберг: Siemens AG, 2012. 730 с.

75

УДК 621.9 ОСНОВНЫЕ ПУТИ СНИЖЕНИЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ НАГРЕВА В ПРОЦЕССЕ ТЕРМООБРАБОТКИ ПОЛУФАБРИКАТОВ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА НА БАКЕЛИТОВОЙ СВЯЗКЕ Н.И. Веткасов, В.В. Сапунов, А.О. Уланова

В последние годы в мировой практике существенно возрастает потребность в новых технологиях изготовления и обработки изделий из полимерных композиционных материалов (ПМК). В настоящее время с увеличением доли в современном машиностроении абразивного инструмента (АИ) на бакелитовой связке остается открытым вопрос обеспечения его высокого качества, снижения времени на его изготовление и энергоемкости процесса получения.

Существуют следующие методы бакелизации: конвективный нагрев, высокочастотный нагрев, нагрев сверх высокими частотами (СВЧ - нагрев) и д.р.

К разряду востребованных и перспективных технологий, безусловно, относится технологии микроволновой (СВЧ) термообработки изделий из ПКМ. Применение объемного микроволнового нагрева обеспечивает существенную экономию энергии и сокращение времени процессов термообработки полуфабрикатов АИ, а также, что зачастую более важно при создании высококачественного продукта, позволяет получать изделия с более совершенной микроструктурой.

В процессе микроволновой термообработки полуфабрикатов АИ на бакелитовой связке имеют место существенные потери тепла с поверхности объекта, обусловленные конвективным, кондуктивным и лучевым теплообменом с окружающей средой, как правило, воздушной, а так же с элементами конструкции оснастки.

В результате, распределение температуры в объекте нагрева неизбежно является неоднородным, а именно, температура поверхности объекта всегда существенно ниже температуры в центре его массива. Колебания значений температуры могут достигать ±10 % (см. рис.1).

Температурная неоднородность при микроволновой термообработке полуфабрикатов АИ на бакелитовой связке оказывает большое влияние на качество и надежность готовой продукции.

Неоднородность температурного распределения при термообработке полуфабрикатов изделий из ПКМ приводит:

– к возникновению внутренних напряжений; – к неоднородности микроструктуры; – к неоднородности функциональных свойств материалов; – к возникновению больших остаточных напряжений; – нередко, к разрушению изделий в процессе их хранения и эксплуатации. Для снижения температурной неравномерности нагрева в процессе

термообработки полуфабрикатов АИ на бакелитовой связке предлагается идея проведения процесса микроволнового нагрева полуфабрикатов изделий в условиях погружения их в теплоизоляционный материал. Он должен быть обязательно сыпучим, а также обладать следующими свойствами:

76

5. радиопрозрачность (то есть не поглощать, или незначительно поглощать СВЧ энергию на частоте 2450Мгц);

6. паро- и газопроницаемость (так как в процессе термообработки ПКМ имеет место выделение летучих веществ – паров и газов);

7. химическая нейтральность (не должен вступать в химическую реакцию с выделяющимися летучими веществами);

8. технологичность (быть текучим и достаточно износостойким);

9. экологическая чистота.

Рис. 1. Температурное распределение в образце в процессе СВЧ - нагрева

Применение такой теплоизоляции позволит практически исключить

тепловые потери (из-за конвективного теплообмена, а также существенно снизить потери из-за лучевого теплообмена).

В качестве основного компонента данного теплоизоляционного материала планируется использовать вспученный вермикулит. Это высококачественный теплоизоляционный материал, обладающий всеми вышеперечисленными свойствами, который добывается в России.

Вермикулит вспученный – минерал, свойства которого по отдельности, пусть даже весьма ценные, сложно назвать уникальными – уникально именно их сочетание в нем.

77

Вермикулит вспученный – сыпучий пористый материал в виде чешуйчатых частиц серебристого, золотистого или желтого цвета, получаемых ускоренным обжигом вермикулитового концентрата – гидрослюды, содержащей между элементарными слоями связанную воду (рис. 2). Вспучивание происходит в результате расщепления частиц вермикулита под действием энергично испаряющейся из них воды на весьма тонкие чешуйки, которые лишь в отдельных точках сохраняют сцепление между собой.

а) б)

Рис. 2. Вермикулит: а) слюда; б) вспученный

Вермикулит вспученный имеет своеобразную пластинчатую пористость, что обусловливает объемный вес 100 – 300 кг/м3 и теплопроводность 0,065 – 0,09 ккал/м час град и вместе с тем упругость зерен, благодаря чему он не оседает в теплоизоляционных засыпных конструкциях.

Основным и наиболее ценным свойством вермикулита является способность его при прокаливании резко и необыкновенно сильно увеличивать свой объем в 10-20 раз. Это явление объясняется тем, что при прокаливании молекулярная вода в чешуйках и пачках вермикулита превращается в пар, под напором которого раздвигаются листочки слюды всегда в одном направлении, перпендикулярном спайности слюды. Вспученный таким образом вермикулит при охлаждении сохраняет приобретенный им объем с тончайшими прокладками воздуха взамен водяного пара между листочками слюды, что и придает минералу многие его ценные свойства.

Вермикулит обладает тепло- и звукоизолирующими свойствами, а также высокой впитывающей способностью - может впитать жидкости до 500 % собственного веса. При этом он слабо гигроскопичен (т.е. мало впитывает в себя влаги из окружающего воздуха). Влажность вермикулита при 100 % влажности воздуха составляет всего около 10 %.

Минерал инертен к органическим растворителям и нерастворим в воде, не разлагается, не имеет запаха, не поглощает влагу, не имеет раздражающих свойств, обладает хорошими сорбционными свойствами для газовых и жидкостных сред, не является благоприятной средой для насекомых и грызунов.

78

Процесс термообработки полуфабрикатов изделий на органических термореактивных связках организуется таким образом, что заготовки деталей располагаются в рабочем поле СВЧ-камеры, погруженные в теплоизоляционный материал. Тепловые потери с любой ее поверхности определяются только условием теплообмена на границе раздела «полуфабрикат – теплоизоляция». При проведении процесса термообработки полуфабрикатов изделий с применением термоизоляции практически полностью подавляется конвективный теплообмен, обеспечивается достаточно низкий и одинаковый по всей поверхности детали кондуктивный теплообмен, резко снижаются лучевые тепловые потери. УДК 621.981 ВЛИЯНИЕ ПЕРФОРАЦИИ НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ К.С. Дементьев, В.И. Филимонов

Перфорированные профили различной конфигурации сечения (уголки, швеллеры, некоторые виды сайдингов и особенно профили замкнутого сечения), изготавливаемые в роликах профилировочных станков, широко применяются в строительной индустрии в качестве несущих конструкций или их элементов.

Чувствительность конструкции перфорированного профиля к внешним нагрузкам существенно зависит от его типоразмера, топологии, форм и размеров отверстий, а также от механических свойств материала заготовки. Вид напряжённого состояния зависит в свою очередь от типа нагрузки: осевое нагружение, изгиб, кручение, срез. При заданном коэффициенте запаса прочности задача состоит в минимизации массы конструкции при варьировании геометрии поперечного сечения профиля и параметров перфорации (топология, форма и размеры отверстий).

В работе [1] показано, что замкнутая форма поперечного (преимущественно кругового) сечения профиля с вырезами обладает наибольшей весовой отдачей. Расположение и форма отверстий оказывают значительное влияние на поведение конструкции под предельными нагрузками. При рядном расположении круговые и эллиптические отверстия, образующие «пустые» углы квадрата на теле трубчатой детали, дают оптимистичные результаты в отношении несущей способности указанной детали, подверженной осевому сжатию или изгибу. Однако трубчатые детали с рядной круговой перфорацией, образующей «пустые» углы ромба, лучше работают на кручение.

Кроме рядного расположения отверстий, возможно их спиралевидное расположение, однако данные по оптимальному шагу спирали, размерам и плотности расположения отверстий на спирали, несущей способности замкнутых профилей с заданным соотношением диаметра к толщине стенки отсутствуют.

Как известно, перфорация снижает несущую способность профиля, поэтому в последние годы уделялось большое внимание повышению жёсткости или прочности краёв отверстий для повышения общей несущей способности профиля [2].

79

В тонколистовом материале можно выполнять отверстия с наклонными, прямыми, фланцованными или рифлёными отбортовками, а также упрочнять прилегающие к отверстию зоны за счёт чеканки или выполнения круговых каннелюр. Для профилирования предварительно перфорированной заготовки в роликах интенсивным деформированием [3] наиболее приемлемым способом упрочнения является упрочнение краёв отверстий чеканкой, совмещённой с перфорацией. Однако и в этом случае подгибаемые полки с локальными участками неравномерного упрочнения имеют большую склонность к потере устойчивости при профилировании, чем при формовке профиля с цельными подгибаемыми полками. Что касается других видов упрочнения, то наличие отбортовок или каннелюр «во внутрь» требует высвобождения в калибрах, что приводит к усложнению технологического оснащения, а расположение отбортовок или каннелюр «во вне» приводит к концентрации сил на малых локальных участках бортов, их смятию или излому формуемой полки.

Выполнение отверстий и упрочнение краёв отверстий готовых цельных профилей закрытого типа представляет собой довольно сложную технологическую задачу, хотя перфорацию и упрочнение краёв отверстий готового профиля открытого сечения можно выполнять в специальных штампах.

Цель работы: выявление влияния размеров круговых отверстий и их расположения на несущую способность профиля при сжатии, изгибе и кручении – наиболее часто встречающихся на практике видах нагружения.

В качестве объекта исследования рассматривали варианты нагружения трубы с размерами, приведенными к толщине заготовки: внешний относительный диаметр – 20; приведенная длина трубы – 40 (рабочая часть), а также трубы с перфорацией (круговые отверстия с относительным диаметром 2,5; 3,4; 4,3; 4,9 и 5,5 располагали по телу трубы в четырёх рядах по пять отверстий, с равномерными промежутками между ними, или по спирали, с сохранением общего числа отверстий при их равномерном расположении по поверхности трубы). Выбранные размеры отверстий в среднем соответствовали уровням ослабления сечения отверстиями в 10, 20, 30, 40 и 50%.

Изучение несущей способности образцов проводили моделированием испытаний образцов в модуле ANSYS LS-dyna с закрепленным одним концом. Первоначально проводили исследования с цельными образцами, а затем – с образцами с рядной перфорацией и с перфорацией по спиральной линии. Затем все нагрузки по группам испытаний приводили к критической нагрузке цельной детали (обратные зависимости), включая силу, участвующую в крутящем моменте при испытании на кручение. На рис. 1 – 3

Рис. 1. Сравнительные графики предельных нагрузок при сжатии профиля, соотнесённых с предельными нагрузками цельного профиля

80

представлены результаты моделирования, а в нижеприведенной таблице даны результаты интерполяции соответствующих кривых с указанием уровня достоверности аппроксимации.

При сжатии профиля (рис. 1) топология отверстий практически не

оказывает никакого влияния при малой степени перфорации. Однако более тонкий анализ показывает, что при развитых пластических деформациях возникает касательная сила, которая для рядного расположения отверстий практически не изменяется с увеличением площади перфорации, а для спирального расположения отверстий резко падает.

Те же самые закономерности характерны и для изгиба профиля (рис. 2), включая касательные силы.

Хотя при кручении влияние топологии также незначительно (рис. 3), однако касательные составляющие для рядного и спирального расположения отверстий резко уменьшаются с увеличением уровня перфорации, причём для рядного расположения отверстий такое падение является более крутым.

Испытание Топология отверстий

Расчётная аппроксимирующая зависимость

Рядная

Сжатие

Спиральная

Рядная

Изгиб


Рядная

Кручение


где η =N0/Np (отношение критической нагрузки для цельного и перфорированного профиля соответственно); ξ = Sотв/Sбок (отношение площади отверстий к площади боковой поверхности профиля); верхний индекс относится к топологии отверстий (рядная и спиральная), а нижний индекс указывает на вид испытания

Рис. 2. Сравнительные графики предельных нагрузок при изгибе профиля, соотнесённых с предельными нагрузками цельного профиля

81

В целом, эти результаты согласуются с данными работы [1] и позволяют сделать следующие выводы:

1. Наличие перфорации создаёт концентраторы напряжений при нагрузках, близких к критическим, и в целом снижает в 3 – 4 раза уровень критических напряжений независимо от вида нагружения профиля.

2. Топология отверстий несущественно влияет на предельные параметры нагружения независимо от его вида.

3. Уровень перфорации существенно влияет на несущую способность перфорированного профиля, так что для несущих элементов конструкций ослабление их перфорацией

не должно превышать 30 – 40%. 4. Несущую способность перфорированных профилей, предназначенных для

несущих конструкций, следует проверять конечноэлементным моделированием на стадии разработки конструкции.


1. Woo Y.P., Chua Y.S., Choong K.K. Effects of Perforation Area and Arrangement Pattern on Structural Behaviour of Nature Inspired Perforated Hollow Structure // Iranica Journal of Energy and Environment, 2013. No. 4. P. 171 – 177.

2. Han X.P., Li L.X., Zhu X.P., Yue Z.F. Experimental Study on the Stitching Reinforcement of Composite Laminates with a Circular Hole // Composites Science and Technology, 2008. No. 68. P. 1649 -1653.

3. Гудков И.Н., Филимонов В.И. Формообразование перфорированных профилей в роликах. – Ульяновск: УлГТУ, 2010. – 117 с.

УДК 620.182.2 ПОДГОТОВКА ШЛИФОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ С ПОКРЫТИЕМ В.В. Марковцева, О.И. Морозов

Современная техника предъявляет высокие требования к конструкционным материалам в связи с резким повышением многих параметров работы: давлений, скоростей, температур и т. п. Создание новых конструкционных материалов позволило существенно повысить механические свойства конструкций, дало мощный толчок развитию ряда отраслей.

Рис. 3. Сравнительные графики предельных нагрузок при кручении профиля, соотнесённых с предельными нагрузками цельного профиля

82

Технические достоинства материалов достигаются путем создания оптимальной структуры материалов, которая и определяет их свойства. Установление надежной количественной связи между параметрами структуры материалов и значениями их свойств является актуальной, перспективной задачей.

Цель работы: подготовка шлифов для проведения исследования микроструктуры гнутых профилей с покрытиями (Задачи: изучить методы получения шлифов и выбрать соответствующий условиям и потребностям, согласно исследованию; выявить требования, предъявляемые к микрошлифам; выполнить необходимые этапы процесса получения шлифа.

Основными методами исследования структуры материалов являются

световая и электронная микроскопия. Методы исследования материалов с помощью оптических микроскопов позволяют наблюдать структуру специально подготовленных образцов (микрошлифов) при увеличениях от 30 – 50 до 1500 – 1800. Этот анализ позволяет установить связь химического состава, условий производства и обработки сплава с его микроструктурой и свойствами.

Качественный микрошлиф должен отвечать ряду требований: • Прежде всего, он должен быть представительным для структуры и

свойств изучаемого объекта (детали). • Вырезка, шлифование и полирование образца должны осуществляться

таким образом, чтобы на его поверхности оставался минимальный слой деформированного металла.

• На поверхности шлифа не должно быть царапин, рисок, ямок и загрязнений.

• В процессе приготовления шлифа не должно происходить выкрашивания неметаллических включений карбидных и других фаз.

• Кроме того, поверхность шлифа должна быть достаточно плоской, чтобы его можно было рассматривать при больших увеличениях.

Рис.1. Исследуемые гнутые профили с покрытиями

83

Требования к качеству шлифов, изучаемых на автоматических микроскопах для количественного анализа повышенные.

Методика проведения микроанализа: • 1. Вырезка образца (не обязательно). • 2. Закрепление образца или монтирование (не обязательно). • 3. Шлифовка. • 4. Полировка. • 5. Травление (выявление микроструктуры). Вырезка образцов была проведена в соответствии с соблюдением

определенных мер предосторожности, чтобы не вызвать изменения структуры из-за наклепа или нагрева. Для удовлетворительной резки, обеспечивающей отсутствие прижогов и значительного деформационного повреждения поверхности, важно выбрать соответствующий круг и режим резания. Для резки сталей предпочтительнее использовать круги с абразивными частицами из Аl2О3, а для резки цветных металлов – круги с частицами SiC.

Так как в случае с исследованием профилей с покрытием, действие нагрева и давления при запрессовке может привести к нежелательным изменениям структуры или вызвать деформацию образцов, то была использована холодная заделка образцов с помощью эпоксидной смолы. Этот метод не требует специального оборудования и позволяет одновременно устанавливать в оправку несколько образцов. В данной работе образцы устанавливали в металлические втулки и заливали смесью эпоксидной смолы с отвердителем.

После получения плоской поверхности образец шлифуют бумажной шлифовальной шкуркой вручную или на шлифовальных станках. При механическом шлифовании шкурку закрепляют на вращающемся круге с помощью зажимных колец или клеевого покрытия на обратной стороне шкурки, а образец прижимают к шкурке вручную или устанавливают в зажимное приспособление станка. Шлифование проводят, используя наждачную бумагу нескольких номеров с последовательно уменьшающейся зернистостью. Во время шлифования на каждой шкурке следует сохранять одно и то же положение образца, чтобы все риски на его поверхности были параллельны. При переходе к шкурке следующего номера направление шлифования изменяют на 90° и проводят его до полного удаления всех рисок, образовавшихся во время предыдущей операции. Важная задача шлифования – достижение минимальной толщины слоя деформированного металла, чтобы последние его следы можно было удалить последующим полированием. Глубина царапин и толщина слоя деформированного металла под царапинами уменьшаются с уменьшением размера абразивных частиц. Для оценки качества шлифования можно исследовать поверхность образца при переходе от одной ступени к другой под микроскопом.

Полирование служит для удаления мелких рисок, оставшихся после шлифования, и получения гладкой зеркальной поверхности шлифа. В ходе данного исследования был применен механический метод полирования на вращающемся круге с натянутым полировальным материалов, на который непрерывно или периодически наносят очень мелкий абразив в виде суспензии, разведенной в воде. Важное условие получения качественных шлифов – тщательное соблюдение чистоты при полировании. После каждой операции приготовления шлифа образец необходимо тщательно промывать под струей

84

воды, чтобы исключить загрязнение полировального круга абразивными частицами и продуктами резания, внесенными с предыдущих операций.

Большинство способов выявления микроструктуры сводится к выявлению

границ между фазами, к получению рельефа на поверхности зерен и окрашиванию фаз или структурных составляющих. При этом удается выявить качественное различие фаз, двойниковые образования, блочную структуру и ориентировку зерна относительно плоскости шлифа и взаимную ориентировку зерен. В данной работе было применено химическое травление растворами. Способ нанесения травящего реактива выбирается в зависимости от его состава и состава сплава. Применяется погружение образца полированной поверхностью кверху или книзу, втирание ватой, смачивание поверхности из капельницы или пипетки. На рисунке 2 представлены фотографии полученных шлифов, на рисунке 3 представлены фотографии микроструктуры исследуемых профилей.


1. Методы исследования материалов и процессов. Часть2.: учеб.пособие/ В.Н.Арисова/ВолгГТУ. – Волгоград, 2008. – 96 с.

2. Приготовление образцов для металлографического исследования микроструктуры.:Методические материалы к выполнению лабораторных работ по металлографии/С.В. Литовченко, Е.А. Доценко, С.Ю. Кочетова/Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина. – Харьков, 2011. – 14 с.

Рис.2. Подготовленные шлифы для исследования структуры профилей

Рис.3. Фотографии структуры профилей с покрытиями

85

УДК 621.981 ПОДХОДЫ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ ИЗ МАТЕРИАЛА С ПОКРЫТИЕМ МЕТОДАМИ ИНЖЕНЕРНОГО АНАЛИЗА М.В. Илюшкин

На АО “Ульяновский НИАТ” используется программа динамического анализа LS-DYNA, позволяющая моделировать процесс изготовления гнутых профилей различного поперечного сечения. Данное моделирование позволяет получить значения НДС в любой точке заготовки и энергосиловые параметры процесса. Программа также показывает возникновение дефектов, в случае их наличия.

Одним из научных направлений, развиваемых на предприятии, является разработка технологических схем для изготовления профилей из материалов с покрытием. Поэтому, одним из направлений моделирования является моделирование процессов изготовления профилей с покрытием.

Сложности с которыми сталкиваются инженеры исследователи связаны с малыми размерами покрытий (5-50 мкм), а также влиянием адгезионных составляющих, которые надо учитывать в существующих моделей материала для адекватного моделирования.

Нужно отметить, что в последнее время накоплен достаточный опыт для моделирования таких задач и подходы для их решения. К примеру были смоделированы следующие процессы:

- определение контактных напряжений со стороны инструмента на заготовку (рис. 1а) [1], сравнивая эти напряжения с допустимыми можно определить нарушится покрытие или нет;

- определение величин деформаций по зонам сгиба (рис. 1б) [2], аналогично сравнивая эти деформации с допустимыми можно определить нарушится покрытие или нет.

а б

Рис. 1. Моделирование контактных напряжений (а) и величин

деформации (б) при формообразовании гнутых профилей

86

Было проведено непосредственное моделирование заготовки с покрытием (рис. 2) [3], где в качестве допущений было принят идеальный адгезионный слой.

а б Рис. 2. Моделирование процесса обжатия трубной заготовки с покрытием (а) и

практическое испытание (б) Одной из задач, решаемой в настоящее время является моделирование

процесса проката материала с покрытием в роликах с целью изучения НДС по сечению заготовки. Варианты моделирования следующие:

- идеальная склейка слоев подложки и покрытия; - введение адгезионного слоя путем моделирования контакта с

возможностью разрушения или моделирование отдельным материалом. Испытание покрытие на отслаивание – один из методов испытания по

ГОСТ 28966.2-91, моделирование данного процесса позволяет ввести параметры клеевого слоя и сравнить с реальным испытанием (рис. 3).

а б

Рис. 3. Моделирование процесса отслаивания пленочного покрытия при

моделировании (а) и на практике (б)

87

Описанные выше подходы к моделированию материалов с покрытием позволяют приблизится к более детальному моделированию процессов изготовления гнутых профилей из таких материалов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Илюшкин М.В., Филимонов В.И., Марковцева В.В. Моделирование контактных взаимодействий роликового инструмента с полкой профиля швеллерного типа при изготовлении гнутых профилей методом интенсивного деформирования // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 16, № 1(2), 2014 – с. 397-400.

2. Илюшкин М.В., Марковцева В.В. Проблемы сохранения покрытия при изготовлении гнутых профилей с элементами двойной толщины // Современные технологии в машиностроении и проблемы исследования и проектирования машин. Сб. статей. 18-ой Международной научно. -практич. конф.- Пенза: Изд-во ПДЗ, 2015.-с. 30-33.

3. Илюшкин М.В. Моделирование контактного взаимодействия инструмента и трубной заготовки в процессе формования профиля // Вузовская наука в современных условиях: Тез. докл. 45 науч.- техн. конф. УлГТУ (24 янв. – 29 янв.). – Ульяновск: УлГТУ, 2011. – с. 52.

УДК 621.981 АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПРОФИЛИРОВАНИЯ ГНУТОГО ПРОФИЛЯ НА ПРИМЕРЕ ПРОФИЛЯ “СОЕДИНИТЕЛЬ ПАНЕЛИ УАЗ” Ф.Х. Халилов

Внедрение автоматизации на производстве имеет важное значение на современном этапе развития машиностроения при становлении рыночных отношений. Основой производственных процессов являются автоматизированные технологические процессы, которые обеспечивают высокую производительность и необходимое качество изготовляемых изделий.

Целью проведения данной работы являются: повышение уровня производительности труда, повышение качества выпускаемой продукции, уменьшение количества брака, экономия трудовых ресурсов, повышение культуры производства, повышение конкурентоспособности предприятия.

Объектом исследования в данной работе была номенклатура профилей для автомобилей УАЗ: соединитель панели. Существующие способы не позволяли проводить автоматизацию процесса из-за нажатия концевого упора и остановки станка и ручного снятия детали со стола. Это увеличивает время изготовки профиля.

Одним из способов увеличения производительности является автоматизация процесса, путем применения механического упора и сбрасывающего механизма позволяющие без остановки станка производить рубку детали и сбрасывать ее в контейнер. При этом этот процесс происходит без участия человека.

Способом достижения автоматизации является разработка и установка платформы с упором и сбрасывающим механизмом на пресс пневматический (рис. 1).

88

Рис 1. Пресс пневматический: 1- профиль, 2- упор, 3- сбрасывающий

механизм, 4- каретка, 5- штамп отрубной, 6- платформа. Данная установка показана на рис. 1 она состоит из штампа отрубного (5)

который установлен на пресс пневматический, на данный пресс так же установлена платформа (6) на которой находится упор (2) и сбрасывающий механизм (3).

Процесс проката профиля проводится на стане ГПС – 350М6, при движении профиль 1 достигает упор 2 (выставленный в нужной точке для достижения необходимого размера), тем самым толкает каретку 4, которая в свою очередь наезжает на концевик подающий сигнал на штамп отрубной 5, после отрубки срабатывает сбрасывающий механизм 3 отталкивающий профиль с упора, после чего каретка возвращается в исходное положение и процесс повторяется заново.

Все это позволяет значительно ускорить процесс изготовления профиля, снизить количество брака в следствии чего экономический эффект составляет за счет экономии металла около 40000 рублей в год, а так же значительно снижена производственная нагрузка по дополнительным операциям отрубки профиля.

Одним из недостатков применения технологии рубки ножом является отход. В настоящее время производится разработка штампа со сдвигом матрицы, который позволяет полностью исключить отход во время рубки детали.

В результате проделанной работы данная технология успешно используется на производстве в АО «Ульяновский НИАТ».

89

УДК 621.981 О СХЕМАХ ФОРМОВКИ ОБРАМЛЕНИЯ ВОЗДУХОВОДА А.В Филимонов, В.И. Филимонов

Неуклонное расширение номенклатуры многоэлементных профилей сложной конфигурации, применяемых в промышленности и строительстве, требует совершенствования технологии производства таких профилей. Для мелкосерийного производства гнутых профилей целесообразно использовать метод интенсивного деформирования (МИД) [1], который имеет особенности по сравнению с традиционным профилированием: а) использование меньшего числа переходов; б) особые схемы формообразования; в) применение формующих роликов с замкнутым контуром; г) применение натяга кромок заготовки; д) совмещённая с формообразованием правка. Разработка технологии МИД предусматривает следующие этапы: расположение профиля в чистовой клети, определение базового элемента и оси профилирования, расчёт числа переходов, разработка схемы формообразования, выбор оборудования, проектирование процесса, изготовление оснащения и его отладка, внедрение.

Цель работы – анализ этапов проектирования, завершающихся разработкой схемы формообразования профиля на примере трёх профилей обрамления воздуховодов (называемых «шинорейками»).

Первоначально (в 2007 году) осваивали профиль шинорейки размерами 29х24х7х0,7 мм, конфигурация которого подобна конфигурации профиля рис. 1б, за исключением «носка», который имел треугольный вид. Для производства этого профиля была принята схема, включающая 16 переходов с постепенным поворотом базового элемента, начиная с пятого перехода. Число переходов определяли экспертно, исходя из предшествующего опыта освоения многоэлементных профилей и используя все клети профилировочного модульного станка СПУ-400К16-65 разработки и производства ООО «Спецтехнология» (г. Ульяновск). Отработка схемы формообразования потребовала пересмотра 11 из 16 пар роликов при проведении экспериментальных работ. В начальном варианте поворот базового элемента (нижняя горизонтальная часть) не производили, однако формовка элемента двойной толщины «носка» профиля и смыкание стенок потребовали поворота базового элемента в сторону меньшей по высоте полки на 20˚. В результате выполненных работ был получен кондиционный профиль, качество которого соответствовало требованиям заказчика технологии.

В 2010 г. был освоен профиль шинорейки размером 20х27х8,5х0,7 мм (рис. 1а), отработка схемы формообразования которого также потребовала

Рис. 1. Сечения профилей обрамления воздуховодов: а) – профиль 20х27х8х0,7мм; б) – профиль 29х32х9х0,7 мм

90

значительного объёма экспериментальных работ по предотвращению дефектов профиля типа недоформовки сечения по высоте или ширине, излома или переформовки элемента двойной толщины («носок» профиля) и т.д. Схема формообразования потребовала 14 технологических переходов.

Устраняемые дефекты и виды работ по совершенствованию схемы формообразования даны в нижеприведенной таблице.

Изменение конфигурации рабочих калибров Устраняемый дефект профиля 1. Проточка верхних роликов 10-14 переходов на 0,4 мм в зоне ЭДТ

Излом элемента двойной толщины (ЭДТ)

2. Замена 7, 8 и 9 переходов (с боковыми роликами) на горизонтальные пары роликов с закрытым контуром

Недоформовка профиля

3. Разведение рабочих валов на 7 – 13 переходах на 0,35 мм

Переформовка ЭДТ

4. Изготовление и применение межклетьевых проводок (вертикальных роликов) между переходами 11 и 12, а также 12 и 13

Устранение потери устойчивости полки размером 27 мм

5. Проточка верхних роликов 10 – 14 переходов на 1 мм на диаметр в зоне формовки подгибаемой горизонтальной полки

Увеличение внутреннего зазора между горизонтальными полками

6. Проточка верхних роликов 12 – 14 переходов на 2 мм в зоне поджатия в торец

Устранение смятия периферийного элемента размером 3,5 мм на меньшей по высоте полке

Обобщение опыта проектирования и отработки технологического

оснащение позволило разработать более формализованную процедуру создания технологии аналогичных профилей. Во-первых, были разработаны рекомендации по расположению профиля в чистовом переходе и выбору базового элемента и оси профилирования [1]. При этом в качестве базового элемента берут донную часть профиля (в отсутствие поворота сечения) или одну из зон изгиба (при повороте сечения в процессе формообразования), а подгибку элементов осуществляют сбалансированно с обеих сторон, что можно установить по соотношениям протяжённости зоны плавного перехода [1]. Во-вторых, при производстве полузакрытых многоэлементных профилей к заготовке имеется односторонний доступ, а формовка ряда элементов происходит по схеме изгиба консольной балки, что приводит к произвольной формовке зон изгиба и к потере устойчивости заготовки. С этой целью рекомендуется формовать на первом переходе технологические рифты по местам будущих зон изгиба для повышения жёсткости заготовки на промежуточных переходах и более четкого позиционирования указанных зон [1]. В-третьих, формализована процедура определения числа переходов для многоэлементных профилей [2], которая дается зависимостью:

91

23

в

nTk

s

W

H

LN s

м,

где – смещение кромки или характерной угловой зоны в вертикальной плоскости, содержащей оси рабочих валов клети последнего перехода, по отношению к соответствующим точкам плоской заготовки, мм; Lм –межклетьевое расстояние профилировочного станка, мм; – предельный угол «стеснения» заготовки, рад.; H, W – высота и ширина сечения профиля соответственно, мм; s – приведённая толщина профиля; k – квалитет сечения профиля; Т – допуск размера сечения для квалитета k, мм; s, в – пределы текучести и прочности материала заготовки, МПа; n – число зон изгиба профиля; ξ – суммарный угол подгибки полки, несущей периферийный элемент, рад.

Указанные исследования позволили создать технологию производства профиля обрамления воздуховода 29х32х9х0,7 мм для электротехнической промышленности (рис. 1б), для которого расчёт числа переходов даётся графической зависимостью рис. 2, а схема формообразования и схемы роликовых калибров приведены на рис. 3. Отработка технологии не потребовала изменения конструкции технологического оснащения как в предыдущих случаях. Качество профиля удовлетворяло требованиям к нему по чертежу.

Рис. 2. Определение числа переходов для профиля 29х32х9х0,7 мм: 1 -3 – ξ = π/2; π и 3π/2 соответственно

92

Рис. 3. Схема формообразования и валковые калибры профиля 29х32х9х0,7 мм Применение результатов исследований позволило снизить затраты

проектирования и отработки оснастки на 42% по отношению к существовавшей процедуре создания технологий профилирования.


1. Лапин В.В., Филимонов С.В., Филимонов В.И. Предельное формообразование гнутых профилей на профилировочных станках // Вестник Концерна ПВО «Алмаз-Антей», 2015, № 2. – с. 41 – 48. 2. Лапин В.В., Филимонов В.И., Лапшин В.И., Филимонов С.В. Расчёт числа технологических переходов при профилировании заготовки методом интенсивного деформирования. // Заготовительные производства в машиностроении, 2014. №2. – С. 24 – 28. УДК 621.981 КОНСТРУКЦИЯ ПРЕССА ДЛЯ ОТРЕЗКИ ПОЛУЗАКРЫТЫХ ПРОФИЛЕЙ А.В. Филимонов, В.И. Филимонов

Увеличивающийся сегмент рынка оборудования, в частности, отрезных

устройств, предназначенных для работы в составе автоматизированных линий, часто требует разработки указанных отрезных устройств для номенклатурно-ориентированных линий профилирования. Особенность состоит в том, что конфигурация таких устройств в значительной степени зависит от типоразмеров профилей, для изготовления которых предназначена линия, и от минимальной длины требуемых профильных деталей. С целью минимизации производственных затрат и обеспечения качества выпускаемой продукции

93

целесообразно разрабатывать отрезные устройства под каждый тип автоматизированных линий профилирования [1], производительность которых составляет от 10 до 30 м/мин. Отрезка профиля обычно осуществляется в движении. Схема отрезки включает: 1. Зажим движущегося профиля в матрице, смонтированной на подвижной каретке штампа; 2. Отрезка профиля вертикальным движением ножа; 3. Возврат ножа в исходное положение; 4. Возврат подвижной каретки штампа в исходное положение. Привод ножа и каретки может быть гидравлическим или пневматическим. В редких случаях возврат каретки может быть механическим, за счёт использования грузов или пружин. При производстве тонкостенных полузакрытых профилей небольших сечений используют преимущественно пневматическую отрезку. Параметры отрезного устройства и штампа (диаметр и длина пневмоцилиндров, длина хода подвижной каретки и др.) должны обеспечивать отрезку профиля наибольшего сечения из заданной номенклатуры при требуемой минимальной длине детали с учётом скорости профилирования. Система управления отрезкой должна предусматривать отработку временных тактов, указанных в табл. 1. Если такты поз. 1, 4, 6, 8 и 10 в табл. 1 обусловлены параметрами схемы управления и первичных преобразователей, то время такта по другим позициям зависит от реализации отрезного устройства и штампа. При создании новых отрезных устройств их элементы и штампы подлежат расчёту и оптимизации, где в качестве исходных данных выступают типоразмер профиля, его материал, тактовое время каждого из основных движений при естественных ограничениях на размеры конструкции.

В качестве примера реализованной разработки на рис. 1 дана конструкция разработанного отрезного пневматического пресса [2] для автоматизированной линии среднего типа, а также его пневматическая схема. В прессе используется штамп для разделительных операций [3], снабжённый направляющим устройством и передвижной кареткой с колёсами, содержащей связанные колонками верхнюю и нижнюю подвижные плиты, причём, колёса установлены в направляющие рельсы на верхней неподвижной плите, и на нижней неподвижной плите штампа, при этом на верхней подвижной плите передвижной каретки установлен пуансонодержатель с пуансоном, а на нижней подвижной плите передвижной каретки закреплён матрицедержатель с матрицей, причем передвижная каретка выполнена с возможностью горизонтального перемещения вперёд и с возможностью возврата в исходное положение посредством пневмоцилиндра, штамп снабжен электронным устройством, выполненным с возможностью синхронного перемещения ленточной заготовки и перемещающейся с передвижной кареткой матрицей со временем вырубания заготовки пуансоном и возврата его в исходное положение.

Таблица 1 Циклограмма работы отрезного устройства

Номер позиции

Время такта

Содержание такта отработки

1. t1 Проверка наличия признака конца предыдущего цикла (при первом включении присутствует по умолчанию), обработка сигнала на отрезку (от счётчика метража или концевого выключателя), включение цикла

2. t2 Зажим каретки

94

Рис. 1. Пневматический отрезной пресс в составе линии (слева) и принципиальная пневматическая схема отрезного пресса (справа)

В табл. 2 приведены стандартные комплектующие пневматической системы.

3. t3 Цикл движения каретки вперёд 4. t4 Проверка зажима и включение прямого хода

ножа 5. t5 Прямой ход ножа 6. t6 Проверка конца прямого хода и включение

обратного хода ножа 7. t7 Обратный ход ножа 8. t8 Проверка возврата ножа и включение обратного

хода каретки 9. t9 Возврат каретки 10. t10 Обработка сигнала возврата каретки, выработка

признака конца цикла tцикла tцикла = сумма t1 – t10; t3 = t4+ t5+ t6+ t7

95

Таблица 2 Стандартные комплектующие пневматической системы отрезного пресса

Наименование Обозначение Наименование Обозначение 1.Пневмоцилиндр 40M4L250A0080 13. Манометр М043-Р10 3.Блок подготовки воздуха

MC 202-E-25 16. Фитинг S6510 14-1/2

4.Пневмораспре- делитель

452C-015-22 19. Фитинг S6520 14-1/2

6. Клапан быстрого выхлопа

VSC 522-1/2 20 и 22. Фитинги 2601 17-1/8 и 2601 17-1/2

8.Разъем 122-800 23. Уплотнительное кольцо

2651 ½

9. Соленоид U73 25. Трубка TRN 14/12 12. Глушитель 2901 ½ 29. Ресивер R5320-35130

Табл. 3 даёт основные технические характеристики пневматического пресса для автоматической отрезки профиля.

Таблица 3

Технические характеристики пневматического пресса

Параметр и его размерность Величина Наибольшая шиpина отpезаемой детали, мм 420 Наибольший ход пуансона, мм 80 Сила на пневмоцилиндpе, кН 30,6 Скоpость пеpемещения каpетки, м/с 0,13 Наибольший ход каpетки, мм 200 Рабочее давление в пневмосистеме, МПа 0,4-0,6 Максимальная толщинаобpабатываемогоматеpиала, мм 2,5 Поперечная регулировка пресса, мм 60 Вертикальная регулировка пресса, мм 40 Габаpитные pазмеpы штампа:

длина, мм 830 шиpина, мм 942 высота, мм 1450

Масса станка, кг 420

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Филимонов С.В., Филимонов В.И., Филимонов А.В. Автоматизированные

линии производства гнутых профилей / С.В. Филимонов, В.И. Филимонов, А.В. Филимонов // Заготовительные производства в машиностроении, 2008, № 4. – С. 39–44.

2. Патент РФ на полезную модель № 49744, МПК7 B21 D 22/02. Пресс пневматический для разделительных операций / Литвинов В.А.,Зарубин Д.П., Филимонов С.В., Лапшин В.И., Филимонов А.В. – Опубл. 10.12.2005. Бюл. № 34.

3. Патент РФ на полезную модель № 44553, МПК7 B21 D 22/02 Штамп для разделительных операций / Литвинов В.А., Зарубин П.И., Зарубин Д.П., Филимонов С.В., Лапшин В.И. – Опубл. 27.03.2005. Бюл. № 9.

96

УДК 621.981 УСТАНОВЛЕНИЕ СТЕПЕНИ АСИММЕТРИИ НЕСИММЕТРИЧНОГО ПРОФИЛЯ А.В. Филимонов, В.И. Филимонов

При разработке технологии производства гнутых профилей, в частности, схем формообразования и схем правки важно знать степень асимметрии профиля, поскольку последняя влияет как на назначение углов подгибки элементов, так и на конструкцию правильной оснастки и настройку правильного устройства [1].

До настоящего времени в отечественной библиографии по профилированию вопросу о степени асимметрии профиля практически не уделялось внимания. Хотя его приложение могло бы иметь место как в технологии (определение числа переходов, разработка схем формообразования и правки), так и в конструировании с использованием гнутых профилей (задание внешних нагрузок, учёт перерезывающих и скручивающих сил). Возможные критерии для выработки указанного критерия асимметрии сведены в таблицу.

Наименование

критерия Описание критерия Примеча-

ния 1. Пондо-геометрический, по базовому элементу

Относительное смещение центра тяжести сечения профиля относительно центра базового элемента

Конструктивный

2. Геометрический сравнительный

Отношение обобщённых геометрических параметров левой и правой части профиля (местных габаритов) без учёта базового элемента


3. Пондометрический сравнительный (фактически, геометрический, по ширине развёртки слева и справа от базового элемента)

Отношение весовых параметров левой и правой части профиля за вычетом базового элемента


4. Пондо-геометрический, сравнительный

Сравнение размерно-весовых параметров элементов или их совокупности (слева и справа)


5. Зонный По числу зон изгиба слева и справа от базового элемента


6. Угловой Отношение углов подгибки элементов слева и справа. Разновидности: - по углам подгибки несущих полок; - по фиктивным углам подгибки псевдоэлементов (определяются по двум точкам: зоне изгиба у базового элемента и торцу заготовки)


97

7. Трансляционный (линейных перемещений)

При формообразовании, отношение перемещений торцов левой и правой части. Разновидности: - по горизонтальным проекциям; - по вертикальным проекциям; - по абсолютной величине перемещения

Технологический

Казалось бы, большинство из возможных подходов к определению

коэффициента асимметрии базируется на конструктивных признаках, как это следует из вышеприведенной таблицы, однако в реальности в основе определения коэффициента асимметрии всё же лежит первичный технологический признак: расположение профиля в чистовой клети профилировочного станка. Если, например, для несимметричного швеллера его расположение в чистовой клети станка очевидно, то для более сложного профиля (например, «косяка» двери) возможны различные варианты расположения сечения (рис. 1). Дизайнер, разрабатывающий конструкцию сечения профиля, выберет, скорее всего, вариант двухмерного изображения сечения 2, 5 или 6 (см. рис. 1), где один из линейных элементов параллелен горизонтальной оси. Не исключён, однако, и вариант расположения профиля по отношению к горизонтали так, как он будет расположен в конструкции, но такое встречается не часто. Тот же профиль (рис. 1) используется в качестве горизонтального и вертикального элемента в конструкции двери, так что его положение в конструкции не даёт однозначного расположения на чертеже. Правильное расположение сечения профиля в чистовой клети профилировочного станка уже в себе самом содержит приближение конфигурации несимметричного профиля к симметричному (положение 8 на рис. 1). Симметрия здесь определяется по отношению к вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости рисунка. С точки зрения технолога, такая плоскость должна содержать в себе ось профилирования.

На рис. 2 приведены экспериментально отработанные конфигурации профилей с их правильным расположением в чистовой клети станка и с указанием положения оси профилирования и базового элемента, а на рис. 3 представлены схемы формообразования указанных профилей [1].

Анализ рис. 3 показывает, что кроме

Рис. 1. Варианты расположения сечения профиля «косяк» на чертеже или в чистовой клети станка

Рис. 2. Положения некоторых профилей в чистовой клети стана с указанием базового элемента и оси профилирования

98

зонного коэффициента асимметрии (п. 5 вышеприведенной таблицы), во всех других случаях коэффициент асимметрии, устанавливаемый для конфигурации каждого перехода, будет изменяться от перехода к переходу. Но даже и зонный коэффициент асимметрии для переходов может изменяться при формообразовании, если угловые зоны формуются не одновременно, а последовательно. Кроме того, зонный коэффициент, по-видимому, не вполне отражает факт асимметрии. Так, рис. 2а, в котором был бы удалён рифт левой части, мог бы дать коэффициент асимметрии, равный единице, т.е. симметричный профиль с технологической точки зрения. В принципе, дело обстоит именно так, если рассматривать перемещения торцов заготовки. Однако рифт добавляет три зоны изгиба в левую часть профиля, что делает его существенно асимметричным, что, с технологической точки зрения, неверно, поскольку формовка небольшого рифта практически не влияет ни на число переходов, ни на схему формообразования. Поэтому зонный коэффициент асимметрии следует отвергнуть.

Угловой коэффициент асимметрии также следует отвергнуть, поскольку для некоторых конфигураций сечений он может давать отрицательные значения (например, профили б) и в) на рис. 2).

Анализ коэффициентов асимметрии 1 – 4 из вышеприведенной таблицы показывает, что они также малопригодны для оценки асимметрии профиля.

По-видимому, наиболее приемлемым мог бы быть трансляционный коэффициент асимметрии, который отражает соотношение перемещений левого и правого торца в процессе формообразования. При этом, использование проекций перемещений торцов заготовки только на одну из осей приводит к противоречию. Например, если взять проекции перемещения торцов заготовки на горизонтальную ось, то для неравнополочного швеллера обе проекции перемещения окажутся нулевыми.

В первом приближении можно более подробно рассмотреть соотношение абсолютных перемещений торцов заготовки (фактически, длин их траекторий). В некоторой степени именно соотношение перемещений торцов для гладких траекторий характеризует асимметрию профиля в технологическом смысле (рис. 4а,б). Однако для негладких траекторий (рис. 4в,г) более правильный подсчёт асимметрии можно было бы получить сложением перемещений по переходам (т.е. вычислением длины траекторий торцов). Изложенный подход мог бы быть приемлемым, но априори траектории торцев неизвестны, а

Рис. 3. Схемы формообразования профилей: а – розеточная; б – г – линейные

99

известны лишь их перемещения, поэтому требуется вводить некоторые модификаторы (комбинации углов, размерные параметры и т.д), что может быть предметом последующих исследований.


1. Филимонов А.В., Филимонов С.В. Изготовление полузакрытых гнутых профилей в роликах методом интенсивного деформирования / Под ред. проф. В.И. Филимонова. – Ульяновск: УлГТУ, 2010. – 206 с.

УДК 621.981 ВЛИЯНИЕ ТИПА ЭЛЕМЕНТА ЖЁСТКОСТИ НА ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ И.В. Кокорина, В.И. Филимонов

Широкое применение гнутых профилей в последние годы вызвало необходимость использования метода интенсивного деформирования (МИД) для их мелкосерийного производства [1]. При этом конфигурации профилей усложняются за счёт введения различных элементов жёсткости, которые могут быть расположены в донной части или на подгибаемых полках.

Типы элементов жёсткости можно классифицировать как это показано в нижеприведенной таблице.

Тип элемента Эскиз Примечание

1. Подсечка

С криволинейным сбегом, со сбегом с прямолинейным участком

2. Отбортовка

Прямая, под углом, с поднутрением

3. Элемент двойной толщины (ЭДТ)

Вовнутрь, вовне; разновидности: прямой, каплеобразный, с зазором или без зазора

4. Элемент тройной толщины

Вовнутрь, вовне; разновидности с концевым участком вовнутрь на полную или неполную длину

Рис. 4. Траектории торцов профиля в розеточных схемах

100

Тип элемента Эскиз Примечание 5. Дуговой элемент

Вовнутрь, вовне; с положительной или отрицательной кривизной по длине

6. Кольцевой элемент

Вовнутрь, вовне; с прямым или изогнутым сопряжением

7. Петельный элемент

Вовнутрь, вовне; прямой, сваленный

8. Продольный рифт

Единичный, множественный (одного или разного размера и типа); вовне, вовнутрь, в их сочетании; разделение по виду (прямоугольные, трапециевидные, треугольные, полукруглые, комбинированные)

9. Поперечный рифт

Вовнутрь, вовне; прямоугольные, трапециевидные, треугольные, полукруглые; разновидность: пуклёвки указанных форм без выхода на кромку

10. Рифлёная кромка

Зубчатые рифли, мелкий гофр

11. Изогнутый элемент двойной толщины

Вовне, вовнутрь Пример – профиль обрамления двери [1]

12. Комбинированный элемент жёсткости

Сочетания: отбортовка с рифтом и дуговым элементом (верхний); подсечка с отбортовкой (средний); отбортовка с ЭДТ и продольным рифтом (нижний) и т.д.

Наличие элементов жёсткости, их размерные параметры и их

расположение существенно влияют на схему формообразования профиля. Данный вопрос отдельно практически не рассматривался в работах по профилированию, хотя влияние элементов жёсткости заданных типоразмеров на технологию изучалось при разработке технологии производства конкретных профилей. Если краевые элементы жёсткости были рассмотрены в работах [1, 2], то элементам жёсткости, расположенным в донной части профиля, до настоящего времени не уделялось достаточного внимания.

На примере элементов жёсткости, расположенных в донной части профиля, рассмотрим их влияние на схемы формообразования. Во-первых, выполним первичную классификацию рифтов (рис.1) на основе п. 8 вышеприведенной таблицы.

101

Рис. 1. Классификатор рифтов в донной части профиля

Рифты в донной части можно подразделить на единичные,

множественные и гофры. Хотя гофры можно было бы отнести к множественным рифтам, однако горизонтальная ось симметрии первых обычно лежит в плоскости дна, а для множественных рифтов это не характерно. Кроме того, введённая позиция «гофр» закрывает случай периодического расположения множественных рифтов «вовнутрь» и «вовне», что исключает необходимость рассмотрения смешанного расположения рифтов по отношению к плоскости дна профиля.

В классификаторе рис. 1 представлены только наиболее распространённые виды рифтов, хотя на практике встречаются элементы жёсткости донной части профиля в виде элемента двойной толщины (например, направляющая шкафов-купе, выполненная в виде Ш-образного профиля с внутренним элементом двойной толщины). Однако ЭДТ является самостоятельным элементом жёсткости, не относящимся к рифтам. Отметим, что размерные параметры рифтов не включены в рассматриваемый классификатор, хотя влияние этих размеров на схему формообразования весьма существенно.

Схемы формообразования единичного и множественного рифта в донной части узкого профиля различаются лишь в зависимости от степени боковой утяжки материала, обусловленной размерами рифтов, которые могут формоваться с первых переходов. Однако формовка в первых переходах одиночного рифта в дне профиля с широким дном приводит, как правило, к

102

неисправимым дефектам: формовка рифта большого размера ведёт к «развалу» профиля (выпучиванию участков дна и деформации и/или излому подгибаемых полок), а формовка рифта небольшого размера вызывает его излом в донной части (при выпучивании, связанном с влиянием подгибаемых полок). В целом, наличие рифтов в донной части профиля диктует необходимость применения более «мягких» режимов подгибки полок, чем при производстве профиля с теми же размерами основных элементов и гладким дном.

Тип рифта также оказывает влияние на режим формовки. Если полукруглые (особенно множественные) рифты можно формовать перетяжкой материала, то рифты с малыми радиусами изгиба часто приходится формовать последовательно, одновременно с подгибкой полок. Причём последовательность формовки зависит от размеров, топологии рифтов и ширины дна. В случае широкого дна рекомендуется равномерная формовка рифтов [3] или первоначально крайних, во избежание «развала» профиля. Способы формовки также могут быть различными: с боковой утяжкой или с предварительным набором материала и последующей осадкой. При малых межклетьевых расстояниях профилировочного станка наличие рифтов в донной части профиля ведёт к увеличению числа переходов.

Расположение рифтов на дне профиля «вовне» или «вовнутрь» с точки зрения формовки представляется почти эквивалентным, однако при расположении «вовне» требуется увеличивать размеры формующих роликов на высоту наибольшего по высоте рифта. Формовка в роликах большего диаметра более благоприятна, однако повышается стоимость технологического оснащения, а в ряде случаев ограничением может служить максимальное межосевое расстояние профилировочного станка.

Таким образом, тип рифта и его параметры могут существенно влиять на технологичность профиля в сторону её снижения.


1. Филимонов А.В., Филимонов С.В. Изготовление полузакрытых гнутых профилей в роликах методом интенсивного деформирования / Под ред. проф. В.И. Филимонова. – Ульяновск: УлГТУ, 2010. – 206 с.

2. В.И.Филимонов, С.В. Филимонов, С.А. Карпов, Кокорина И.В. Технологичность конструкции и производства гнутых профилей // Справочник. Инженерный журнал, 2015, № 8. – С. 11 – 17.

3. Филимонов С.В., Лапин В.В., Филимонов В.И., Айнуллов А.И. Формообразование в роликах широких профилей с гофрированным дном и периферийными фальцами // Заготовительные производства в машиностроении, 2013, № 6. – С. 20 – 25.

103

УДК 621.981. 21 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЕЙ ИЗ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК В СВЕЖЕЗАКАЛЕННОМ СОСТОЯНИИ ДЛЯ ПАНЕЛЕЙ ФЮЗЕЛЯЖА САМОЛЕТА МС-21 В. А. Марковцев, М. В. Илюшкин, А. Г. Попов

С учетом современных тенденций в самолетостроении в конструкции

фюзеляжа самолета МС-21 применяются панели, в которых обшивки соединены со стрингерами и шпангоутами из высокопрочных алюминиевых сплавов. Стрингеры этих панелей изготавливаются из гнутых профилей производимых гибкой –прокаткой на станках ГПС разработанных и изготовленных АО «Ульяновский НИАТ» [1].

Рис.1. Панели фюзеляжа самолета МС-21. В настоящее время при изготовлении стрингеров панелей фюзеляжа самолета МС-21используется технологический процесс предполагающий выполнение следующих операций: 1. Изготовление профилей гибкой-прокаткой на станках ГПС, 2. Обезжиривание профилей 3. Отрезка профилей на заготовки заданной длины, 4. Закалка заготовок из профилей, 5. Правка заготовок из профилей на растяжных правильных прессах; 6. Изготовление заготовок стрингеров: 6.1.Отрезка технологических припусков для прямых стрингеров, очистка поверхности заготовки;

104

6.2. Продольная гибка профиля на профилегибочном прессе в свежезакаленном состоянии с последующим удалением припуска и очисткой заготовки.

Так как размеры панелей фюзеляжа в самолете МС-21 достигают 7 м, операции правки и закалки заготовок из профилей предполагают использование габаритного термического и правильного оборудования, а также значительных трудозатрат. Все это практически исключает применение данной технологии при серийном производстве панелей фюзеляжа. Более 50% панелей фюзеляжа самолета МС-21 не обладают продольной кривизной и, соответственно, заготовки стрингеры этих панелей не подвергаются продольному изгибу. Это позволяет изготавливать данные заготовки без припуска для зажима в профилегибочных прессах.

Рис. 2. Эскиз поперечного сечения профиля для стрингера..

Для обеспечения серийного производства на АО «Авиастар-СП» предполагается изготовливать профильные заготовки стрингеров в свежезакаленном состоянии для панелей фюзеляжа самолета МС-21 с выполнением следующих операций:

1. Раскрой рулона из состояния М на ленты произвольной длины 2 Зачистка заусенцев по кромке ленты 3 Отрезка ленты заданной длины и намотка ее на специальную катушку

для термообработки 4 Полировка роликовой оснастки и настройка станка ГПС; 5. Закалка ленты на специальной катушке 6 Установка специальной катушки с лентой на станок ГПС и

формообразование профилей в свежезакаленном состоянии 7. Обезжиривание профилей 8. Контроль профиля; 9. Изготовление заготовок стрингеров: 9.1. Очистка поверхности заготовки для прямых стрингеров;

105

9.2. Продольная гибка профиля в свежезакаленном состоянии с последующим удалением припуска и очисткой заготовки.

Данный технологический процесс может быть реализован путем

доработки установленного на АО «Авиастар-СП» станка ГПС-350М6, разработки и изготовления специальных катушек для термообработки, проведения опытно-технологических работ и разработки директивного техпроцесса.

Экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии: - снижение трудозатрат на изготовление профильных заготовок за счет

повышения производительности и исключения операции растяжения профилей; - сокращение расхода материала на изготовление прямых заготовок

стрингеров (а таких заготовок более 50 %) за счет отказа от припусков для операции растяжения.

- уменьшение затрат на использование габаритного правильного и термического оборудования для работы с профильными заготовками до 7,5 м.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Марковцев В.А., Баранов А.С., Илюшкин М.В., Попов А. Г. Изготовление шпангоутов и стрингеров с продольной кривизной из гнутых профилей // Авиационная промышленность, 2013.-№3.-с.32-34.

УДК 621.771

ПЕРСПЕКТИВНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ИНТЕНСИВНОГО

ПРЕССОВАНИЯ ЗАГОТОВОК И ДЕТАЛЕЙ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ

В.Н. Кокорин, А.В. Кокорин, Б.Р. Зиннатов, А.А. Евстигнеев

Разработана прессформа, обеспечивающая повышение эффективности

прессования механических увлажненных смесей и качества деталей, в том

числе, размерной точности.

Прессформа содержит матрицу и пуансон и позволяет существенно повысить размерную точность деталей, имеющих цилиндрическую (либо цилиндрические элементы части общей конструкции детали) форму.

Особенностью является то, что матрица в рабочей части имеет периодическую рельефную с обратным конусом форму; высота отдельного конуса h функционально зависит от угла образующей конуса и регламентированного чертежом 0,5 допуска (∆) на диаметр детали; матрица выполнена секционной.

На Рисунке. 1 (фиг. 1) представлен вид устройства сбоку, на фиг. 2 – вид сверху в характерном сечении

106

Рисунок 1 – Прессформа для прессования порошковых механических

увлажненных смесей при изготовлении высокоплотных цилиндрических изделий: 1 – матрица, 2 – пуансон.

Устройство содержит секционную матрицу 1, пуансон 2. Матрица в

рабочей части имеет периодическую рельефную с обратным конусом форму. Устройство работает следующим образом:

Увлажненный порошок подают в матрицу 1. Прессование осуществляется пуансоном 2 по схеме статического одностороннего осевого нагружения, под действием давления q механическая смесь подвергается уплотнению с реализацией тангенциального перемещения материала и инициацией локализованных сдвиговых деформаций в рабочей части матрицы 1 в отдельных конических элементах рабочей поверхности матрицы, причем ширина а отдельного конуса составляет половину допуска (∆) на диаметр

детали d, т. е.: h .

Перспективным представляется использовать разработанную в рамках настоящего исследования прессформу, конструкция которой позволяет реализовать как осевую, так и тангенциальную составляющую перемещения уплотняемого увлажненного порошка с элементами бокового выдавливания.

Прессформа содержит матрицу и пуансон и позволяет получать строго цилиндрическую форму боковой поверхности детали при обеспечении высокой

107

размерной точности. Особенностью данной прессформы является то, что матрица имеет

ступенчатую форму, при этом диаметр заходной части соответствует:

где h – высота детали, Dд – габаритный размер цилиндрической части детали, α – угол находящийся в диапазоне (10…30 ), - угол естественного скоса.

На рисунке 2 представлена конструкция ступенчатой цилиндрической прессформы.

Рисунок - 2 Прессформа цилиндрическая ступенчатая для прессования

порошковых увлажненных смесей при изготовлении высокоплотных цилиндрических деталей высокой размерной точности: 1 – матрица; 2 – пуансон.

Увлажненный порошок подается в матрицу 1. Прессование

осуществляется пуансоном 2 по схеме одностороннего осевого нагружения. При этом, под действием давления q гетерофазная механическая смесь подвергается уплотнению при реализации тангенциального перемещения материала. При этом, создаются условия, позволяющие инициировать и реализовывать механическую схему нагружения, соответствующую боковому выдавливанию.

На рисунке 3 представлено фото прессформы.

108

Рисунок - 3 Прессформа ступенчатая цилиндрическая На рисунке 4 представлена схема поэтапной динамики прессования

гетерофазной механической смеси на характерных стадиях уплотнения и формообразования.

Рисунок - 4 Характерные этапы формообразования: 1 – первая стадия

уплотнения; 2 – вторая стадия уплотнения; 3 – третья стадия уплотнения; 4- четвертая стадия уплотнения.

Образцы на четвертой стадии уплотнения имеют строго цилиндрическую

поверхность, при этом плотность приближается к плотности теоретического уровня (Q 1%).

109

УДК 621.981 ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ПРОФИЛЯ ЗА СЧЁТ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УПРОЧНЕНИЯ ЕГО ЗАГОТОВКИ И.В. Кокорина, В.И. Филимонов

Широкое применение гнутых профилей в последние годы вызвало необходимость использования технологий интенсивного формообразования, в частности, метода интенсивного деформирования (МИД), применяющего «жёсткие» режимы формообразования, приводящие к кромковой волнистости при подгибке элементов, линиям Чернова-Людерса на подгибаемых полках, неоднородности характеристик прочности по сечению профиля [1].

Предварительный обжим или дрессировка в закрытом калибре, обеспечивающие однородность характеристик прочности профиля по сечению с приданием остаточных напряжений подгибаемым полкам, позволяет предотвратить указанные дефекты [2]. Следовательно, возникает задача выравнивания указанных характеристик с учётом зон изгиба и прямолинейных участков. Ввиду неравномерности этих характеристик по зоне изгиба, необходимо усреднять по угловой зоне параметр упрочнения для выбора требуемой степени обжима исходной заготовки.

С этой целью рассмотрим изгиб с линейным упрочнением заготовки [3], получающей радиус кривизны ее внутреннего контура r, а наружного контура – R. Разность этих радиусов даёт толщину исходной заготовки s0. Полагаем, что в условиях плоской деформации нейтральный слой деформаций (НСД) ρε следует закону:

. (1)

Используя инженерный метод, будем решать уравнение равновесия совместно с условием пластичности и соответствующими граничными условиями.

Уравнение равновесия:

, (2)

где , – радиальное и окружное напряжение соответственно; – переменная интегрирования.

Условие пластичности:

, (3)

где T – предел текучести материала заготовки; – показатель упрочнения; i – интенсивность деформаций; знаки «+» и «–» относятся к зонам сжатия и растяжения соответственно.

Из условия плоской деформации и несжимаемости материала находим интенсивность деформаций:

, (4)

110

где ερ – продольная и радиальная деформации соответственно; β = 2/√3, а ρε задаётся формулой (1).

В зоне растяжения окружные напряжения находим из совместного решения (2), (3), (4) и граничного условия на наружном контуре:

, (5)

где .

Аналогичные вычисления для зоны сжатия с учётом граничного условия на внутреннем контуре дают значения окружных напряжений:

, (6)

где .

Нейтральный слой напряжений (НСН) можно найти «сшиванием» радиальных напряжений в зонах сжатия и растяжения:

,

откуда

. (7)

Осреднение окружных деформаций вблизи НСН со смещением ± 10% характеризует степень упрочнения и средние деформации растяжения заготовки в угловой зоне. Поэтому степень обжима заготовки ξ до начала профилирования можно определить следующим образом:

, (8)

где s –толщина заготовки после обжима; ρн – НСН, определяемый зависимостью

(7); – окружные напряжения, определяемые соотношениями (5) и (6) соответственно.

На рис. 1 показана зависимость (8), дающая режимы обжима для стали 08кп. Стрелки показывают процедуру определения степени обжима заготовки. Отсюда видно, что дрессировка выравнивает механические свойства лишь при сравнительно больших

Рис. 1. Выбор режима предварительного обжима заготовки для выравнивания механических свойств профиля

111

относительных радиусах изгиба, а при малых радиусах нужно использовать обжим.

Для мало пластичных материалов дрессировка незначительно снижает пластичность при деформировании (рис. 2), что позволяет осуществлять гибку со сравнительно малыми радиусами. В ряде случаев для сохранения пластичности металла в угловых зонах можно применять дифференцированный обжим с высвобождением будущих мест изгиба заготовки. Высвобождения под угловые зоны с радиусом кривизны, расположенном внутри контура профиля, выполняются на нижнем ролике, а высвобождения под угловые зоны с радиусом кривизны, расположенном снаружи контура профиля, – на верхнем. При этом наружный контур будущей зоны изгиба не подвергается деформированию. При малых радиусах изгиба можно выполнять формовку бульбообразного элемента под будущую зону изгиба при дрессировке или обжиме для разгрузки наружного контура и предотвращения его разрушения.

Предотвращение кромковой волнистости широких периферийных элементов достигается выравниванием механических свойств профиля по сечению посредством дифференцированного обжима по ширине будущих периферийных элементов и по ширине будущего дна профиля.

Графические зависимости, аналогичные рис. 2 для рулонной стали 08кп с цинковым или органическим покрытием могут быть легко построены по аналитическим функциям работы [4], описывающим изменение механических характеристик для различных материалов. Однако при обжиме заготовок с покрытием следует учитывать ограничения, указанные в работах [5 – 7].

Таким образом, предварительная дрессировка заготовки или её дифференцированный обжим позволяют уменьшить подверженность заготовки кромковой волнистости, снизить вероятность возникновения линий Чернова-Людерса, а также выровнять механические характеристики профиля по его сечению.

Рис. 2. Изменение механических свойств заготовки из стали 08кп при дрессировке на шероховатых и полированных роликах

112

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Филимонов С.В., Филимонов В.И. Метод, расчеты и технология

интенсивного деформирования в роликах гнутых профилей типовой номенклатуры– Ульяновск: УлГТУ, 2004. – 246 с.

2. Робертс В.Л. Холодная прокатка стали. М.: Металлургия, 1982. 544 с. 3. Лисин И.О., Филимонов В.И., Дементьев К.С., Филимонов А.В.Учёт

деформационного упрочнения при технологических расчётах гибки заготовки в роликах профилировочных станков // КШП.ОМД, 2014, № 9. – С. 12 – 17.

4. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. Третьяков А.В., Зюзин В.И. М.: Металлургия, 1973. 224 с.

5. Илюшкин М.В. Интенсивная технология производства гнутых профилей из материалов с покрытием в роликах / М.В. Илюшкин, В.И. Филимонов. – Ульяновск: УлГТУ, 2006. – 200 с.

6. С.В. Филимонов, В.И. Филимонов, В.В. Марковцева, И.О. Лисин Влияние контактных напряжений на стойкость полимерных покрытий при профилировании – // Упрочняющие технологии и покрытия, 2014, № 10. – С. 36 – 41.

7. Филимонов В.И., Филимонов С.В., Марковцева В.В.,. Лисин И.О. Локализация участков формующих роликов под упрочннение на основе анализа силовых параметров и прогнозирования износа оснастки / В.И. Филимонов, С.В. Филимонов, В.В. Марковцева, И.О. Лисин // Упрочняющие технологии и покрытия, 2014, № 7. – С. 31-38.

УДК 531.13; 004.942 ДВИЖЕНИЕ ВИБРОУДАРНОЙ СИСТЕМЫ С УПРУГИМ ЭЛЕМЕНТОМ ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКОМ СИЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ И УДАРАХ О ПРЕГРАДЫ А.А. Дозоров

Среди проблем, связанных с изучением ударных взаимодействий, особое место занимает класс задач о систематических соударениях, реализуемых в виброударных системах [1]. Динамические процессы в этих системах описывается дифференциальными уравнениями переменной структуры.

Режимы движения виброударной системы зависят от множества факторов [2, 3], к числу которых можно отнести закон изменения силы ( )P t , период

действия силы T , время переключения силы за период 1( )it , начальное

положение 0x и начальную скорость 0x ударной массы, коэффициент

восстановления R скорости ударника при ударе об ограничитель. Процедура анализа режимов движения виброударных систем, основанная на построении точных решений уравнений, является достаточно трудоемким процессом, так как связана с анализом существенно нелинейных систем.

Решение данной проблемы может быть достигнуто при разработке эффективных процедур моделирования динамических систем, основанных на использовании адекватных математических моделей. Однако в известных литературных источниках содержатся ограниченные сведения о том, насколько используемые математические модели отражают реальные физические процессы.

Авторами [4, 5] разработана математическая модель виброударной системы с упругим элементом при периодической пульсирующей силе с учетом

113

условий соударения ударной массы о жесткие преграды. В данной статье рассмотрена математическая модель виброударной системы, схема которой приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема виброударной системы

Движение виброударной системы с учетом условий периодичности и

условий соударения о жесткие ограничители описывается уравнениями:

, ... 3, 2, 1, ,)1( если ),(

, ... 3, 2, 1, ,)1()1( если ),()(

1

1

iTittTixcG

itTitTixcGtPxm .

II01 ,)( xPtP ,

]... 3, 2, 1, ,)1[( если , , 2II iTitxxxx ,

]... 3, 2, 1, ,)1[( ,0 если , , 111I itTitxxxxx ,

]... 3, 2, 1, ,)1[( ,0 если , , 11111I itTitxxkxxxx ,

]... 3, 2, 1, ,[ ,0 если , , 22II iTitxxxxx ,

]... 3, 2, 1, ,[ ,0 если , , 2222II iTitxxkxxxx ,

где )(tP – сила, разгоняющая ударную массу; G – вес ударника; i – номер

цикла; – максимальная осадка пружины; 0 – осадка пружины при

расположении ударной массы у верхнего ограничителя. По характеру рабочего процесса данной модели подходит виброударная

система электромагнитного генератора силовых импульсов, для которого зафиксированы экспериментальные диаграммы о движении ударной массы [2].

На рисунке 2 приведены осциллограммы рабочего процесса виброударной системы электромагнитного генератора при жесткости пружины

300с Н/м, длительности импульсов питающего напряжения 024,0U с,

частоте следования импульсов 7n Гц, координате расположения верхнего ограничителя 033,0x м, высоте стопа 002,0h м. Метки времени следуют

друг за другом через 0,02 с. На осциллограмме обозначено: ПU – напряжение

на источнике питания; КU – напряжение на обмотке (катушке) импульсного

114

генератора, Кi – ток катушки, Пi – ток, потребляемый от источника питания,

бx – перемещение бойка.

Рис. 2. Осциллограмма рабочего процесса электромагнитного

импульсного генератора

Рассмотрение диаграммы рабочего процесса начнем с точки а , когда боек находится на расстоянии 03,0х м от инструмента и имеет небольшую начальную скорость движения рабочего хода в момент подачи импульса питающего напряжения, что устраняет потери, связанные со сменой направления движения бойка. Вследствие этого под действием возникших электромагнитных сил боек сразу после подачи импульса напряжения движется с ускорением в сторону инструмента и наносит удар при 024,0t с, когда

исчезает напряжение КU (точка б ). Амплитуда тока в катушке достигает 26 А,

энергия удара – 4,4УА Дж.

После удара боек удерживается некоторое время у инструмента под действием электромагнитных сил катушки. Затем начинает движение в сторону ограничителя под действием упругих сил пружины, деформированной во время рабочего хода. Дойдя до ограничителя при 124,0t с (точка г ) с момента начала движения, боек отскакивает от него и начинает движение в строну инструмента. В это время, при 139,0t с (точка д ), подается следующий импульс питающего напряжения, и боек подхватывается возникающим магнитным полем и весь цикл повторяется.

В работе [2] не приведены данные о величине ударной массы, жесткости пружины. Величина электромагнитной силы, действующей на боек, определяется величиной тока катушки, диаграмма которого представлена на рисунке 2. Это существенно ограничивает возможности прямого сопоставления описанной математической модели и экспериментальной установки электромагнитной виброударной системы.

Для обеспечения возможности такого сопоставления предложен метод дальнейшей обработки экспериментальной осциллограммы перемещения ударной массы.

Этот метод основан на проведении масштабирования координатных осей, определении предударной скорости при нанесении удара по инструменту, определении времени нанесения удара, длительности силового воздействия, длительности холостого хода и периода, определении усредненного значения

115

действия результирующего силового воздействия на ударную массу и использованием теоремы о среднем значении подынтегральной функции на рассматриваемом интервале времени.

Между метками времени, следующие через 0,002 с, расположено 20 делений (рисунок 2), тогда масштаб оси времени t равен

001,020/02,0 t с/дел. (1)

Зная масштаб времени t , определим момент времени, в который

закончено действие электромагнитной силы и начинается движение в сторону верхнего ограничителя (точка в). На осциллограмме (рисунок 2) между меткой времени 04,0t с и точкой в расположено 2,4 делений по оси времени

0424,0001,04,204,04,204,0 tt с.

Между горизонтальной осью «0» для х и точкой г, где на осциллограмме ударник достигает верхнего ограничителя (в этой точке перемещение

033,0x м), расположено 33 деления по оси перемещения. Тогда масштаб оси перемещения х равен

001,033/033,0 х м/дел. (2)

Определены скорости соударения ударника с верхним и нижним ограничителями, усредненное значение силы, действующей на ударник при его движении в сторону нижней преграды.

Проведено моделирование режима движения математической модели виброударной системы с параметрами: 300c Н/м, 1m кг, 1331 P Н;

005,020 xx м/с, 1,01 k , 01,02 k , 002,0I x м, 033,0II x м, 066,0 м;

0424,01 t с; 139,0T с. По экспериментальным данным осциллограммы перемещения бойка

(рисунок 2), используя масштабы по осям (1) и (2), построена диаграмма перемещения 1 (рисунок 3) с наложением на нее диаграммы перемещения 2 ударной массы, построенной по результатам математического моделирования.

Рис. 3. Результаты моделирования: 1 – диаграмма перемещения (физическая

модель); 2 – диаграмма перемещения (математическая модель)

116

Сопоставление диаграммы перемещения бойка, построенной на основе экспериментальных данных, и диаграммы перемещения ударной массы, построенной на основе математической модели движения, показывает, что принятая математическая модель адекватно описывает процесс движения системы.

Полученный результат проверки соответствия математической и физической моделей виброударной системы позволяет использовать математическое моделирование для более детального изучения динамики движения системы.


1. Бабицкий В.И. Теория виброударных систем. – М. : Наука, 1978. – 352 с. 2. Манжосов В.К., Лукутина Н.О., Невенчанная Т.О. Динамика и синтез

электромагнитных генераторов силовых импульсов. – Фрунзе: Илим, 1985. – 119 с.

3. Манжосов В.К., Новиков Д.А. Моделирование режимов движения ударной системы при периодическом силовом воздействии // Известия Саратовского университета. Серия Математика. Механика. Информатика. – 2010. Т. 10, вып. 4. С. 65–71.

4. Дозоров А.А., Манжосов В.К. Моделирование движения ударной системы с ударами о жесткие преграды // Известия Саратовского университета. Серия Математика. Механика. Информатика. – 2013, Т. 13, вып. 2, ч.1. – С. 54–60.

5. Дозоров А.А., Манжосов В.К. Режимы движения виброударной системы при изменении характеристик линейной функции пульсирующей силы // Автоматизация процессов управления. – 2014, №2(36). С. 36–42.

УДК 004.942 ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПРОДОЛЬНОЙ ВОЛНЫ ДЕФОРМАЦИИ ТРАПЕЦЕИДАЛЬНОЙ ФОРМЫ НА ГРАНИЦЕ СОПРЯЖЕНИЯ ПОЛУОГРАНИЧЕННЫХ СТЕРЖНЕЙ С УПРУГИМ ЭЛЕМЕНТОМ И. А. Новикова

В работе проведен анализ процесса трансформации волны, распространяющейся в стержневой системе 1 и падающей на границу сопряжения стержней 1 и 2. Схема рассматриваемой системы представлена на рисунке 1 и состоит из двух полуограниченных стержней, соединенных между собой упругим элементом 3.

117

Движение поперечных сечений соударяемых стержней описывается волновыми уравнениями вида

,t

)t,x(u

ax

)t,x(u 012

12

12

12

,t

)t,x(u

ax

)t,x(u 012

22

22

22

где ),(1 txu , ),(2 txu – продольное перемещение поперечного сечения

соответственно стержней 1 и 2 , x − координата сечения, t – время, а1, а2 – скорость распространения волны в материале стержней.

По методу Даламбера решения волновых уравнений представляются в виде

1 1 1 1 1( , ) ( ) ( )u x t f a t x a t x , ,x 0

2 2 2 2 2( , ) ( ) ( )u x t f a t x a t x , 0 x ,

где )( 11 xtaf , )( 22 xtaf – функции, описывающие прямые волны,

распространяющиеся соответственно по 1-му и 2-му стержням в направлении

оси х; ),( 11 xta )( 22 xta – функции, описывающие обратные волны,

распространяющиеся по 1-му и 2-му стержням в противоположном направлении.

В результате анализа начальных и краевых условий были получены

уравнения, связывающие прошедшую и отраженную волну с видом падающей волны[3]:

)()()( 112211

2211 taftaf

AE

AEta

2 2 2 2 1 1( ) ( ) ( )f a t f a t f a t

где 2 2

( 1)k r

E A r ; 1

2 2 2

2ka

E A a

k – жесткость пружины, r – отношение волнового сопротивления стержня 1 к волновому сопротивлению стержня 2.

Введём переменную =a2t. Тогда решение дифференциального уравнения имеет вид:

2 ( ) ( ) ( )f V Z

1 1( )d

V C e C e

,

1 12

( )( )( )

f a tZ d C

V

,

где C1, C2 – постоянные интегрирования. Следовательно, решение зависит от функции, определяющей параметры

волны деформации, падающей на границу сопряжения стержней со стороны стержня 1.

118

Предположив, что функция 1 1( )f a t , определяющая параметры волны

деформации, падающей на границу сопряжения стержней со стороны стержня 1, имеет вид

21 1

( ) (0) ( ) (0)(0) (0) , 0 ,( )

0, ,

T Tt t T

T a Tf a t

t T

где 0 значение функции 1 1( )f a t при t=0; (T) – значение функции

)( 11 taf при t = T; Т – длительность действия падающей волны; t – время, рассмотрев различные этапы времени действия падающей волны и проведя соответствующие преобразования, получим, что формируемая в стержне 2 волна деформации )( 22 taf имеет вид:

2

2 2

22 2

( / 1)

2

( ) (0)(0) (1 ) ( ) (0) , 0 1,

( )( ) (0)(0) (1 ) ( ) (0) , 1,

a t

a T a T t T

T t te T

a T T Tf a t

T te T e

a T T

Тогда формируемая в сечении x=0 обратная волна определяется как

2 2 1 2 21 1 2 2 1 1 2 2 1 1

1 1 1 2 1

1( ) ( ) ( ) ( ) ( )E A a a aa t f a t f a t f a t f a t

E A a a r a .

Для большей универсальности осуществлен переход к относительным величинам при определении падающей и формируемых волн.

1 11 1

max

(0) ( ) (0) , 0 ,( )( )0, ,

tT t Tf a t

f a t T

t T

1

2 2

1 1 ( / 1)

( ) (0)(0) (1 ) ( ) (0) , 0 1,1

( )

( ) (0)(0) (1 ) ( ) (0) ,1

rk t

r

r rk T k T t T

r r

T t te T

r T Tk Tr

f a t

Te T e

rk T

r

1,t

T

21 1 2 2 1 1

1

1( ) ( ) ( )aa t f a t f a t

r a .

При расчете значений 2 2( )f a t 1 1( )a t целесообразно учитывать, что

119

1 2 2 1

2 2 2 2

2 2( 1) 1

ka E A r r a

E A a k r r a

,

2 2 22 2 2 2

1 1 1 1k r k r l r t ra t a t a t k k t

E A r E A r l r T r

,

21 1r T r

a T k k Tr T r

,

t t T t

T T T T

,

где l – единица длины стержня 2, 2 2

k lk

E A

– отношение жесткости

упругого элемента к продольной жесткости единицы длины стержня 2, 2

lT

a

– время прохождения волной деформации расстояния l во втором стержне, t

tT

– отношение текущего времени t к T , T

TT

– отношение

длительности падающей волны T к T .


1. Алимов О. Д., Манжосов В. К., Еремьянц В. Э. Распространение волн деформаций в ударных системах. – М.: Наука, 1985. 354 с.

2. Алпеева В. А. Возбуждение и преобразование волн деформаций в ударных системах машин для испытаний изделий: дисс. канд. техн. наук. / В. А. Алпеева. – Фрунзе: ФПИ, 1990. – 281 с.

3. Манжосов В. К. Продольный удар. – Ульяновск: 2006.– 358 с.

УДК 531.1; 531.8 КРИВОШИПНО-КОРОМЫСЛОВЫЙ МЕХАНИЗМ ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ Т. Е. Петрова

Механизмы переменной структуры (МПС) способны реализовывать два и

более различных законов движения ведомого звена. Причем для рычажных МПС смена закона движения происходит без разрыва в кинематической цепи, что позволяет затрачивать при этом минимум энергии и времени. Механизмы переменной структуры обладают уникальной возможностью изменения закона движения под действием незначительного управляющего смещения одного из элементов.

Виброударный механизм с шарнирно – рычажным захватывающим устройством (рис. 1) представляет собой яркий пример механизма переменной структуры [1, 2]. Он состоит из кривошипа, шатуна, коромысла, ползуна (ударной массы) и стойки (корпуса механизма).

120

Рис. 1. Схема виброударного механизма: 1 – кривошип, 2 – шатун, 3 –

коромысло, 4 – ползун, 5 – корпус, 6 – инструмент, 7 – обрабатываемая среда

Масса 4 в процессе работы механизма может совершать возвратно – поступательные движения и наносить удары по инструменту 6, взаимодействующему с обрабатываемой средой 7. Рабочий инструмент 6 имеет возможность продольного перемещения относительно корпуса 5. Вращение кривошипа осуществляется от двигателя. Движение от двигателя к кривошипу передается через редуктор.

В зависимости от положения звеньев механизмов в нем может быть реализован ударный или безударный режим работы. В безударном режиме ползун 4 находится в крайнем нижнем положении, скорость его поступательного движения равна нулю. Из пяти звеньев механизма подвижны три звена – кривошип, шатун, коромысло. Число степеней свободы механизма в этот период времени равно

w = 3n – 2p5 = 3·3 – 2·4 = 1,

где n – число подвижных звеньев механизма (n = 3); p5 – число кинематических пар пятого класса (при неподвижном ползуне p5 = 4).

При w = 1 для определенности движения звеньев механизма необходимо иметь одно ведущее звено. Этим звеном является кривошип, получающий вращение от двигателя.

Движение кривошипа через шатун передается коромыслу. Как только кривошип и шатун располагаются на одной прямой (рис. 2, а), коромысло занимает крайнее положение. Дальнейшее вращение кривошипа приводит к движению коромысла в обратном направлении (рис. 2, б), то есть движение механизма представляет собой движение шарнирного четырехзвенного механизма. Почему стало возможным движение коромысла в обратном направлении?

На рисунке 2, а, показано, что для движения коромысла необходимо усилие тяги со стороны шатуна. Причем направление усилия тяги должно быть

таким, чтобы угол передачи движения от шатуна к коромыслу 23 был бы

больше минимального min , при котором невозможно осуществить передачу

движения от звена 2 к звену 3, т. е. 23 min . В обозначении 23 первый

индекс означает от какого звена осуществляется передача движения, второй индекс – к какому звену осуществляется передача движения.

121

а)

б)

Рис. 2. Положения звеньев в безударном режиме работы

Полагая, в первом приближении, что сила тяги 23R

направлена по

шатуну (рис. 3), мы замечаем, что угол между шатуном и коромыслом есть не

что иное, как угол передачи движения 23 .

Рис. 3. Схема передачи движения

от шатуна к коромыслу Рис. 4. Положение звеньев перед началом

взвода ударной массы

Угол 23 дополняет до 90 ° угол давления 23 (угол между направлением

силы 23R

и направлением вектора скорости CV

). В безударном режиме работы

обеспечивается условие, что 23 min . Поэтому и стало возможным движение

коромысла в обратном направлении. Рассмотрим, как осуществляется переход на ударный режим работы.

В положении, когда кривошип и шатун расположены на одной прямой (рис. 4), угол передачи движения от шатуна к коромыслу определяется как

2 2 2 21 2 3

231 2 3

( ) ( )arccos2( )

Dl l l e x

l l l

, (1)

где 1l , 2l , 3l – линейные размеры звеньев механизма; e – дезаксиал;

Dx – координата, определяющая положение коромысла.

122

Для перехода на ударный режим работы необходимо в рассматриваемом положении исключить движение коромысла, то есть необходимо, что

положения звеньев были таковы, чтобы 23 min .

Из зависимости (1) следует, что уменьшение 23 можно обеспечить лишь

за счет уменьшения модуля Dx . А это можно осуществить, если перемещать

опору D коромысла по направлению к опоре A кривошипа. Естественно предположить, что при подобном перемещении можно достигнуть такого

положения опоры D , при котором 23 min . Такое перемещение опоры может

осуществляться путем воздействия инструмента на ударную массу.

Как только 23 min , вращательное движение уже невозможно. А для

существования механизма хотя бы с одной степенью свободы необходимо три подвижных звена. Таким подвижным звеном становится ползун (рис. 5, а), который вместе с коромыслом движется поступательно в направлении опоры А кривошипа, сжимая пружину.

а)

б)

Рис. 5. Положение звеньев механизма при взводе ударной массы

Осуществляется взвод ударной массы и сжатие пружины. Число степеней свободы механизма в период взвода бойка

w = 3n – 2p5 = 3·3 – 2·4 = 1,

так как число подвижных звеньев n = 3 (кривошип, шатун, ползун), число кинематических пар пятого класса p5 = 4 (шарниры А,В,С и подвижное соединение ползуна с направляющей).

Ползун перемещается в направлении опоры А до тех пор, пока кривошип и шатун не расположатся на одной линии (рис. 5, б). Дальнейший поворот кривошипа приводит к увеличению угла передачи движения от шатуна к

коромыслу и возникает положение, когда 23 min . Следовательно,

обеспечивается возможность вращательного движения коромысла. Число подвижных звеньев механизма увеличивается до 4 (кривошип,

шатун, коромысло, ползун), число одноподвижных кинематических пар пятого класса становится равным 5 (шарниры А, В, С, D и подвижное соединение ползуна с направляющей). Число степеней свободы механизма в этот период равно w = 3n – 2p5 = 3·4 – 2·5 = 2.

123

При w = 2 для определенности движения звеньев механизма необходимо иметь уже два ведущих звена. Одно ведущее звено – кривошип. Вторым ведущим звеном становится ползун, который движется под действием усилия сжатой пружины (рис. 6).

1

Рис. 6. Положение звеньев механизма при разгоне ударной массы

Потенциальная энергия пружины, накопленная при взводе ударной массы, преобразуется в кинетическую энергию этой массы при разгоне. Ползун (боек) приобретает определенную скорость, с которой ударяется в инструмент, генерируя в нем силовой импульс. Силовой импульс воздействует на обрабатываемую среду и производит ее разрушение. После того, как потенциальная энергия пружины преобразовалась в кинетическую энергию бойка, а кинетическая энергия бойка передается на обрабатываемую среду и затрачивается на совершение полезной работы (ее разрушение), ползун (боек) может находиться некоторое время в состоянии покоя (рис. 7), пока не произойдет его повторный захват.

1

Рис. 7. Положение звеньев механизма после соударения ударной массы с

инструментом На приведенных схемах мы рассмотрели особенности работы виброударного механизма с шарнирно-рычажным захватывающим устройством. Движение звеньев является очень сложным. Механизм имеет переменную структуру, изменяется число его степеней свободы за один цикл движения. В период взвода ударной массы – это кривошипно-ползунный механизм, в период разгона – это шарнирно-рычажный механизм с двумя степенями свободы. Характерным является то, что кинематическая связь между бойком и кривошипом существует постоянно. В зависимости от свойств обрабатываемой среды механизм автоматически обеспечивает тот или иной режим работы (ударный или безударный режим). Для безударного движения положение ползуна должно

обеспечивать значение 23 min , а для ударного 23 min . Так что

124

автоматизация режима работы обусловлена возможностями самой кинематической схемы. Однако эти возможности эффективно используются лишь при определенных соотношениях параметров механизма. Специфика работы механизма, различные функциональные задачи, которые стоят перед механизмом в тот или иной момент времени, многочисленные ограничения определяют сложность проблемы конструирования ударного механизма с шарнирно – рычажным захватывающим устройством.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Алимов О.Д., Манжосов В.К., Филипповский В.П. Механические импульсные

генераторы с шарнирно-рычажным захватывающим устройством. – Фрунзе: Илим, 1975. – 148 с.

2. Манжосов В.К., Петрова Т.Е. Передача движения в кривошипно-коромысловом механизме // Вестник УлГТУ, № 1, 2013. – С. 20 – 23.

УДК 517.988.67 МОДЕЛИРОВАНИЕ СВОБОДНЫХ И ВЫНУЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С ДВУМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ А.Ю.Рожков

В данной статье рассматривается постановка задачи моделирования механической системы, состоящей из двух тел массами m1 и m2 (рис. 1).

Рис. 1. Схема механической системы

Масса 1m связана с неподвижной стойкой через упругий элемент

жесткостью 1c и элемент вязкого трения с силой сопротивления 1 1b x ,

пропорциональной скорости 1x ( 1b – коэффициент пропорциональности). На

массу 1m действует внешняя периодическая сила ( )P t , где t – время.

Масса 2m связана с массой 1m через упругий элемент жесткостью 2c и

элемент вязкого трения с силой сопротивления 2 2 1( )b x x , пропорциональной

разности скоростей 2 1( )x x . Здесь 2b – коэффициент пропорциональности.

Движение механической системы описывается дифференциальными уравнениями:

1 1 1 1 2 2 1 1 1 2 2 1( ) ( ) ( )m x c x c x x b x b x x P t , (1)

2 2 2 2 1 2 2 1( ) ( )m x c x x b x x , (2)

с соответствующими начальными условиями:

125

при 0t 1 1,0(0)x x , 1 1,0(0)x x , 2 2,0(0)x x , 1 1,0(0)x x ,

где 1,0x , 2,0x – координаты, определяющие начальные положения масс 1m и 2m ;

1,0x , 2,0x – начальные скорости масс 1m и 2m .

При анализе движения механической системы важно знать: как параметры

системы и внешнее силовое воздействие влияют на скорости тел v1 и v2, а также на их линейные смещения x1 и x2 относительно положения равновесия.

Для реализации поставленной задачи на языке C# написан программный продукт, численно решающий систему дифференциальных уравнений с возможностью наглядно представлять результаты моделирования в табличной и графической форме, позволяющий оперативно получать результаты в интересующем пользователя режиме движения. На рисунке 2 представлен интерфейс вычислительной программы, обеспечивающий моделирование процесса движения рассматриваемой механической системы.

Рис. 2. Интерфейс вычислительной программы

126

Программа позволяет задавать параметры системы: массы m1 и m2, жёсткости пружин 1c и 2c , коэффициенты диссипации b1 и b2, а также

начальные условия движения: начальные скорости 1,0x и 2,0x , начальные

координаты 1,0x и 2,0x , амплитуду и период вынуждающей силы. На выходе

программа строит графики движения x(t) и v(t), фазовую диаграмму v(x), заносит результаты с шагом в 10 мс в таблицу Excel и визуально отображает процесс движения.

Числовые значения, вводимые в соответствующие ячейки панели имеют следующую размерность физических величин: масса m1 и m2 – кг, жесткость упругих элементов 1c и 2c – Н/м, коэффициенты диссипации b1 и b2 – Нс/м,

координаты начальные координаты 1,0x и 2,0x – м, начальные скорости 1,0x и

2,0x – м/с, сила Р – Н.

Ниже рассмотрим наиболее характерные режимы движения. В случае, когда b1, b2 и ( )P t равны нулю, наблюдается картина свободных

гармонических колебаний (рис. 3).

а) диаграммы перемещений масс б) фазовые диаграммы ( )v v x

Рис. 3. Диаграммы перемещений масс (1 – перемещение 1х , 2 – перемещение

2х ) и фазовые диаграммы (1 – диаграмма 1 1( )v v x , 2 – диаграмма 2 2( )v v x )

Если же задать коэффициенты диссипации, но при этом пока не учитывать

влияние вынуждающей силы, будут происходить свободные затухающие колебания (рис. 4).

127

а) диаграммы перемещений масс б) фазовые диаграммы ( )v v x

Рис. 4. Диаграммы перемещений масс (1 – перемещение 1х , 2 – перемещение

2х ) и фазовые диаграммы (1 – диаграмма 1 1( )v v x , 2 – диаграмма 2 2( )v v x )

Если задать максимальное значение ( )P t и отношение периода

вынуждающей силы к периоду свободных колебаний, то можно анализировать влияние внешнего возмущения на процесс движения. УДК 539.3 МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВИТКОВ ПРУЖИНЫ С ВНЕШНЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ КРУГЛОГО СТЕРЖНЯ А.Д. Северинов

Муфты, входящие во многие механизмы и машины, являются ответственными узлами, часто определяющими надежность и долговечность всей машины. Основное их назначение - передача движения по кинематической цепи, в которой возникают разрывы кинематической связи [1].

Разнообразие задач, решаемых с помощью муфт, и требования, предъявляемых к ним в соответствии с условиями эксплуатации машин и агрегатов, в состав которых входят муфты, - все это определяет создание большого количества муфт различного функционального назначения [2]. Классификация муфт различного функционального назначения и исполнения представлена на рисунке 1.

128

Рис. 1. Классификация муфт

При подборе муфт исходят из конструктивных особенностей соединяемых частей механизмов, функций, выполняемой муфтой, и величины передаваемого крутящего момента. Основной характеристикой муфт (в связи с их основным назначением) является вращающий момент. Другими важными показателями являются габариты, масса, момент инерции, относительно оси вращения.

Муфты основных типов регламентированы государственными стандартами. При этом нередко встречаются сложные комбинированные, объединяющие в себе свойства нескольких типов простейших муфт. Это обстоятельство существенно усложняет решение практических задач, связанных с исследованием, конструированием, изготовлением и эксплуатацией муфт. Рассмотрим характерные особенности пружинно-фрикционных муфт.

Пружинно-фрикционные муфты используют спиральную пружину в качестве механического усилителя передаваемого момента. В ряде случаев муфта используется как тормоз, позволявший обеспечить движение в одном направлении и исключающий движения ведомого звена в другом направлении. В исполнительных механизмах различных систем управления такие муфты могут обеспечивать соединение ведущего звена кинематической цепи с ведомым, реверсирование ведомого звена, его остановку.

Конструктивно пружинно-фрикционные муфты могут быть выполнены таким образом, что витки рабочей пружины при работе взаимодействуют либо по внешнему диаметру, либо по внутреннему диаметру с ограничивающими поверхностями вала или втулки [1].

Пружинно-фрикционные муфты передают движение и крутящий момент за счет сил трения, обусловленных взаимодействием витков пружины с ограничивающими поверхностями. При этом их взаимодействия зависят от наличия натяга (радиальной деформации витков пружины), сосредоточенной

129

силы, приложенной к крайнему витку пружины и т. д. Величина передаваемого крутящего момента зависит от направления вращения ограничивающей поверхности, параметров пружины, числа витков пружины, взаимодействующих с ограничивающей поверхностью, натяга, включающей силы, коэффициента трения фрикционных пар [2].

Рассмотрим схему взаимодействия витков пружины с внутренней поверхностью втулки. На рис. 2, а, б представлена схема взаимодействия витков пружины 3 с ведущим звеном (втулкой 1) и ведомым звеном 2.

Рис. 2. Расчетные схемы взаимодействия витков пружины с ограничивающими

поверхностями типа «втулка» и «вал» В этой схеме сила, действующая со стороны ведущего звена на крайний

виток свободного конца пружины, заменена сосредоточенной силой P. В исходном состоянии между витками пружины 3 и внутренними поверхностями втулок 1 и 2 имеется радиальный зазор δ. Другой конец пружины прикреплен к ведомому звену 2. Втулка 2 может совершать вращательное движение как в одном, так и в другом направлении.

Под действием силы P рабочая пружина 3 раскручивается и своими витками начинает взаимодействовать с втулкой 1. При этом в контакте витков пружины с втулкой возникают силы, обеспечивающие передачу движения и крутящего момента к ведомому звену 2. Для выяснения сил, возникающих при взаимодействии витков пружины с втулкой, рассмотрим элементарный участок витка в произвольном сечении по длине пружины.

На рис. 2, б представлены элементарный участок пружины, взаимодействующий с втулкой, и силы, действующие на него. В произвольном сечении пружины возникает нормальная составляющая N, перерезывающая сила Q и изгибающий момент M. По внешнему диаметру элементарного участка на него действуют распределенные нормальные q и касательные p силы, обусловленные взаимодействием этого участка пружины с ограничивающей

a б

в г

130

поверхностью втулки. В сечении, определяемом углом dϕ, действуют нормальная сила N=dN, перерезывающая сила Q+dQ и изгибающий момент M+dM.

При вращении втулки в том или ином направлении по поверхности контакта витков возникнуть распределенные силы P. Эти силы будут препятствовать проворачиванию втулки относительно пружины (силы, препятствующие вращению втулки, будут характеризовать величину сил трения в контакте витков пружины с втулкой).

Рассмотрим взаимодействие витков пружины с валом. Часть витков пружины взаимодействует с подвижным валом (рис. 2), часть – с неподвижным. Подвижный вал 1 может вращаться в двух направлениях. Пружина 3 установлена на вал 2 и на стержень 2 с предварительным натягом δ. Упругую силу, обусловленную натягом, заменим некоторой эквивалентной силой P, направленной на закручивание пружины 3.

На рис. 2 показан элементарный участок витка пружины и силы, действующие на него. В сечениях действуют нормальные силы N и N+dN, перерезывающие силы Q и Q+dQ, изгибающие моменты M и M+dM. По внутреннему диаметру участка действуют распределенные силы q (нормальные усилия) и p (касательные усилия).

Как видно из приведенных схем, в первом случае витки пружины взаимодействуют с внешней ограничивающей поверхностью типа «втулка», во втором случае – с ограничивающей поверхностью типа «вал». Задача расчета взаимодействия витков пружины с ограничивающими поверхностями связана с установлением взаимосвязи и между усилиями в сечениях (N, Q, M), распределенными усилиями по виткам (q, p) и внешними усилиями P.


1. Манжосов В. К., Кожаков К. С. Исследование процесса взаимодействия витков пружины с ограничивающими поверхностями // Теория, расчет и конструирование управляемых быстродействующих пружинно-фрикционных муфт. – Фрунзе: «Илим», 1983. – С. 112 – 141. 2. Приборостроение и средства автоматики / под ред. А. Н. Гаврилова. – М.: Машиностроение, 1964. УДК 621.9 АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КАЧЕСТВА РЕГУЛЯРНОЙ СЕТКИ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МОДЕЛИ НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ НА ТОЧНОСТЬ РАСЧЕТА СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК. Ю.В. Кирилин, С.А. Демидов, Д.Г. Панин

Для исследования виброустойчивости несущей системы станка

необходимо построить модель станка, воспользуемся программным комплексом ANSYS 11.0.

Для оценки адекватности разрабатываемых расчетных моделей воспользуемся результатами экспериментального исследования стойки вертикально-фрезерного станка, так как именно стойка оказывает существенное влияние на значение динамической податливости всей системы станка. Результаты динамических испытаний показаны на рис. 1.

131

Рис. 1. Экспериментальная амплитудно-частотная характеристика стойки вертикально-фрезерного станка.

Рассмотрим четыре модели стойки с использованием оболочковых элементов. Модель №1 - с регулярной разбивкой сетки КЭ четырехугольной формы. Согласно рекомендациям к расчету и моделированию базовых деталей МРС, изложенным в работе [1], размер КЭ колеблется в пределах (0,04 – 0,05)*L, где L – максимальный габаритный размер анализируемых базовых деталей. По аналогии, размер КЭ в нашей расчетной модели принимаем равным 80 мм.

а) б)

Рис. 2. Модель № 1 стойки фрезерного станка: а – геометрическая,

б – расчетная

Рассчитаем амплитуду динамической податливости стойки с использованием модели № 1, изменяя частоту приложенной гармонической нагрузки в диапазоне от 51 до 71 Гц. Амплитуда динамической податливости стойки рассчитывалась согласно условиям проведения эксперимента в точках на направляющих стойки. Результаты динамического расчета стойки представлены на рис. 3 и в табл. 1. Из рис. 3 видно, что расчетная и

132

экспериментальная резонансные частоты несколько отличаются смещением по резонансной частоте – вместо 63 Гц в результате расчета получилась 58Гц, а соответствующая резонансной частоте амплитуда динамической податливости отличается от экспериментальной на 16 % и равна 185 *10-10 м/Н.

Рис. 3. Амплитудно-частотная характеристика стойки (модель № 1): 1 – расчетная кривая; 2 – экспериментальная кривая.

Для анализа качества сетки КЭ необходимо рассмотреть различные размеры и формы КЭ. Изменяя размер КЭ, были получены результаты расчетов, приведенные в таблице 1.

Таблица 1

Результаты динамического анализа стойки с различным размером конечных элементов

Величина податливости; резонансная частота

Отклонение от эксперимента

Размер конечного элемента модели

Расчет Эксперимент Податл. Частота 0.1 м. 184*10-10 м/Н 58 Гц 15% 8% 0.08 м. 185*10-10 м/Н 58 Гц 16% 8% 0.06 м. 195*10-10 м/Н 57 Гц 22% 10% 0.03 м. 200*10-10 м/Н 57 Гц

160*10-10; 63 Гц

25% 10%

Рассмотрим модель №2, разбитую сеткой оболочковых КЭ треугольной формы.

Рис. 4. Расчетная модель № 2 стойки фрезерного станка. Результаты динамического анализа данной модели приведены в таблице 2.

133

Таблица 2 Результаты динамического анализа стойки с различным размером конечных

элементов Величина податливости;

резонансная частота Отклонение от эксперимента

Размер конечного элемента модели Расчет Эксперимент Податл. Частота

0.1 м. 155*10-10 м/Н 60 Гц 4% 5% 0.08 м. 158*10-10 м/Н 59 Гц 1% 6% 0.06 м. 177*10-10 м/Н 58 Гц 11% 8% 0.03 м. 190*10-10 м/Н 58 Гц

160*10-10; 63 Гц

19% 8% Таким образом, можно отметить, что наилучшие результаты расчета

динамических характеристик с разным размером КЭ составила модель №2 с размером КЭ равным 80мм, отклонение амплитуды динамической податливости от эксперимента составило 1%, отклонение резонансной частоты – 6 %.

Рассмотрим модель №3 с нерегулярной сеткой и оболочковыми элементами треугольной формы. Аналогично моделям №1 и №2, рассмотрим различные размеры КЭ. Изменяя размер КЭ, были получены результаты расчетов, приведенные в таблице 3. Таким образом, можно отметить, что хотя модель №3 показала отличные результаты расчета с размером КЭ, равным 100мм, отличие от экспериментальных данных составило всего 2%.

Таблица 3

Результаты динамического анализа стойки с различным размером конечных элементов

Величина податливости; резонансная частота

Отклонение от эксперимента



160*10-10; 63 Гц

20% 10% Рассмотрим модель №4 с нерегулярной сеткой и оболочковыми

элементами четырехугольной формы. Аналогично предыдущим моделям №1, №2 и №3, рассмотрим различные размеры КЭ. Изменяя размер КЭ, были получены результаты расчетов, приведенные в таблице 4.

134

Таблица 4 Результаты динамического анализа стойки с различным размером конечных

элементов Величина податливости;

резонансная частота Отклонение от эксперимента



160 10-10; 63 Гц

18% 10% Таким образом, можно отметить, что модель №4 показывает

удовлетворительные результаты расчета динамических характеристик, однако лучшие результаты расчета показала модель №2 с размером КЭ, равным 80 мм, с методом разбивки регулярной сеткой и треугольной формой КЭ, амплитуда динамической податливости составила 158*10-10 м/Н (отличие от эксперимента на 1%) с резонансной частотой, равной 59 Гц (отличие от эксперимента на 6%).

Так как наилучшую сходимость с экспериментальными данными в результате динамического анализа показала модель №2 с размером КЭ, равным 80 мм с регулярной сеткой и треугольной формой КЭ, именно этот способ разбиения и будем использовать для моделирования всей несущей системы вертикально-фрезерного станка.


1. Кирилин Ю.В., Еремин Н.В. Динамические процессы в металлорежущих станках, их виброустойчивость и расчет динамических характеристик несущих систем металлорежущих станков методом конечных элементов. Ульяновск: УлГТУ. 2010. 249 с.

УДК 621.937.3.004.69 ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ НОЖОВОЧНЫХ ПОЛОТЕН НА ОТРЕЗНЫХ СТАНКАХ Г. И. Киреев, А. А. Новиков

При разрезке материала на ножовочных станках сечениием меньше максимально возможного в работе участвует не все полотно, а только его ''активная часть la’’, длина которой часто бывает значительно меньше рабочей длины полотна Lp=400мм. В табл. 1 приведены значения la и длины полотна, не участвующей в резании lн при отрезке заготовок диаметром Дз от 50 до 250 мм на станке мод. 8Б72.

135

Таблица 1 Значения la и lн при различных Дз

Диаметр заготовки Дз, мм

Длина активной Части полотна la,мм

Неиспользованная часть полотна lн, мм

250 390 16 200 340 66 150 290 116 100 240 166 50 190 216

Анализ формул расчета la и lн и данных табл. 1 позволяет предложить пути более рационального использования полотен:

1. Разрезать материал только максимально возможного сечения или близкого к нему.

2. Изменять длину хода полотна S в соответствии с сечением заготовки. 3. По мере затупления зубьев на правом конце полотна (при рабочем ходе

‘’от кривошипа’’) переставить полотно и реверсировать направление рабочего хода.

4. По мере затупления зубьев на одном участке полотна изменить место закрепления разрезаемого материала.

Третий путь наиболее простой и не требует больших дополнительных

затрат. Необходимо лишь установить на станке контактор для переключения фаз в цепи питания электродвигателя привода пильной рамы. Однако в этом случае в связи со сменой направления рабочего хода полотна (к кривошипу) значительно (на 50-60%) уменьшается производительность отрезки, а при разрезке материала наибольших сечений полотно также изнашивается неравномерно.

Наряду с этим за счет правильной и последовательной смены места закрепления материала (особенно при небольших его сечениях) можно значительно увеличить работоспособность (срок службы) ножовочных полотен. Для определения последующего места закрепления материала задавались двумя условиями:

1. В результате перемещений (новых установок) материала полотно должно быть использовано полностью, т.е. lн = 0.

2. На последующем активном участке полотна должно быть не менее половины новых (неработавших) зубьев. Исходя из этого, установлено, что при резании материала Дз≤60 мм неподвижная губка тисков станка должна последовательно закрепляться в трех положениях: крайнем правом (определено конструкцией станка), среднем (Г1) и крайнем левом (Г2). При 60 Дз≤120 мм ее следует закреплять в крайнем правом и левом

положениях. При Дз 120 мм-только в правом крайнем.

В табл. 2 приведены значения Г1 и Г2 при разрезке материала различного диаметра.

136

Таблица 2 Место закрепления в зависимости от его диаметра

Диаметр разрезаемого материала Дз, мм

40 60 80 100 120

Расстояние до среднего положения губки Г1, мм

113 103 - - -

Расстояние до крайнего левого положения губки Г2, мм

226

206

186

166

140

Рис. 1. Изменение машинного времени отрезки Тм в зависимости от количества отрезанных заготовок при различных положениях губки тисков станка: 1- Г=0; 2-

Г1=103 мм; 3- Г2=206 мм.

В результате перемещения материала в положения Г1 и Г2 (рис. 1.) работоспособность полотна как бы восстанавливается: скачкообразно уменьшается время отрезки Тм. Это позволяет повысить стойкость полотен на отрезных ножовочных станках в среднем в 1,7 раза.

Для изменения положения разрезаемого материала были спроектированы и изготовлены передвижные тиски. Тиски устанавливаются на станину механической ножовки. Наибольший диаметр зажимаемого проката 200 мм, его наименьшая длина-20 мм.

Тиски (рис. 2.) имеют четыре губки, расположенные на подвижной плите 1. Две губки 2 жестко закреплены на плите, а другие две губки 3 перемещаются по плите 1 с помощью винтов 4. Полотно 5 во время отрезки движется между губками, расположенными на расстоянии 5-6 мм.

137

Рис. 2. Передвижные тиски.

По мере затупления работающего участка полотна, плита вместе с

губками перемещается в нужное положение с помощью винта 6. Максимальная длина перемещения плиты 200 мм. Предлагаемые тиски

могут быть применены на ножовках других моделей. Внедрение тисков позволило повысить стойкость ножовочного полотна,

точность отрезания и уменьшить отходы проката. УДК 621.9.025 ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОСАЖДЕНИЯ НА ПАРАМЕТРЫ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА. Ю.Г. Кривов, М.В. Полозов

Введение. Работоспособность режущего инструмента во многом определяется условиями контактного взаимодействия на его рабочих поверхностях. Одним из наиболее эффективных способов обеспечения оптимального сочетания «твердость-пластичность» инструментальных материалов являются методы нанесения износостойких покрытий [1].

138

Из разработанных в нашей стране методов нанесения покрытий наиболее широкое применение получил метод конденсации вещества в вакууме с ионной бомбардировкой. Использование инструментов с покрытиями позволяет эффективно решить целый ряд задач для широкой гаммы технологических операций резания, связанных с повышением производительности, точности и качества обработки. Возможностью реализации экологически безопасного резания без применения СОТС [2] .

Несмотря на широкое применение в промышленности износостойких покрытий в том числе и многослойных, вопросы их конструирования выбора состава, температура осаждения и влияние ее на параметры структуры и механические свойства износостойких покрытий остаются открытыми.

Среди используемых покрытий чаще всего применяют покрытия на основе нитрида титана, модифицированные введением в их состав легирующих элементов наибольшее распространение получили алюминий, цирконий и др. [3].

Методика исследований. Нанесение покрытий осуществляли на установке «Булат-6» с использованием катодов из титана, циркония, алюминия. Исследовали одноэлементные покрытия TiN и многоэлементные – TiAlN, TiZrN, TiZrAlN. Использовали сменные многогранные пластины UTi20t при температуре осаждения 300°, 450°, 600°С. В число исследуемых параметров вошли: микротвердость (Нµ), модуль упругости (E), коэффициент трещенностойкости (Кс). Микротвердость Нµ износостойких покрытий оценивали по восстановленному отпечатку с использованием пирамиды Кнуппа на микротвердомере MITUTOYO NH-125.

Результаты. Влияние температуры конденсации на физико-механические свойства покрытий TiN, TiAlN, TiZrN, TiZrAlN представлены в таблице 1.

Таблица 1

Влияние температуры осаждения на механические свойства (инструментальная основа – UTi20t)

покрытие TiN

температура 300 450 600 катод разд. разд. разд.

Hm ср. 21,60 25,17 20,31 Kc ср. 12,40 12,35 11,06 E ср. 497,14 418,67 374,30

покрытие TiZrN


Hm ср. 28,53 29,84 28,54 Kc ср. 11,70 11,6 11,27 E ср. 534,52 485,57 491,23

покрытие TiAlN


139

Hm ср. 26,39 28,53 27,61 Kc ср. 14.59 14 13,37 E ср. 529,22 456,36 365,30

покрытие TiZrAlN


Hm ср. 28,86 32,07 29,36 Kc ср. 14,63 14 13,7 E ср. 440,35 418,67 408,84

По данным исследования были составлены графики на которых можно

отследить зависимость данных параметров от температуры.

Рис.1 Влияние температуры на микротвердость покрытия Hm.

Рис.2. Влияние температуры на коэффициент трещенностойкости Kc.

140

Рис.3. Влияние температуры на модуль упругости, E.

Выводы. Анализ результатов проведенных исследований позволяет

сделать следующие выводы. Пик микротвердости достигает при температуре осаждения 450°С, на всех исследуемых покрытиях. Также видно снижение упругости и трещенностойкости при росте температуры от 300 до 600°С.


1. Григорьев С.Н., Табаков В.П., Волосова М.А. Технологические методы повышения износостойкости контактных площадок режущего инструмента./ Григорьев С.Н., Табаков В.П., Волосова М.А.-Старый Оскол: ТНТ, 2011.-380 с.

2. Григорьев С.Н. Нанесение покрытий и поверхностная модификация инструмента: учебное пособие / С.Н.Григорьев, М.А. Волосова.-М.:ИЦ МГТУ «СТАНКИН», Янус-К, 2007.-324 с.

УДК 621.9.025 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ НИТРИДА НИОБИЯ С.В. Сизов, М.В. Полозов

Наиболее распространенным методом повышения работоспособности

режущего инструмента является нанесение износостойких покрытий на его рабочие поверхности. Наибольшее применение в практике производства инструмента с покрытием нашли системы сильноточного низковольтного вакуумно-дугового испарения с интегрально холодным катодом, получившее название «конденсация вещества из плазменной фазы с ионной бомбардировкой», или сокращенно «КИБ» в мировой практике наименование MEVVA (Metal Vapor Vacuum Arc). Наибольшее распространение среди таких покрытий получили одно- и многослойные покрытия на основе нитрида титана, легированного одним или несколькими химическими элементами [1–4]. Исследования показывают, что внедрение инструментов с однослойными покрытиями различного состава, нанесенными методом КИБ, позволило повысить период стойкости инструмента в 1,4 - 3,5 раза. В последнее время повышенный интерес вызывает дополнительное введение в состав покрытий

141

ниобия. Полученные нитриды по сравнению с другими обладают лучшим комплексом физико-механических свойств.

Целью исследований являлась разработка однослойных многоэлементных покрытий на основе нитрида ниобия.

Нанесение покрытия осуществляли на установке «Булат-6» с использованием катодов из сплавов титана ВТ1-0, циркония и ниобия. Исследовали механические свойства покрытий: микротвердость H , модуль

упругости Е , коэффициент интенсивности напряжений 1СК , которые

определяли по методикам, изложенным в работе [2], упругое восстановление

/H Е и сопротивление пластической деформации 3 2/H Е .

Исследовали покрытия NbN, NbZrN, NbTiN и TiNbN, которые наносили на твердосплавные пластины HTi10 производства MITSUBISHI CARBIDE (Япония). Покрытия NbN наносили с использованием трех катодов из сплава ниобия, NbZrN и NbTiN – двух катодов из сплава ниобия и третьего катода соответственно из сплава циркония или титана. При нанесении покрытия TiNbN использовали катод из сплава ниобия и два катода из сплава титана.

Результаты исследований механических свойств покрытий на основе нитрида ниобия приведены в табл. 1 и рис. 1.

Таблица 1 Физико-механические свойства покрытий

Покрытие H , ГПа Е , ГПа 1СК ,

МПа·м½ /H Е 3 2/H Е

NbN 30,58 652 8,89 0,047 0,067 NbZrN 31,23 482 9,67 0,065 0,131 NbTiN 33,04 536 9,56 0,061 0,126 TiNbN 31,69 450 9,59 0,07 0,157

Установлено что легирование одноэлементного покрытия NbN цирконием

и титаном повышает его микротвердость, трещиностойкость, о чем свидетельствует рост коэффициента интенсивности напряжений, а также устойчивость покрытия к абразивному износу (соотношение /H Е ) и

сопротивляемость пластическому деформированию (соотношение 3 2/H Е ). В

то же время легирование покрытия NbN ведет к снижению модуля упругости. Модуль упругости двухэлементных покрытий меньше покрытия NbN на17,8 % и 30,9% соответственно для покрытий NbZrN и NbTiN.

Максимальное повышение микротвердости и трещиностойкости двухэлементных покрытий по сравнению с покрытием NbN составило 8 % . Более значительно выросла сопротивляемость покрытия абразивному изнашиванию и пластическому деформированию в 1,38 и 1,95 раза соответственно для покрытий NbTiN и NbZrN. Повышение характеристик

/H Е и 3 2/H Е для двухэлементных покрытий связано со снижением модуля

упругости покрытий NbN при легировании их цирконием и титаном. Сравнение механических свойств двухэлементных покрытий показывает,

что легирование покрытия NbN цирконием вызывает большее повышение трещиностойкости, сопротивляемости абразивному изнашиванию и

142

пластическому деформированию по сравнению с легированием титаном. Микротвердость и модуль упругости покрытий NbZrN меньше по сравнению с покрытием NbTiN. По этой причине данные покрытия обладают большей сопротивляемостью абразивному изнашиванию и пластическому деформированию.

Анализ результатов исследований двухэлементных покрытий на основе титана и ниобия показывает, что повышение содержания нитрида титана в данных покрытиях (покрытие TiNbN) снижает на 6 % микротвердость и на 16 % модуль упругости. Трещиностойкость покрытий при этом практически не изменяется. Незначительно возрастает сопротивляемость покрытия абразивному изнашиванию. В то же время более существенно (на 25 %) возрастает сопротивляемость покрытия пластическому деформированию.

Рис. 1. Микротвердость и модуль упругости покрытий Анализ полученных результатов исследования механических свойств

позволяет сделать предположение, что для обработки пластичных материалов, резание которых сопровождается большими пластическими деформациями, можно рекомендовать покрытие TiNbN, как имеющее наибольшую сопротивляемость пластическому деформированию. Для обработки более хрупких материалов более целесообразно использовать покрытие NbZrN, как покрытие имеющее большую сопротивляемость абразивному изнашиванию.

Выводы

Легирование покрытий из нитрида ниобия ведет к изменению его механических свойств. Легирование цирконием по сравнению с титаном вызывает большее повышение трещиностойкости, сопротивляемости абразивному изнашиванию и пластическому деформированию и в меньшей степени снижает модуль упругости.

Повышение содержания нитрида титана в покрытиях на основе нитридов титана и ниобия снижает и модуль упругости и повышает сопротивляемость покрытия пластическому деформированию.

143

Для практического применения на режущем инструменте, можно рекомендовать покрытия TiNbN и NbZrN, имеющие наиболее рациональное соотношение механических свойств.


1. Верещака А.С., Григорьев С.Н., Табаков В.П. Методологические принципы создания функциональных покрытий нового поколения для применения в инструментальном производстве. Справочник. Инженерный журнал. – 2011. – № 12. – С. 18-22. 77 2. Табаков В.П. Формирование износостойких ионно-плазменных покрытий режущего инструмента. М.: Машиностроение, 2008. – 311 с. 3. Tabakov V.P. The Influence of Machining Condition Forming Multilayer Coatings for Cutting Tools. Key Engineering Materials. – Vol.496 (2012). – pp.80-85, Trans Tech Publications, Switzerland 4. Табаков В.П., Смирнов М.Ю., Циркин А.В., Чихранов А.В. Износостойкие ионно-плазменные покрытия режущего инструмента и технологии их нанесения // Технология машиностроения. – 2007. – № 1. – C. 22-28. 5. Musil J.,Kunc F., Zeman H., Polakova H. Surface & Coatings Technology, no. 154 (2002): 304–313. УДК 621.906-503 ПРОГРОГРАММИРОВАНИЕ ЦИКЛОВОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РАЗОМКНУТОГО ТИПА ТРАНСПОРТНЫМ РОБОТОМ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ А.В. Кузьмин

Современное производство характеризуется повышением доли

автоматизированного оборудования. Прогресс во всех областях техники в несколько раз увеличил номенклатуру изделий и ускорил их моральное старение. Число типов и типоразмеров машин и изделий в настоящее время резко возросло. Повысились требования к их качеству и надежности, возникла необходимость в изготовлении большого числа опытных, экспериментальных и специализированных машин. Следствием этого явилось увеличение доли единичного и мелкосерийного производства.

Как показала практика, изделия единичного, мелко- и среднесерийного производства наиболее эффективно изготавливаются на станках с числовым программным управлением (ЧПУ), причем тенденции развития машиностроения требуют перехода от автономно работающих станков с ЧПУ к роботизированным технологическим и гибким производственным системам.

При изучении программирования робототехнических комплексов (РТК) особое внимание должно уделяться программированию движений робота и взаимодействию его с другим технологическим оборудованием, входящим в состав комплекса. В этом случае работе технологического оборудования, обслуживаемого роботом: станков, накопителей и другого вспомогательного оборудования можно уделять меньше внимания, учитывая его функционирование только как операции загрузки - выгрузки при определенном позиционировании руки робота у этого оборудования.

144

Подобная задача решается при изучении курса "Аппаратные и программные средства управления" студентами машиностроительного факультета. Основной целью здесь является получение студентами навыков программирования промышленного робота, входящего в состав РТК, а также получение достаточно полного представления об особенностях его функционирования. Причем на первое место здесь выдвигается информационная задача, а не изучение конструкции оборудования. В этом случае наиболее целесообразно проводить изучение программирования на основе компьютерной модели РТК, так как она позволяет выявить все особенности работы оборудования, осуществить программирование работы робота на выбранном языке программирования, а затем смоделировать его работу в составе комплекса под действием разработанной управляющей программы. Такая постановка учебного процесса резко снижает вероятность травматизма при проведении лабораторных работ, дает возможность непосредственно после разработки программы смоделировать работу робота в реальном масштабе времени, исключить возникновение аварийных ситуаций и поломку действующего оборудования при неправильно составленных управляющих программах, которые приводят к столкновению руки робота с технологическим оборудованием.

Такая компьютерная программа разработана на кафедре "Металлорежущие станки и инструменты" Ульяновского государственного технического университета и на протяжении ряда лет используется при проведении лабораторных работ по указанному выше учебному курсу.

В настоящее время большинство промышленных роботов (ПР) имеют цикловое программное управление (ЦПУ), которое обеспечивает управление подвижным органом робота по принципу включить - выключить. Это задает определенную последовательность всех движений ПР в некотором интервале времени, называемом циклом работы. При этом величина перемещения подвижного органа робота и, как правило, параметры его движения, такие как скорость и ускорение задаются заранее при настройке оборудования и в процессе работы не меняются.

При цикловом управлении движение по координате осуществляется от упора до упора. Упоры устанавливаются в нужном положении при наладке робота в процессе его стыковки со станком и вспомогательным оборудованием. В простейшем случае каждое из движений робота может иметь две команды «Вперед до упора» и «Назад до упора». Для управления такими движениями достаточно подать команды типа «Вперед». «Назад» или «Вверх», «Вниз». В качестве приводов координат в этих роботах чаще всего применяются пневмо– или гидроприводы линейного или вращательного типа.

Поскольку величина перемещений руки робота в устройствах ЦПУ не задается, то управляющая программа (УП) на языке мнемонических команд представляет собой последовательность команд в фиксированные моменты времени, задающие отдельные движения [1].

При разработке УП необходимо учитывать, что часто в устройствах ЦПУ программируется одновременно выполнение только одного движения ПР. Это позволяет получить однозначную траекторию движения руки робота, определяемую его направляющими и снизить вероятность столкновения руки робота с оборудованием из-за случайного характера траектории при выполнении роботом двух и более движений одновременно при их разной скорости.

145

В лабораторной работе необходимо разработать УП для ПР, входящего в состав робототехнического комплекса (РТК), схематически показанного на рисунке 1 и состоящего из: накопителя – Н, токарного станка – ТС, фрезерного станка – ФС и промышленного робота – ПР, осуществляющего транспортировку заготовок и деталей между накопителем и станками.

При составлении управляющей программы для промышленного робота вначале определяются последовательности движений ПР с учетом:

– движений, которые могут быть реализованы данным роботом; – ограничений, наложенных на движения робота, исключающих

задевание руки и захвата робота за оборудование, а также выпадение изделий из захвата при их перемещении;

– требований по положению руки и захвата ПР в точках позиционирования при загрузке и выгрузке оборудования.

Последовательность команд определяет последовательность движений робота, которыми являются: вытягивание (втягивание); подъем (опускание); поворот право, влево руки робота, ротация захвата и команда закрыть (открыть) захват.

Рис.1 Состав робототехнического комплекса Управляющая программа представляет собой тактовую сетку, в ячейках в

которых указываются команды на движения ПР. В своей работе программа анализирует возникновение аварийных

ситуаций, обусловленных “столкновением” с оборудованием, его неправильной загрузкой-выгрузкой, выполнением некорректных движений роботом. Для удобства отладки программы используется режим пошаговой ее отработки и принудительное возвращение оборудования в исходное состояние соответствующее началу цикла работы.

146

Использование этой компьютерной программы дает возможность повысить эффективность учебного процесса, а также объективно производить контроль знаний обучающихся.

Результаты использования программы показывают, что эффективность изучения материала и глубина его проработки возрастают, при одновременном снижении времени обучения и повышения интереса к изучаемому материалу.


1. Кузьмин А.В., Схиртладзе А.Г. Основы программирования систем числового программного управления: учебное пособие с грифом МГУП/А.В. Кузьмин, А.Г. Схиртладзе. - Старый Оскол: ТНТ, 2012. – 240 с. К ВОПРОСУ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА МЕЖРЕГИОНАЛЬНЫХ РЕГУЛЯРНЫХ ПАССАЖИРСКИХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ПЕРЕВОЗОК Аспирант К.А. Луконькина, науч. рук. профессор В.В. Епифанов

На современном этапе развития экономики России актуально становление новых, более эффективных механизмов управления, в том числе и на автомобильном транспорте: формируется новое транспортное законодательство, совершенствуются механизмы взаимодействия перевозчиков и существующей власти, устанавливаются новые нормы транспортного обслуживания населения.

Транспортная стратегия РФ на период до 2030 года, утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации 22 ноября 2008 г., определяет основные направления развития автотранспортной отрасли, требования к транспортным процессам. Одним из наиболее важных вопросов в новом законодательстве выделены регулярные перевозки пассажирским автомобильным транспортом.

Федеральный закон от 13 июля 2015 г. "Об организации регулярных перевозок пассажиров и багажа автомобильным транспортом и городским наземным электрическим транспортом в Российской Федерации и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" содержит требования к организации межрегиональных регулярных пассажирских автомобильных перевозок, в том числе по вопросу обеспечения их качества.

В соответствии с данным законом межрегиональные регулярные перевозки - это маршрут регулярных перевозок в границах не менее двух субъектов Российской Федерации.

Межрегиональный маршрут регулярных перевозок устанавливается, изменяется уполномоченным федеральным органом исполнительной власти по предложению юридического лица, индивидуального предпринимателя или уполномоченного участника договора простого товарищества, имеющих намерение осуществлять регулярные перевозки или осуществляющих регулярные перевозки по данному маршруту.

147

Требования к качеству перевозок Перед каждым пассажирским АТП или организацией стоит задача

повышения качества обслуживания населения и эффективности использования подвижного состава. Качество обслуживания населения пассажирским транспортом имеет социальное и экономическое значение.

При организации междугородных перевозок можно использовать разработанную в свое время научно-исследовательским институтом автомобильного транспорта комплексную систему управления качеством обслуживания пассажиров в междугородном сообщении. Она состоит в том, что управление качеством производится не только автотранспортными предприятиями, но и объединениями автовокзалов и пассажирских автостанции. При этом показатели и нормативы качества обслуживания пассажиров должны учитывать специфику междугородных перевозок и отличаться от показателей качества городских и пригородных перевозок Министерством транспорта России. В качестве показателей и нормативов транспортного обслуживания населения в междугородном автобусном сообщении предложены следующие:

наполнение автобусов; регулярность движения; соответствие типа автобуса условиям междугородных перевозок

по протяженности маршрута; затраты времени пассажирами при поездках в автобусах на

каждые 10 км пути следования; обслуживание пассажиров на автовокзалах и автостанциях (время

на приобретение билетов и перечень предоставляемых yслуг). Разработка и внедрение комплексной системы управления качеством

перевозок пассажиров в междугородном сообщении включает три этапа: подготовка к разработке, разработка проекта и внедрение системы.

Основными причинами, вызывающими недостатки в организации

обслуживания населения являются: 1. Неудовлетворительная организация технического обслуживания и

ремонта подвижного состава. 2. Недостаточная насыщенность маршрутной сети автобусами. 3. Слабое использование передовых методов организации транспортного

процесса на линии, а также автовокзалами и автостанциями. Основными задачами управления качеством пассажирских перевозок (ПП)

являются: 1. Разработка нормативов качества ПП. 2. Определение и уточнение требований к качеству перевозок

применительно к междугородним перевозкам на основе улучшения роста требований к качеству и достижений в области управления качеством.

3. Планирование повышения уровня качества ПП. 4.Разработка организационно-технических мероприятий по

совершенствованию транспортного производства на всех его участках с целью достижения установления нормативов качества.

148

5. Развитие и постоянное совершенствование производственно-технической базы для обеспечения высокой эксплуатационной надежности подвижного состава.

6. Моральное и материальное стимулирование повышения качества труда отдельных работников и коллектива предприятия в целом.

7. Контроль над реализацией разработанных мероприятий. Качество пассажирских автобусных перевозок определяется

совокупностью показателей, характеризующих уровень удовлетворения потребностей пассажиров в транспортном обслуживании.

К основным показателям качества перевозок пассажиров относятся:

1. Комфортность поездки (направление автобуса и регулярность движения их на маршрутах).

2. Время, затрачиваемое пассажирами на передвижение (плотность транспортной сети, скорость сообщения, потребное число автобусов на маршруте, пересадочность и т.д.).

3. Безопасность перевозки. 4. Вежливость со стороны персонала. 5. Тяжесть дорожно-транспортных происшествий. Условиями, определяющими эти показатели, являются: 1. Плотность автобусной сети. 2. Частота и интервал движение автобусов. 3. Регулярность движения автобусов на маршрутах. 4. Состояние информации и реклама о работе пассажирского транспорта.

Рис. 1 Организация труда водителей и кондукторов

Организация труда водителей и кондукторов

четкая работа автобусов в соответствии с утвержденными расписаниями

качественное обслуживание пассажиров

безопасность перевозок

выполнение производственного задания

предоставление отдыха и перерывов полное использование нормы рабочего времени за учетный период

соблюдение установленной продолжительности рабочего дня

149

Таким образом, в современных условиях происходит активное формирование системы управления качеством пассажирских перевозок. Пассажиры уделяют все большее внимание качеству оказываемым им услуг, заставляя тем самым перевозчиков конкурировать между собой и, в конечном итоге, стремиться к оказанию более качественных услуг.

Необходимым фактором при оценке уровня качества регулярных перевозок является учет современной системы оценки качества. В современных условиях такой системой является система международных стандартов качества продукции ISO 9000. Вместе с тем соответствие стандарту ISO 9000 не гарантирует высокое качество перевозок пассажиров в системе ГПАТ. Соответствие требованиям и рекомендациям этих стандартов говорит о способности предприятия поддерживать стабильность качества и улучшать результативность своей работы. Также соответствие требованиям ISO 9000 свидетельствует о некотором уровне надежности поставщика. С точки зрения многих западных и японских компаний, соответствие требованиям ISO 9000 — это тот минимальный уровень, который даёт возможность вхождения в рынок. Сам сертификат соответствия ISO 900 является внешним независимым подтверждением достижения требований стандарта.

Следует отметить, что число предприятий междугороднего ПАТ различных форм собственности, имеющих сертифицированную систему менеджмента качества (СМК), а главное работающую СМК в настоящее время ничтожно мало по сравнению с предприятиями других отраслей промышленности. Кроме того, в рамках стандартов СМК необходима разработка показателей качества перевозок, методических рекомендаций по оценке удовлетворенности и улучшению качества предоставляемых услуг.

На наш взгляд, особое внимание следует уделить разделам стандарта ISO 9000, связанным с требованиями потребителей. Это обусловлено тем, что пассажиры непосредственно являются потребителями услуги. Поэтому в системе междугородних перевозок обязательно должны быть разработаны и применяться механизмы оценки удовлетворенности потребителей.


1. О безопасности дорожного движения : федер. закон от 10 декабря 1995 г. №196-ФЗ // http://rg.ru/.

2. Федеральный закон от 13 июля 2015 г. N 220-ФЗ "Об организации регулярных перевозок пассажиров и багажа автомобильным транспортом и городским наземным электрическим транспортом в Российской Федерации и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации".

3. Об общих принципах организации транспортного обслуживания насе-ления на маршрутах регулярного сообщения в Российской Федерации : проект Федерального закона №423427-4 // http://rg.ru.

150

ОЦЕНКА КОММЕРЧЕСКИХ ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ ПО КРИТЕРИЮ МИНИМАЛЬНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАТРАТ В.А. Мигачев

Было проведено практическое исследование эксплуатационных затрат на грузовые автомобили парка одного из крупных автопредприятий города Ульяновска. Был разработан и апробирован алгоритм выбора автомобилей с учетом эксплуатационных затрат. Данный подход позволит сделать окончательный выбор автомобилей для формирования и обновления парка автотранспортных предприятий, позволяющий даже при неизменных объемах производства снизить затрат на эксплуатацию, а значить повысить доходы и конкурентоспособность предприятия в целом.

Автомобили исследуемого предприятия эксплуатируются в различных условиях и режимах - обеспечивают доставку оборудования и материалов для горизонтально направленного бурения в разных климатических районах нашей страны.

Исследуемый подвижной состав имеет различные модификацию, возраст и средние пробеги. Деление по группам для проведения исследования учитывало данные параметры. Парк грузовых автомобилей имеет следующую структуру (рис. 1).

15

12

8

11

15

0

5

10

15

Авто

мобили

, ед

Дорожные седельные тягачи с пробегом 1500 тыс км.

Седельные тягачи повышенной проходимости со средними пробегом 75 тыс. км.

Седельные тягачи повышенной проходимости со средним пробегом 150 тыс. км.

Бортовые автомобили повышенной проходимости со средним пробегом 100 тыс км.

Бортовые автомобили повышенной проходимости со средним пробегом 150 тыс. км.

Рис. 1. структура исследуемого подвижного состава

Были установлены условия эксплуатации для парка автомобилей путем анализа транспортной работы по отчетной документации и путем анкетирования водителей и диспетчеров (рис 2.).

151

Рис. 2. Условия эксплуатации автомобилей

По отчетной документации финансовой службы предприятия были определены дисконтированные затраты на каждую единицу подвижного состава за последние четыре года эксплуатации. Затраты были дифференцированы по группам запасных частей и материалов. Данные представлены в таблице 1, рис. 3.

Таблица 1

Удельные затраты на запасные части и материалы Группа автомобилей/удельные затраты

1 группа 2 группа 3 группа 4 группа 5 группа

Затраты на запасные части и материала по

видам агрегатов и

узлов руб

./км

%

руб

./км

%

руб

./км

%

руб

./км

%

руб

./км

%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Двигатель 0,19

8 18 0,50

6 22 0,67

6 13 0,55

0 22 1,12

2 22

Агрегаты трансмиссии

0,066

6 0,322

14 0,572

11 0,175

7 0,375

7

Узлы ходовой части

0,0242

22 0,207

9 0,624

12 0,0225

9 0,612

12

Электрооборудование и системы электронного управления

0,121

11 0,253

11 0,728

14 0,250

10 0,714

14

Шины 0,242

22 0,667

29 1,508

29 0,650

26 0,867

17

152

Эксплуатационные материалы

0,187

17 0,207

9 0,468

9 0,525

21 0,918

18

Прочее 0,033

3 0,138

6 0,676

13 0,150

6 0,408

8

Средние затраты по группе

1,1 100 2,3 100 5,2 100 2,5 100 5,1 100

Рис. 3 Удельные затраты на запасные части и материалы

Определен характер зависимости влияния условий эксплуатации и

модификации подвижного состава от удельных затрат на запасные части и эксплуатационные материалы в течение эксплуатации.

Менее затратной группой в структуре подвижного состава является первая. Это дорожные седельные тягачи с общим средним пробегом свыше 1500 тыс км. Средние удельные затраты по группе составили 1,1 руб/км.

153

Отличительной особенностью данной группы является то, что в нее входят в основном тягачи иностранного производства, вводимые в эксплуатацию в России уже со значительными средними пробегами – около 1 млн. км. Полученные результаты подтверждают, что автомобили данной категории имеют высокое качество и способны составлять конкуренцию даже при значительных пробегах. Однако автомобили данной группы эксплуатируются в относительно хороших условиях – преимущественно 1 категория эксплуатации, относительно постоянная скорость движения, высококвалифицированные водители и т. п. Наиболее затратные статьи в данной группе это двигатель (0,155 руб.км.), узлы ходовой части (0,242 руб./км) и шины (0,242 руб./к

УДК 621.91:678.5 ВЛИЯНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА АЛМАЗНОЙ РЕЗКИ ЗАГОТОВОК ИЗ ПКМ НА ЗНАЧЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА С. А. Кобелев

Значения плотности теплового потока qc на разных участках режущей кромки при разрезании алмазными отрезными кругами определяются кинематическими параметрами процесса и температурой по длине дуги контакта режущей кромки с заготовкой из полимерно-композиционных материалов (ПКМ) [1]. Определим площадь и длину дуги контакта во время разрезания заготовки. Рассмотрим изменение длины дуги контакта на различных стадиях процесса разрезания цилиндрической заготовки (см. рис.1).

Исходные данные и обозначения: Rн = 150 мм – наружный радиус круга; rвнут. = 140 мм – внутренний радиус режущей кромки; H = 25 мм – высота

заготовки; τ – время работы, мин.; Sверт. – вертикальная подача, м/мин.; lконт.(τ) – длина дуги контакта, м; S(τ) – площадь контакта, м2.

1. Врезание: 1max

A

B

C

O1

O2β

h(τ)

α

2

S(τ)/ 2

1

Рис.1. К расчётному случаю 1.

154

1 – режущая кромка АОК («тело» круга условно не показано), 2 – заготовка;

.;

;;;

..1max.1max.1max

2121

вертвнутHвнутHверт

зHOOзAOHAO

srRrRsh

hrRlrlRl

.2

;2

2.

2. 21 зABOсектнACOсект rSRS

(1)

.22. HACконт Rll (2)

Из треугольника O2AO1 по теореме косинусов имеем: ;cos2

2112112

222 OOAOOOAOAO lllll

;2arccos

2arccos222

2222112211

hrRRrhrRR

lllll

зHHззHH

OOAOAOOOAO

(3)

;.cos22122121


.2arccos

2arccos222

2222121212

hrRrRhrRr

lllll

зHзHзHз

OOAOAOOOAO

(4)

sin5,021121 OOAOAOO llS (5)

2. Нормальное резание (см. рис.2): 2max1max

D

B

C

O1

O2

A

αβ

h(τ)

2

S(τ)/ 2 1


1 – режущая кромка АОК («тело» круга условно не показано), 2 – заготовка

.2;2

;;;;

.2max2max.2max

. 212211

вертззверт

зHOOзDOAOHDOвнутAO

srrsh

hrRlrllRlrl

;211 .. ABOсектDCOсект SSS (6)

.22. HDCконт Rll (7)

.2

;2

2..

2. 11 внутABOсектнDCOсект rSRS

155

Из треугольника О2DO1 по теореме косинусов имеем: ;cos2

2112112

222 OODOOODODO lllll

.2arccos

2arccos222

2222112211

hrRRrhrRR

lllll

зHHззHH

OODODOOODO

(8)

Из треугольника О2АО1 по теореме косинусов имеем: ;cos2

2112112


.2arccos

2arccos

.222

.

2222112211

hrRrrhrRr

lllll

зHвнутззHвнут

OOAOAOOOAO

(9)

3. Окончание резания (см. рис.3): 3max2max

BA

C

O2

D

α

β

h(τ)

γ

2

S(τ)/ 21

O1


1 – режущая кромка АОК («тело» круга условно не показано), 2 – заготовка

.2;2

;;;;

..3max.3max.3max

. 2122111

вертвнутHзвнутHзверт

зHOOзCOAOHDOвнутBOAO

srRrrRrsh

hrRlrllRlrll

;21212 .. ABOсектAOOACOсект SSSS (10)

.22. зACконт rll (11)

.sin5,0;2

;2 2112112

2..

2.

OOAOAOOвнутABOсектзACOсект llSrSrS

Из треугольника О1АО2 по теореме косинусов имеем: ;cos2

2112112


;2arccos

2arccos

.222

.

2222112211

hrRrrhrRr

lllll

зHвнутззHвнут

OOAOAOOOAO

(12)

;cos22212211

222 AOOOAOOOAO lllll

156

.2arccos

2arccos2

.22

2222211221

ззHвнутззH

AOOOAOAOOO

rhrRrrhrR

lllll

(13)

; . (14)

Таким образом, мы получили математические выражения для расчета длин дуги и площади контакта на различных стадиях процесса при разрезании цилиндрической заготовки из ПКМ алмазным кругом.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Кобелев, С. А. К вопросу о разработке математической модели

теплообмена при разрезании заготовок из ПКМ отрезными алмазными кругами / С. А. Кобелев, А. Ф. Ширялкин, Г. И. Данилов // Системы управления жизненным циклом изделий авиационной техники: актуальные проблемы, исследования, опыт внедрения и перспективы развития: статьи и тезисы докладов 4 Международной научно-практической конференции(16-17 октября 2014 г., г. Ульяновск).-Ульяновск: УлГУ, 2014.- с. 152-163

УДК 629.1.03 ОБЗОР ТРАНСПОРТА БУДУЩЕГО В НАСТОЯЩЕМ Д.Г. Вольсков

Актуальной задачей для исследователей в настоящее время является

повышение мобильности транспортных средств для эвакуации пострадавших в зонах чрезвычайных ситуаций, а также при выполнении операций по ликвидации чрезвычайных ситуаций. Кроме того, транспортные средства должны обладать плавучестью на воде или возможностью приводнения, а также мобильного передвижения и мониторинга как на суше, так и в болотистой местности.

Ниже рассмотрим разлучные виды транспорта, которые могут справляться с поставленной задачей.

Вертолет (рис. 1) универсальный вид транспорта, имеющий возможность посадки как на землю, так и на воду.

Рис. 1. Вид вертолёта

Следующий вид транспорта так же как и вертолёт способен справляться с поставленной задачей – конвертоплан (рис. 2).

157

Рис. 2. Общий вид ковертоплана

Экраноплан (рис. 3) – машина способная передвигаться как по воде, так и

по суше.

Рис. 3. Общий вид экраноплана

Менее скоростной вид транспорта по сравнению с экранопланом является

машина на воздушной подушке (рис. 4) и машины амфибии (рис. 5).

Рис. 4. Общий вид машины на воздушной подушке

Рис. 5. Общий вид машины амфибии

Прототипы (концепции) летательных аппаратов представлены на рис. 6 и

рис. 7

158

Рис. 6. Общий вид летательного аппарата вертикального взлета-посадки

повышенной дальности полета [2]

Рис. 7. Квадракоптер «Скорая помощь»

На основе рассмотренных схем можно сделать вывод, что в стране, как и

раньше, отсутствует такое индивидуальное универсальное средство передвижения, которое позволяло бы человеку выполнять ту или иную работу в различных средах: на суше, на воде и на болотной трясине [1].


1. Снегоход-амфибия-болотоход Адамович Б.А., Дербичев А.Г.Б., Дудов В.И. Мир транспорта. 2008. Т. 6. № 3 (23). С. 38-43.

УДК 629.7.023 ИДЕОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПОНЕНТОВ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Д.Г. Вольсков, Д.В. Мухин

Существует мнение, что композиционный материал (КМ) – это «Новый

материал, являющийся одновременно конструкцией». Это не совсем точно. Точнее: «Создана новая технология изготовления конструкций из волокнистого высокопрочного материала». А КМ – это один из материалов, которые, как говорят, сделал из обезьяны человека. Первый – камень, второй – палка, древесина [1].

159

Уже древние люди знали, что древесину легче всего разрушить ударом топора (клина) вдоль волокон, разрушив самое слабое звено – связующее. У КМ прочность связующего в 10-15 раз меньше прочности волокон. Случай локального разрушения связующего и является началом разрушения силовых конструкций из КМ [1].

Удельная прочность однонаправленного слоя полимерного КМ в 5,5…6 раз превышает удельную прочность конструкционных алюминиевых сплавов. Однако снизить во столько раз массу конструкции невозможно. Однонаправленных слоев КМ в авиационных силовых конструкциях 40…60%, допустимое напряжения на сжатие КМ в 1,5…2 раза меньше, еще дополнительный коэффициент безопасности 1,25. Итого, теоретический выигрыш в массе регулярной части силовой конструкции ≈ 33…35% [1].

Регулярная часть конструкции из КМ сама по себе работать не может, её нужно привязать к смежной конструкции самолета, что осуществляется посредством крепежных элементов или клеевых соединений. Типовая конструкция разъемного соединения показана на рис. 1 [1].

Рис. 1. Типовая конструкция разъемного соединения

Современные методики проектирования и расчётов на прочность

слоистых ПКМ базируются на априорном предположении о постоянстве продольных, сдвиговых и угловых деформаций по толщине пакета. Это предположение в целом справедливо для большей части композитных конструкций в регулярной зоне, так как такое состояние является устойчивым под действием внешних сил. Кроме того, такое предположение удобно для выполнения расчётных процедур при оценке действующих напряжений в слоях.

Однако, в участках с переменной структурой укладки композита, например, зоны с переменной толщиной пакета, происходит перераспределение напряжений между слоями, что заставляет работать хрупкий и слабый материал матрицы между слоями на сдвиг и отрыв [2].

На сегодняшний день участки в изделиях из слоистых ПКМ с переменной структурой укладки (рис.2), где есть вероятность возникновения межслоевых напряжений, являются нерасчётными и проектируются исходя из набора требований и рекомендаций [2].

160

Рис. 1. Участки в конструкциях из ПКМ с переменной структурой укладки Межслоевые напряжения в слоистом ПКМ аналогичны напряжениям в

клеевом соединении. Оно же является наиболее логичным, так как сам по себе слоистый композит представляет из себя набор склеенных между собой слоёв [2].

Введём понятия [2]: Сильный слой – слой, который отдаёт нагрузку при перераспределении; Слабый слой – слой, который принимает нагрузку в ходе

перераспределения. На практике, прежде чем определять величину напряжений между слоями,

необходимо проанализировать структуру переходной зоны, выделить сильный и слабый слои, определить их характеристики упругости, толщины. На рисунке 3 изображён пример конструкции переходных зон, где проиллюстрировано, какой слой или совокупность слоёв считать сильным, какой – слабым. В случае с непрерывными слоями может возникнуть необходимость определения отдельной нагрузки на сильный слой или совокупность слоёв, так как её величина может не соответствовать нагрузке на весь пакет [2].

Рис. 3. Сильные и слабые слои.

После определения сильных и слабых слоёв, им, соответственно,

присваиваются индексы 1 и 2.

161

На рис. 4 изображён общий алгоритм действий конструктора при проектировании зон конструктивного перехода. Он основан на едином алгоритме действий при проектировании конструкции [2].

Рис. 4. Общий алгоритм действия конструктора при проектировании зон

конструктивного перехода слоистых ПКМ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Идеология проектирования авиационных конструкций из полимерных

композиционных материалов Ендогур А.И., Кравцов В.А. Труды МАИ. 2015. № 81. С. 4.

2. Расчёт и проектирование изделий конструкции самолёта из слоистых композитов с учётом межслоевых эффектов Грищенко С.В. Труды МАИ. 2015. № 84. С. 18.

УДК 681.322 ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ В ФАСЕТНОЙ МОДЕЛИ ПОСЛЕ ТРЕХМЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ О. Э. Чоракаев, Е. Н. Згуральская, А. А. Лапышев

Методы оптического сканирования широко используются в России [1] и за рубежом [2]. Оптическое сканирование это когда на сканируемый объект проецируются лучи белого света. Одной из ведущих компаний, производящих

162

высокоточное оборудование для трехмерного сканирования является Южнокорейская Solutionix (рисунок 1).

Рис 1. 3D- сканер Rexcan фирмы Solutionix.

После нескольких десятков съемок объекта в ПО, сопровождающем

сканер, формируется фасетная модель в формате STL, представляющая собой список фасетов, вид которых представлен на рисунке 2.

Рис 2. Фасетное описание в формате STL.

Таким образом, в процессе трехмерного сканирования от реального

объекта, производится переход к фасетной модели, что сопоставимо с обыкновенным сканированием текста в картинку, следующим этапом является инженерный анализ – распознавание на модели конструктивных элементов.

Одним из наиболее распространённых конструктивных элементов является цилиндр, его восстановление можно провести на фасетной модели, с достаточным количеством сечений по трем осям (рисунок 3).

Рис 3. Представление объектов

163

Цилиндр, рассечённый плоскостью не параллельной его основанию в сечении, образует эллипс, являющийся кривой второго порядка (рисунок 4). Учитывая, что каждый эллипс необходимо построить из сечения содержащего более 100 точек, используется метод наименьших квадратов.

Рис 4. Эллипс как кривая сечения

Двух восстановленных эллипсов достаточно чтобы восстановить ось и

диаметр цилиндра, а его основания восстанавливаются как плоскости. Схожими методами производится обнаружение и других типовых элементов, таких как призма, шар и прочие.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Как 3d-сканер REXCAN и инженерный анализ с помощью Geomagic помогли при воссоздании классического автомобиля / САПР и графика. 2013. № 3 (197). С. 68-70. 2. Kang, T.J. fabric surface roughness evaluation using wavelet-fractal method. / Kang T.J., Kim S.Ch., Sul In.H., Youn Ja.R., Chung K. - Textile Research Journal. 2005. Т. 75. № 11. С. 751-760. УДК 681.523 СОВРЕМЕННЫЙ ПОДХОД К КИНЕМАТИЧЕСКОМУ И СИЛОВОМУ АНАЛИЗАМ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ О. Э. Чоракаев, Б.Т. Аразвелиев, Д. В. Мухин

Практика последних лет показывает, что построение кинематических схем механизмов, а так же исследование его скоростных и силовых параметров графическим способом не потеряло своей значимости в настоящее время. Однако современные программные продукты дают значительное преимущества в анализе механизма и его исследовании с учетом анимационных особенностей программ компьютерной техники. На основе одной из современных параметрических программ, а именно T-FLEX CAD, был рассмотрен способ построения анимации кинематической схемы механизма, построение планов

164

скоростей и, ускорений звеньев механизма в динамике и расчет сил действующих на него в заданном положении. В качестве примера было рассмотрено построение анимации кинематической схемы робота-манипулятора (рисунок 1). Также была построена 3D модель робота-манипулятора в T-FLEX CAD (рисунок 2).

Рис 1. Робот-манипулятор

Построение кинематической схемы основывается на связи частей

механизма с кривошипом 1 (рисунок 3), так как именно изменение его угла относительно стойки О1 будет приводить механизм в движение. Для того чтобы размеры частей механизма не изменялись в движении для их построения используются окружности, где радиусы являются числовым значением размеров частей механизма. Радиусы окружностей задаются в программе через переменные, которые будут определять соответствующий размер каждой части механизма (1, 2 и 3). Окружность также является траекторией движения. Для запуска анимации используют изменение переменной в команде «Анимация», то есть угла поворота кривошипа 1 вокруг точки О1. Вместе с движением кривошипа по заданным графическим связям начнется движение всего механизма.

165

Рис 2. 3D модель робота-манипулятора

Построение планов скоростей в программе основывается на построение

перпендикулярных и параллельных прямых к звеньям механизма (рисунок 4). Начинается построение с отложения на чертеже значения вектора скорости кривошипа, а дальше относительно него графически строятся остальные вектора скоростей.

Рис 3. Схема механизма («левая часть» робота-манипулятора)

Построение векторов ускорений начинается с построения постоянного вектора ускорения кривошипа. В дальнейшем построение векторов нормальных ускорений звеньев и вектора Кориолисова ускорения сводится не к графическому, а к аналитическому методу. В программе задаются формулы для вычисления этих ускорений, в которые включены значение размеров частей механизма, размеров векторов некоторых скоростей и программа

166

самостоятельно считывает их значение. Тангенсальные ускорения и абсолютные ускорения находятся графически.

Рис 4. Построение анимации планов скоростей механизма

Программа позволяет произвести силовой расчет для определенного

положения механизма. В дальнейшем при нахождении уравновешивающей силы с помощью рычага Жуковского проверяется правильность построения вектора скоростей, ускорений и сил.

На основе знаний параметрической программы T-FLEX CAD и ее применение в кинематическом исследовании механизмов позволит студентам сделать более оперативным выполнение работ по теории механизмов и машин, даст студенту возможность наглядно увидеть движение механизма, изменение направления и значения векторов скоростей и ускорений, что более качественно повысит уровень знаний.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин: Учеб. для втузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. – 640 с. 2. Лебедев А. В. Проблемы производства трубопроводов в современном авиастроении / А. В. Лебедев, А. А. Баранников, М. В. Гришин, П. Ю. Павлов, С. В. Рябов, О. Э. Чоракаев // В мире научных открытий. – 2014. - № 4 (52). – С. 71-81. 3. Мкртычев О. В. Компьютерное моделирование при кинематическом анализе плоских механизмов // Теория механизмов и машин. – 2012. - № 1. – Том 10. – С.46-52. 4. Руководство пользователя T-FLEX CAD. Основы. 2D проектирование и черчение.

167

УДК 528.35 О ТОЧНОСТИ УСТАНОВКИ ТЕОДОЛИТА В СТВОР Ю.А. Колмаков, О.Е. Дронь, А.С. Курочкина

При производстве съемочных и разбивочных работ, в ряде случаев возникает необходимость сгущения сети, которое в частности, можно осуществить перенесением пункта В (рис.1), закрепленного грунтовым знаком, в створ пунктов А и С, закрепленных стенным знаками. Для этого необходимо: - вычислить длину перпендикуляра ВВ0=l;

- вычислить координаты пункта В0, устанавливаемого в створ АС; - из точки В построить расстояние l и закрепить пункт В0; - проверить в вынесенной точке, угол между направлениями на пункт А и В. - при необходимости, если фактическое положение вынесенной точки не

совпало с проектными (вычисленным), необходимо редуцировать (перенести) ее в проектное положение.

Рассмотрим подробно методику выполнения работ с оценкой точности этапов. Уравнение прямой проходящий через точки А (xA,yA) и c (xC, yC) имеет вид

, (1)

Представим (1) в общем виде

Аx+Вy+c=0 (2)

Расстояние (перпендикуляр) от пункта В(хВ,yВ) к прямой линии (2) вычисляется по формуле

, (3)

где – нормируемый множитель. Подставив в (3) значения координат пункта С, получим расстояние l –

перпендикуляр к линиям АС. Определим среднюю квадратическую ошибку вычисления l, с этой целью

продифференцируем (3) по переменным x и y

Рис.1. Схема вынесения пункта

168

, (4)

и переходя к средним квадратическим ошибкам, запишем

, (5)

Принимая ошибки определения координат по осям координат x, y равными

,

где – ошибка положения пункта; получим:

. (6)

Координаты пункта вычислим по формулам

(7)

В формулах (7), координаты пункта В известны длина линии , а

дирекционный угол линии вычисляется по формуле Дирекционный угол линии АС определяется из решения обратной задачи

по этому направлению. Дифференцируя

, (8)

и переходя к средним квадратическим ошибкам, получим

. (9)

При независимом определении координат, исходя из равенств

и , ошибки вычисления приращений координат вычисляются по формулам

(10)

Принимая ошибки вычисления координат равными

, (11)

где – средняя квадратическая ошибка определения положения пунктов

на местности.

169

С учетом (10) и (11), ф0рмула (9) принимает

(12)

После вычисления длины l и координат пункта , тахеометр

устанавливают в пункте В и строят отрезок l, полученную точку закрепляют. Так как, построение точки В0 осуществляется только отложением линии, то

возникает неопределенность, которая заключается в том, что точка В0 может занять положение от точки В1 до точки В2 на части дуги окружности с радиусом

l. В закрепленной точке устанавливают тахеометр и измеряют угол , если -

90≤2m , где m – средняя квадратическая ошибка измерения угла одним

приемом, то пункт В0 находится в створе линии АС. При , пункт В0 не занял проектное положение, и его необходимо редуцировать

(перенести) в створ линии АС. Это выполняется построением угла 1 и

расстоянием . Для вычисления элементов редукции l и дополнительно

измерим линию l3. Из решения обратной задачи вычисляют дирекционный угол и длину линии l1. По разности дирекционных углов направлений ВА и ВВ0 получим угол

. (13)

Средняя квадратическая ошибка определения угла

. (14)

где - среднее квадратические ошибки дирекционных углов

направлении ВА и ВВ0 соответственно. Угол вычислим по теореме синусов

170

. (15)

Дифференцируем (15) и переходя к средним квадратическим ошибкам,

получим

. (16)

По известным углам и вычисляем угол

, (17)

Ошибка вычисления равна

. (18)

Из треугольника ВВ1В0 вычисляем значение линейного элемента редукции

, (19)

где – половинное значение угла , угловой элемент редукции будет определяться, как

. (20)

Средняя квадратическая ошибка вычисления линейного элемента

редукция ровна

. (21)

Первый член формулы (21), показывающий влияние ошибок линейных

измерений, при очень малых значениях угла , будет пренебрежимо малым. Поэтому формула (21) принимает вид

. (22)

Ошибка вычисления углового элемента редукции

171

. (23)

Рассмотренная методика, по сгущению геодезической сети, позволяет

вынести дополнительный пункт с оценкой точности его положения. По

полученным формулам, решая обратную задачу на оценку точности, исходя из

требуемой ошибки положения пунктов в створе линии, можно установить

точность угловых и линейных измерений на всех этапах работ

УДК 528.482 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ПУНКТОВ СЕТИ СПОСОБОМ СРЕДНЕЙ ПЛОСКОСТИ Ю.А. Колмаков, А.С. Курочкина, О.Е. Дронь

Для обеспечения длительной и безопасной эксплуатации

производственных зданий и сооружений, испытывающих значительную нагрузку, выполняют геодезические наблюдения за осадками. На основе результатов натурных измерений определяют:

- реальные деформации зданий и сооружений, и их отдельных частей и узлов;

- закон изменения осадок (подъемов) во времени и пространстве; - соответствия расчетных (проектных) данных об осадках основания,

фундамента, несущих конструкций. Наблюдения за осадками выполняют с начала и в ходе строительства, в

процессе эксплуатации сооружений. Геодезическая сеть для наблюдения за осадками состоит из: - исходной; - рабочей; - деформационной. В качестве пунктов исходной основы применяют глубинные и

фундаментальные реперы; К рабочим реперам относятся стенные и грунтовые реперы.

Деформационная сеть представляет различной конструкции марки, закрепляемые на сооружениях.

На положении пунктов исходной и рабочей основы, которые теоретически принимаются за неподвижные, влияют природные и антропогенные факторы. К первым относятся:

- изменение температуры пород; - уровня грунтовых вод; - изменение влажности; Антропогенные факторы: - нагрузка фундамента и самого сооружения на основание; - забор грунтовых вод. Устойчивость реперов можно осуществить тремя способами: - удаление реперов за переделы зоны влияния сооружений;

172

- разработка такой конструкции знака, которая бы обеспечила надежную сохранность исходной отметки;

- закладка якоря знака в выходы устойчивых коренных пород. При удаление исходных реперов на значительное расстояние, точность

определения осадок снижается. Кроме того, границы воздействия сооружения строго не определяются. Конструкция и глубина заложения знака приводит к большим затратам. Поэтому в практику геодезических работ по наблюдению за осадками, с необходимым выполнением условий первых двух требований, вошли методы определения стабильности исходной геодезической [1].

Методы анализа стабильности исходных реперов можно разделить условно на две группы:

- методы, в основе которых лежит принцип средней отметки всех реперов сети, или группа наиболее устойчивых реперов;

- методы, в основе которых лежит принцип неизменной отметки одного из реперов сети.

Рассмотрим подробно первый способ определения стабильности реперов сети [2].

В этом способе в каждом цикле нивелирования, исходная сеть будет уравниваться как свободная с применением обобщенного способа узлов или видоизмененным способом полигонов. В видоизмененном способе полигонов исключается вычисление значений коррелят и можно вычислить корреляционную матрицу.

Условные уравнения составляют непосредственно по чертежу, матрица условных уравнений С, имеет порядок kxn, k-число независимых полигонов; n-число всех измеренных превышений, координаты матрицы С принимают значения Сij- 0,-1,i, где i- номер полигона; j-превышения.

Если превышение hi=hkl получено по ходу от репера k к реперу l, то

(1)

Далее составляется матрица D и обратная D-1

(2)

где P-1- обратный вес превышений (ходов), СТ- транспонированная матрица С.

Вычисляется:

F-P-1CTD-1C. (3)

Поправки V в превышения находятся по формуле:

(-V)=Fh. (4)

По отметке любого репера вычисляются отметки всех реперов сети .

173

Примем, что НО1, НО2, НО3, НО4 – высоты реперов в нулевом цикле наблюдений; Нi1, Нi2, Нi3, Нi4 – высоты тех реперов, в i-ом цикле нивелирования. Предположим, что исходным в обоих циклах был принят репер 1.

Разность высот каждого из реперов

;

; (5) ;

.

Разности Н ровнялись бы нулю, если бы не было ошибок измерений и

реперы не меняли своего положения. В реальности, только репер 1, который

был принят за исходный в обоих циклах, или Н1=0. Остальные разности, не

равны нуля из-за ошибок нивелирования δn и изменения высот �, тогда

(6)

Далее следует вычислить поправку в исходный репер, с условиям – квадрат суммы отклонений был равен

(7)

Обозначив через δ, запишем уравнения поправок

(8)

Решая (8) под условием (7) получим

. (9)

174

Поправку η вводят в исходную ошибку, и заново вычисляют отметки всех реперов сети. Следует учесть, что реперы из которых поправки δ превышают предельные ошибки нивелирования необходимо исключить из исходных.

Библиографический список.

1. Мурзайкин И.Я. Нужный Л.И. Геодезические методы определения осадок и смещений сооружений. Ульяновск : Ульяновская ГСХА, 2008. – 258 с.

2. Ганьшин В.Н. Измерение вертикальных смещений сооружений и анализу устойчивости реперов / В.Н. Ганьшин, А.Ф. Стороженко, А.И. Ильин и др. – М.: Недра, 1981. – 215 с.

УДК 691 ЖИДКАЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ Р.А. Кудряшова, Н.В. Самаркина, Я.В. Шеймухова В настоящее время проблемы энергосбережения становятся все более острыми, так как цена на электрическую и тепловую энергию постоянно растут. Поэтому разработка новых материалов для тепловой изоляции – одна их самых актуальных в области строительных материалов. К 21 веку накопился достаточно большой опыт в сфере теплоизоляции. Но, тем не менее, наука не стоит на месте – появляются новые способы, расширяется ассортимент на рынке теплоизоляционных материалов. Долгие годы в строительстве использовалась традиционная изоляция из минераловатных материалов, стекло - и шлаковатных и накопилось большое число претензий к этим видам теплоизоляции. В последнее десятилетие на строительном рынке появились принципиально новые жидкие теплоизоляционные материалы в виде красок, наносимые на изолируемые поверхности очень тонким слоем, не превышающим 1-6 мм под разными названиями: Изоллат, Корунд, Астратек, Актерм, Броня, RE- THERM и другие [1,2,3,4,5,6,]. Коэффициент теплопроводности всех этих сверхтонких теплоизоляционных покрытий равен 0,001- 0,0015 Вт/ м ̇К. Многие сразу не могут поверить в такую цифру, ведь даже у воздуха коэффициент теплопроводности в 23 раза выше. Казалось бы – такой материал не может существовать в принципе. Но разработки ученых показали, что можно создать некую субстанцию, теплопроводность которой была бы в разы ниже, чем даже у воздуха, и данная субстанция может устойчиво существовать в земных условиях. Если воздух оказывается разряженным, так что его состояние оказывается близким к вакууму – его теплопроводность значительно меняется[ . Именно такое состояние воздуха может быть достигнуто внутри керамических или стеклянных микросфер [7]. Принцип работы всех перечисленных видов жидкой теплоизоляции объясняется их сложным структурным строением. Покрытие на 70 – 80 % состоит из керамических микросфер диаметром 10 – 30 мкм и на 20 – 30 % из смеси силиконовых микросфер, акрилового связующего и различных целевых добавок. Находящиеся во взвешенном состоянии в акриловой композиции силиконовые полые микросферы диаметром от 50 до 80 мкм оказываются облепленными полыми керамическими микросферами с разряженным

175

воздухом внутри диаметром 10 – 30 мкм. Такая структура нужна для того, чтобы материал работал как многослойная фольга, имеющая в качестве прослоек разряженный воздух. Керамические микросферы имеют большую отражательную способность, а силиконовые микросферы создают тончайшую прослойку между ними. Таким образом, один квадратный метр поверхности покрытия толщиной 1 мм отражает инфракрасное тепло также эффективно, как 50м2 фольги с камерами из разряженного воздуха между ними [ 8 ]. Большинство рекламируемых жидких теплоизоляционных материалов, внешне похожих на обычную полимерную краску белого цвета, и после нанесения на изолируемую поверхность выглядящих как слой матовой краски, рекомендуют применять как для изоляции строительных конструкций, так и для покрытия котлов, трубопроводов и другого промышленного оборудования с горячей поверхностью. На наш взгляд, более оправдано применение жидкой сверхтонкой теплоизоляции для защиты металлических горячих поверхностей (трубопроводы тепловых сетей), так как именно здесь наблюдаются обильные теплопотери и очень интенсивная коррозия при использовании традиционных материалов. Широко разрекламированный и разрешенный пенополиуретан не имеет достаточного линейного расширения и потому при первом же пуске трубы трескается. Начинаются обильные теплопотери и очень интенсивная коррозия (в десятки раз интенсивнее, чем при голой трубе).Срок службы традиционных теплоизоляционных материалов (например, пенополиуретана или защищенной минеральной ваты) не превышает 2-5 лет. Сверхтонкие покрытия из жидкой теплоизоляции (например, Корунд) служат не менее 15 лет. Почему так мало служат « традиционные» утеплители? Всегда между трубой и изоляцией существует воздушный зазор и сама изоляция способна накапливать влагу, как в виде паров, так и виде капель. А увеличение влажности изоляции на 1 % вызывает увеличение теплопроводности материала на 4%, так как, чем больше влажность, тем больше теплопроводность. Теплопроводность «мокрой» изоляции равна теплопроводности воды 0,56 Вт/м0К; образование льда не только увеличивает теплопроводность до 2.2 Вт/ м0К,но и разрушает материал. При этом создаются все условия для возникновения конденсата в воздушном зазоре, что приводит к интенсивной коррозии металла. Сверхтонкие покрытия Корунд имеют хорошую 100% адгезию с металлом, при этом совершенно отсутствует воздушный зазор, не пропускают воду, долговечны, их теплопроводность не меняется в процессе эксплуатации, защищают трубопровод от вандализма, просто наносятся, легко воспроизводятся и ремонтируются, а также экономически эффективны. Приведенный в [2] сравнительный анализ экономических затрат и энергоэффективности тепловой изоляции из традиционных материалов и сверхтонкой теплоизоляции показывает, что применение сверхтонокой изоляции Корунд позволяет увеличить сроки межремонтных периодов в 4 раза, снизить сметную стоимость строительных работ на 30-40%, сократить сроки проведения строительных работ. С точки зрения энергоэффективности по данным [2] дополнительные потери тепла по отношению к сверхтонкой теплоизоляции при применении изоляции «традиционными» материалами составляют 363Гкал/год (при длине трассы 1000м) или 339836 рублей/год (принимая стоимость 1Гкал= 1294,12 руб.). Это справедливо только в начале эксплуатации, по мере же разрушения «традиционных» материалов, через 2-3 года, потери тепла будут расти в

176

геометрической прогрессии и , соответственно, будут расти суммы денежных убытков. Трасса будет греть атмосферу. Таким образом, применение сверхтонкой теплоизоляции позволит снизить непроизводительные потери тепловой энергии, уменьшить расход топлива на генерирующих предприятиях города, полностью защитить оборудование, трубопроводы, теплотрассы (любого способа прокладки) от коррозии и конденсата. Применение сверхтонкой теплоизоляции для утепления строительных ограждающих конструкций по нашему мнению оправдано в том случае, если нет возможности выполнить теплоизоляцию снаружи здания (например, если промерзает стена в квартире многоэтажного дома). Пониженная температура в сочетании с хорошей паропроницаемостью внутреннего слоя вызывает сильное переувлажнение стены и снижение ее теплозащитных и эксплуатационных качеств. И тогда единственно возможным путем повышения теплозащиты стены является ее утепление изнутри. Теплоизоляционное сверхтонкое покрытие Астратек [3] способствует поддержанию комфортной температуры в помещении за счет высоконаполненной микропористой структуры материала, которая отражает, рассеивает и сдерживает тепловой поток. Благодаря своим уникальным теплофизическим свойствам покрытие Астратек значительно увеличивает термическое сопротивление изолируемых ограждающих конструкций. Стены обладают большей теплоустойчивостью. Можно рекомендовать также применение жидкой теплоизоляции в подвальных и полуподвальных помещениях с повышенной влажностью воздуха и постоянной сыростью, вызывающей биологическую коррозию конструкций, так как помимо теплоизоляционных свойств этот материал обладает и гидроизоляционными свойствами. Эффективно применение этой теплоизоляции в местах «неудобных» для устройства обычной теплоизоляции с целью ликвидации «мостиков» холода, а также в случае невозможности увеличивать нагрузку на фундамент и строительные конструкции здания. Преимущества жидкого теплоизоляционного покрытия очевидны при проведении реставрации памятников архитектуры для обеспечения выполнения требований по сохранению внешней формы и всех элементов фасада. Покрывать жидкой теплоизоляцией можно как бетонные поверхности, кирпичные, асбестоцементные, оштукатуренные, металлические, а также деревянные, так как материал изоляции не поддерживает горение, снижает дымообразование и распространение огня, нетоксичен, экологически безопасен, легко восстанавливается. Благодаря всему вышеперечисленному можно предположить, что данный вид теплоизоляции будет наконец оценен по достоинству и уже в ближайшее время станет широко применяться в строящихся и уже эксплуатируемых строительных объектах.


1.Жидкая теплоизоляция Изоллат. Режим доступа: http: //www. Isollat.ru/. 2.Жидкая теплоизоляция Корунд. Режим доступа: http: //www. Koruund 34.ru/ upload/ iblock/823.

177

3.Жидкая теплоизоляция Астратек. Режим доступа: http: //www. Astratek.ru. 4.Жидкая теплоизоляция Актерм. Режим доступа: http: //www.Akterm.ru. 5. Жидкая теплоизоляция Броня. Режим доступа: http: //www.nano 34.ru. 6. Жидкая теплоизоляция RE- TERM. Режим доступа: http: //www. Re- term.ru. 7. Физические величины.Справочник.-М.:Энергоиздат,1991- с. 8. Жидкие керамические теплоизоляционные покрытия. Разработка и внедрение/ ООО «Инновационные технологии», г.Казань, 2009г. УДК 691 ПРИМЕНЕНИЕ НАСЫПНОГО КЕРАМЗИТА В КОНСТРУКЦИЯХ КИРПИЧНЫХ, БЛОЧНЫХ И ПАНЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ С.В. Максимов, Н.В. Самаркина, Я.В. Шеймухова

На этапе проектирования зданий и сооружений проектировщики совместно с инженерами устанавливают наряду с конфигурацией будущего здания, его объемно-планировочным решением также виды несущих конструкций. Несущие конструкции в совокупности образуют пространственную систему – сочетание вертикальных и горизонтальных элементов, которую называют несущим остовом здания. Вертикальные элементы – стеновые конструкции, а именно колонны и стены. Функционально их подразделяют на несущие, ограждающие и перегородки.

К ограждающим конструкциям зданий, а именно наружным стенам и плитам покрытия, предъявляются требования по теплотехнике, поэтому выбор материала этих конструкций, его термическое сопротивление, а, следовательно, и толщина ограждающей конструкции является самым важным при проектировании здания для эксплуатации его в определенной климатической зоне.

В 70-х годах в Ульяновске после пуска завода керамзитового гравия был налажен выпуск керамзитового гравия М350 – М450, благодаря чему стало возможным производство однослойных керамзитобетонных навесных стеновых панелей толщиной 400 мм для жилых зданий и 350 мм – для промышленных сооружений. Здания и сооружения с такими панелями функционируют и в данное время. Сейчас встают вопросы о способах их утепления.

После ужесточения требований строительных норм по теплотехнике (СНИП II-3-79 «Строительная теплотехника») толщина керамзитобетонных стеновых панелей в 400 мм перестала удовлетворять действующим нормам. Сложившаяся проблема в конце 90х – начале 2000 годов была решена переходом к 3х-слойным конструкциям, которые включают в себя внутренний и наружный слои из конструкционного керамзитобетона, а средний из эффективного теплоизоляционного материала – 100-миллиметровые плиты из пенополистирола. При этом толщина стеновой панели осталась 400 мм.

В это же время возводимые жилые здания из керамического кирпича толщиной 64 см (2,5 кирпича) перестали удовлетворять ужесточившимся требованиям СНИП. Проектные теплотехнические расчеты требовали возведения зданий со сплошными стенами из кирпича толщиной не менее 1000 мм, что привело бы к повышенной материалоемкости объекта. Было решено, оставив толщину 64 см, усложнить конструкцию, заложив в теле кирпичной

178

стены слой минераловатных плит толщиной 100 мм и установив горизонтальные и вертикальные связи, обеспечивающие совместную работу наружного и внутреннего слоев. Однако известно, что у этого утеплителя есть недостатки, приводящие к ухудшению теплотехники.

Для решения данной проблемы некоторые известные строительные фирмы г. Ульяновска решили вернуться к ранее известному способу засыпки внутреннего пространства кирпичной кладки, а также утепление чердачного перекрытия эффективным керамзитовым гравием низкой насыпной плотности (марки). Прежде способ засыпки использовался только лишь для строительства малоэтажных зданий. В настоящее время активное применение засыпок начали использовать при возведении не только малоэтажных зданий, но и зданий с повышенной этажностью, в которых замена теплоизоляционных материалов в случае потери их эксплуатационных качеств является проблематичной.

Актуальность замены плитных теплоизоляционных материалов в ограждающих конструкциях зданий объясняется еще и тем, что в Ульяновске сравнительно недавно налажен выпуск керамзитового гравия на самом крупном предприятии Ульяновской области – ООО «Керамзит», в котором проведена модернизация существующих технологических линий по производству легкого керамзитового гравия, себестоимость которого значительно снизилась за счет переоснащения обжиговых вращающихся печей на новый вид топлива – природный газ.

Ульяновская область сырьем для производства керамзита обеспечена за счет 3-х действующих карьеров – Сельдинское, Новоульяновское месторождения, месторождение «Елховый Куст», с общими промышленными запасами 19,2 млн.м3, при этом есть перспективы выявления новых месторождений.

Сельдинское месторождение глин разрабатывает ООО «Керамзит» (г. Ульяновск). Запасами сырья предприятие обеспечено на срок более 20 лет. Наиболее пригодным исходным сырьем для производства керамзита являются легкоплавкие глинистые породы, характеризующиеся способностью вспучиваться при обжиге с учётом вводимых добавок и образовывать материал ячеистой структуры. Это глины рыхлые и камнеподобное глинистое сырье: аргиллиты, глинистые сланцы, шунгитсодержащий сланец. Наилучшими считаются глинистые породы морского, озёрного и озёрно–болотного происхождения с содержанием глинистых минералов групп монтмориллонита, иллита и хлорита. Одним из требований к глинистым породам является вспучиваемость при температуре ниже 1250 ºС при интервале вспучивания не менее 50 ºС. Для вспучивания необходимо, чтобы активное газовыделение совпало по времени с переходом глины в пиропластическое состояние. Однако в обычных условиях газообразование при обжиге глин происходит при более низких температурах. В связи с этим необходим быстрый подъём температуры, так как при медленном обжиге все газы из глины выходят до её размягчения, в результате чего получаются плотные маловспученные гранулы. Но, чтобы быстро нагреть гранулы до температуры вспучивания, их сначала нужно подготовить, то есть высушить и подогреть, иначе гранулы могут потрескаться и «взорваться». Оптимальным является ступенчатый режим термообработки: Нагрев до 200оС – 600ºС (зависит от сырья), а затем последующий быстрый нагрев до температуры вспучивания = 1200ºС. На величину вспучивания керамзита оказывает влияние и различная газовая среда. В восстановительной среде оксид железа Fe2O3 переходит в закись железа FeO, что является не

179

только одним из источников газообразования, но и важнейшим фактором перехода глины в пиропластическое состояние.

Глины сельдинского месторождения относятся к хорошо вспучивающимся. Им не требуется значительная переработка с целью создания условий, улучшающих вспучивание. Поэтому на заводе принята следующая технологическая схема производства керамзитового гравия.

Карьер находится примерно в 20 км от завода, доставка глины на завод осуществляется автосамосвалами. Для предотвращения глины от промерзания ее следует утеплять. Из всех утеплителей карьера лучшим считается тот, который может быть использован в производстве как органическая добавка для увеличения вспучивания. Если в качестве утеплителя используются опилки, то в процессе разработки карьера их удалять не следует, так как они благоприятствуют вспучиванию сырья, и, кроме того, при повышенной карьерной влажности глины отчасти выполняют функцию отощителя.

Технологическая схема производства керамзита предусматривает пластический способ переработки сырья. Поступающая глина сначала подается на камневыделительные вальцы, затем на перерабатывающие вальцы, после чего измельченная глина попадет в глиномешалку, которая предназначена для интенсивного перемешивания и усреднения шихты; для зимнего периода времени должен быть организован пароподогрев массы в глиномешалке.

Хорошо перемешанная с водой глина далее подается в формующие дырчатые вальцы, предназначенные для формования гранул полуфабриката. Механизм вальцевания глины можно объяснить следующим образом. Различные скорости валков, вращающихся непрерывно навстречу друг другу, создают условия, при котором глина как бы задерживается со стороны медленно вращающегося валка, в то время как быстро вращающийся валок ее обжимает. Это обжатие создает дополнительную силу, которая проталкивает глину через формовочное отверстие в барабане.

Отформованные гранулы далее поступают в сушильный брабан, который работает по принципу противотока. При этом зона сушильного барабана, омываемая наименее горячими газами, соприкасается с наиболее влажным и холодным материалом, который приближаясь к зоне, омываемой более горячими газами, постепенно отдает влагу при нагреве.

Обжиг высушенных сырцовых гранул осуществляется в печи длиной 40 м и диаметром 2,5 м, вращающейся со скоростью 1,8 – 1,9 об/мин. Время прохождения материала в печи 40 мин, температура материала в зоне вспучивания при сгорании природного газа в газовой горелке составляет 1060 – 1080 °C.

Охлаждение обожженного продукта осуществляется в холодильнике шахтного типа. Охлажденный материал затем сортируется по фракциям и направляется в силосные банки для хранения и выдачи потребителю.

За счет легко вспучивающихся глин возможно получение легкого керамзита, что позволяет полностью отказаться от пенопласта в качестве утеплителя, и использовать способ засыпки.

Кафедра «Строительное производство и материалы» имеет опыт обследования первых зданий с засыпкой. Для согласования проектной документации кафедрой, имеющей специальное оборудование (тепловизор), проводились испытания на одном из строящихся многоэтажных зданий на улице Ипподромная г. Ульяновска. При этом на первом этаже возводимого здания была выделена техническая комната, в которой с помощью тепловых

180

пушек создавалась заданная эксплуатационная температура. Измерение температуры стен на поверхности проводилось тепловизором FLIR E30 по ГОСТ Р 54852-2011. По получившимся результатам, соответствующим требованиям по теплозащите и термическому сопротивлению, указанному в проекте, было составлено заключение: «Сопротивление теплопередаче испытанного фрагмента стены толщиной 510 мм из облицовочного керамического щелевого кирпича толщиной 120 мм, засыпки керамзитовым гравием М400 плотностью 370 кг/м3 и толщиной 200 мм, керамзитобетонного блока толщиной 190 мм, плотностью 700 кг/м3, R0 составляет 4,20 (м2×°С/Вт)». Данные были переданы проектной организации, проект утвердили. Дом сдан в эксплуатацию. УДК 691 ГРАНУЛИРОВАННЫЙ И БЛОЧНЫЙ ПЕНОЦЕМЕНТ Э.А. Тренгулова, Е.С. Маркелова

Современные технологии непрерывно совершенствуются – на смену старым приходят новые. Не исключением является и строительная отрасль, которая как никакая другая подвержена постоянным изменениям. Современные строительные материалы и технологии появляются с завидной регулярностью – не успели люди привыкнуть к процессу утепления пенопластом, как на смену ему пришло пеностекло.

Пеностекло является новейшей разработкой в области энергосберегающих технологий. Мало того, на сегодняшний день лучше, чем пеностекло, утеплителя для стен, пола или крыши найти просто невозможно. Этот материал обладает практически нулевым коэффициентом теплопроводности – если быть точным, то он при температуре +10°С составляет всего 0,041Вт/м.кв.

Изготавливают его при очень высоких температурах, поэтому производство пеностекла в домашних условиях невозможно. В процессе изготовления этот материал проходит довольно длинный путь – сначала стекло измельчают практически до консистенции пыли, потом его насыщают углекислотой, и уже в таком виде подают в печь, где при температуре выше 750°С и происходит образование множества мелких и герметичных стеклянных пузырьков. Впоследствии из полученной смеси формируют либо привычные для всех блоки, либо гранулы.

Блоки и плиты – использование в любых видах строительства как самостоятельного конструкционного и отделочного материала в виде цельных и составных изделий любой формы и в сочетании с любыми строительными материалами. Может быть использован как утеплитель внутри и снаружи стен, кровель, полов, подвалов, стеновой материал. Теплоизоляция трубопроводов различного назначения (теплотрассы, газопроводы, нефтепроводы, водоводы, криогенные установки); надстройки верхних этажей зданий; кровельной теплоизоляции; изготовление понтонных и иных плавучих конструкций; создание огнепреградительных конструкций; использование для изоляции технологического оборудования, работающего при температурах от -260 до 600°С; для строительства резервуаров и трубопроводов для кислот и

181

нефтепродуктов; для защиты зернохранилищ, хозяйственных и жилых помещений, т. к. не разрушается грызунами и насекомыми, для дорожного строительства, т.д.

Уникальная совокупность свойств пеностекла позволяет применять этот материал достаточно широко. Основной областью применения может быть его использование в качестве универсального теплоизолятора. Во всех нижеуказанных областях пеностекло поможет увеличить надежность конструкций и сэкономить средства. Более того, кроме обычных условий, это материал может эффективно применяться в тех случаях, когда применение других теплоизоляционных материалов затруднено, малоэффективно или даже невозможно. Стекло это один из самых прочных и инертных неорганических материалов. Только алмаз и специальные высокопрочные сплавы оставляют на стекле царапины.

Блочное пеностекло идеально подходит для утепления фасадов зданий. Плиты из блочного пеностекла применяются в качестве утеплителя для потолков и перекрытий. Скорлупы из пеностекла – весьма эффективный утеплитель подземных, наземных и надземных трубопроводов. Негорючий, влагостойкий утеплитель пеностекло применяется при теплоизоляции холодильного оборудования. Устойчивость пеностекла к различным химическим воздействиям позволяет эффективно использовать этот современный утеплитель в экстремальных условиях эксплуатации. Пеностекло абсолютно не подвержено действию соли. Из пеностекла с открытыми порами изготавливают фильтры для кислот и щелочей. Пеностекло практически не дает усадки, что позволяет использовать его не только как утеплитель для крыш, но и основу для строительства автомобильных стоянок на крышах зданий.

Микрогранулы, скрепленные между собой цементным раствором, могут применяться для производства облегченных бетонов, теплоизоляционных штукатурок и теплых клеящих растворов.

Благодаря термической и химической стойкости пеностекло может быть использовано для изоляции аппаратуры и реакционных сред. Так как наружная поверхность материала состоит из множества открытых (разрезанных) ячеек, то пеностекло легко и прочно клеится мастиками, соединяется цементным раствором, штукатурится. Жесткость и безусадочность пеностекла позволяют использовать этот материал для теплоизоляции кровель, при создании обогреваемого пола, тротуаров, автостоянок и др.

Проблемы теплоизоляции технологического оборудования хорошо известны. Их решение в настоящее время осуществляется путем использования, как правило, минеральных ват. Однако из-за их недолговечности замена изоляции производится раз в три года. Учитывая свойства пеностекла, его использование в качестве изоляции позволяет ее снимать для производства ремонтных работ оборудования значительно реже и, более того, далее повторно использовать.

Пеностекло может быть изготовлено как паропроницаемым, так и паронепроницаемым. Паропроницаемое пеностекло позволяет создавать ограждающие конструкции, обеспечивающие комфортный микроклимат в помещении. При этом движущая сила водяных паров будет направлена из

182

помещения наружу. Паронепроницаемое пеностекло обеспечит паро – и гидроизоляцию любых поверхностей.

Особенности использования пеностекла в России делают материал особенно перспективным в связи со специфическими климатическими условиями. В связи с высокой долей расходов на теплопотери в жилом и промышленном фонде, одним из основных направлений снижения общих затрат на эксплуатацию жилья, является трехкратное увеличение термического сопротивления ограждающих конструкций, прежде всего за счет использования теплоизоляционных материалов. В российских климатических условиях, предполагающих значительные перепады температур и высокую влажность, пеностекло является наиболее долговечным материалом, практически не имеющим ограничений по срокам эксплуатации. Кроме того, материал может быть использован для реконструкции существующего жилья по простым и доступным технологиям. В целом, вопросы энергосбережения в ЖКХ и промышленности не могут быть решены без использования эффективных теплоизоляционных материалов. При этом предлагаемый материал фактически не имеет аналогов по комплексу свойств.

Даже при более мягком климате строительство фундаментов и дорог в европейских странах и США не обходится без применения пеностекла – прекрасного теплоизолятора, позволяющего значительно снижать воздействие низких температур на грунт под строительными конструкциями.

Попробуем провести анализ пеностекла и сравнить его с другими подобными утеплителями. В качестве альтернативы ему возьмем похожие по назначению – газобетон и керамзит:

1. Водо- и паронепроницаемость. В отличие от пеностекла, оба его конкурента впитывают влагу – газобетон в большей, а керамзит в меньшей степени. Какие преимущества дает это свойство пеностеклу? Во-первых, при использовании определенных клеевых составов позволяет применять его в качестве гидроизоляции. Во-вторых, его можно применять снаружи помещения без дополнительной защиты.

2. Звукоизоляция. Блок или слой пеностекла в виде крошки толщиной 100 мм способен полностью заглушить звук мощностью до 56 Дб.

3. Антисептичность. Если для придания этих свойств пенопласту и минеральной вате используют специальные, отнюдь небезвредные пропитки, то пеностекло само по себе является антисептиком. В этом отношении оно превосходит даже газобетон и керамзит, в котором свободно живут всякие насекомые.

4. Стойкость к большинству видов кислот. Этого преимущества напрочь лишены наши альтернативные утеплители – и газобетон, и керамзит. Практически все современные теплоизоляционные материалы подвергаются разрушению под воздействием агрессивных кислот.

5. Негорючесть. Трудно говорить о температуре возгорания этого материала, ведь при показателе выше 750°С он только начинает размягчаться. Пеностекло можно назвать вообще негорючим материалом – оно может стать жидким, но загореться практически не в состоянии.

183

6. Высокая прочность на сжатие. Здесь действует принцип совместного противостояния нагрузкам. В этом отношении пеностекло можно сравнить с фанерой – один ее слой сломать легко, а десять слоев выдерживают огромные нагрузки. Точно так же происходит и с пеностеклом – миллионы мельчайших шариков способны выдерживать нагрузку до 4 МПа на 1 кв.см. Этого вполне достаточно, чтобы стена из пеностекла выдерживала на себе вес бетонных перекрытий.

7. Легкость в обработке. Процесс утепления пеностеклом можно сравнить с укладкой газобетона – и тот и другой довольно легко режется обыкновенной ножовкой по дереву.

8. Экологичность. Это свойство в современном мире ценится очень высоко. Этот материал ничего, кроме стекла и остатков углекислоты, не содержит.

К недостаткам можно отнести высокую стоимость – на сегодняшний день пеностекло является самым дорогим теплоизоляционным материалом.

УДК 624.012.45.001.4 ЕСТЬ ЛИ БУДУЩЕЕ У НЕБОСКРЕБОВ ИЗ ДЕРЕВА? А.Ф. Атауллина

Россия, являясь самым крупным поставщиком леса, владеет пятой частью мировых лесных ресурсов. Тем не менее, о многоэтажках из древесины на российских просторах мечтать не приходится. В наших реалиях деревянная архитектура заканчивается на уровне третьего этажа — высотность регламентирована строгими строительными нормами. Зато в остальном мире постоянно разрабатываются новые технологии, которые заметно продвинули вперед саму идею деревянного небоскреба.

Идея прорабатывается буквально по всему миру. Первые осмысленные проекты деревянных высоток стали появляться еще в начале 2000-х. Самое высокое здание в 10 этажей — ForteBuilding — построено в Австралии. Британия, которая насчитывает уже более 10 зданий из дерева выше 7 этажей, за последнее время стала одним из лидеров высотного деревянного домостроения. В западном полушарии несколько лет назад архитектор Майкл Грин предложил проект небоскреба высотой 30 этажей, а совсем недавно он же заявил, что возможно построить полностью из дерева и 102-этажную башню EmpireStateBuilding. Все достижения стали возможны благодаря наработкам в области деревянных материалов и конструкций, которых за последние 15 лет появилось множество.

184

Рис.1 Многоэтажные дома из CLT панелей Рис.2 Внешний вид CLT панелей

В высотном строительстве используется не дерево в традиционном

понимании, а различные продукты на основе древесины. Чаще всего среди других упоминается система CLT-панелей (CrossLaminatedTimber), которые изготавливаются по технологии перекрестного склеивания дощатых щитов под высоким давлением. Благодаря такой технологии плиты не уступают по прочности традиционным бетону и стали. В размерах подобные панели достигают до 3,5 метров в ширину и 24 метров в длину. Они поставляются на строительную площадку с завода в качестве готовых сборных модулей с уже встроенными окнами, дверями и коммуникациями.

Помимо CLT-панелей широкое применение получили LSL-плиты (LaminatedStrandLumber), которые изготавливаются из длинных плоских стружек, идущих параллельно. Большое преимущество плит состоит в том, что в процессе производства можно использовать низкосортную древесину. В схожей технологии LVL-бруса (LaminatedVeneerLumber) вместо щепок используются листы лущеного шпона — также с параллельным расположением волокон в смежных слоях.

Активно применяются и клееные балки, колонны, а также панели brettstapel, которые составляются из досок, поставленных на кромку и скрепленных гвоздями. Австрийская компания Cree, разработавшая проект 30-этажного небоскреба под названием LifeCycle, использовала наружные стеновые панели каркасные, а панели перекрытий — гибридные, из клееных балок и бетона. В системе CLT, разработанной все тем же Майклом Грином, колонны и стены устанавливают друг на друга поэтажно, а на них крепят балки из стали, на которые опираются перекрытия из CLT-панелей.

При всем разнообразии продукции, объединяет ее прежде всего постоянство механических характеристик и довольно высокая стабильность формы, что и позволяет возводить из дерева крупные объекты. Хотя проектировщики находят в деревянном строительстве все больше других положительных моментов.

Среди важных экономических преимуществ строительства из дерева — уменьшение сроков в разы. Archspeech публиковал исследование австралийских ученых, где строительство проекта из дерева занимало по расчетам на 6 недель меньше (и благодаря этому экономило более 300 тыс. долларов) в сравнении с идентичными проектами из бетона и стали.

185

Также в пример можно привести Лондон, где основной массив 9-этажного жилого дома Stadthaus (на сегодняшний момент самое высокое деревянное здание Европы) был возведен за 27 дней без отклонений от проектной документации. Дом полностью построен из дерева, включая лестницы и лифтовые шахты, — с применением тех самых CLT-панелей.

Строительство деревянного небоскреба в Лондоне стало возможным во многом благодаря тому, что Британия является одной из немногих стран, где в строительном законодательстве вообще нет запрета на максимальную высотность деревянных зданий. Хотя стоит оговориться, что и Stadthaus не обошли проблемы с нормами. Дом намеренно построен высотой чуть ниже 30 метров, иначе по британским законам пришлось бы устанавливать спринклеры и подстраиваться под другие стандарты. Тем не менее, именно строительные законы в части огнестойкости сдерживают развитие высотного строительства из дерева. В той же Норвегии, где нет лимита по высоте деревянных строений, заканчивается строительство 49-метрового небоскреба Treet, который станет самым высоким в мире.

Общеизвестно, что дерево горит очень хорошо. Ну, а для зданий выше 4 этажей дополнительно возникает проблема ограниченной возможности выхода из помещений в случае появления очага возгорания. Поэтому неудивительно, что подавляющее большинство людей относится к идее многоэтажного деревянного строительства крайне настороженно.

В Канаде для получения разрешения на возведение здания "Центра деревянных инноваций" был проведен ряд исследований на данную тему. Обратимся к выводам канадских ученых и специалистов по пожаробезопасности.

В принципе, чтобы существенно повысить пожаробезопасность зданий с деревянным каркасом можно, к примеру, облицевать стены гипсокартоном, слоем изоляции из каменной ваты и/или произвести процедуры по закрытию балок. Согласно полученным выводам, высотное деревянное здание можно построить таким образом, чтобы оно смогло выдерживать воздействие пламени в течение как минимум 2 часов, не обрушаясь. Этот показатель примерно равен усредненным требованиям строительных международных кодов.

Кроме того, при возгорании дерево обугливается, и образовавшийся слой золы на какое-то время предохраняет лежащие под ним слои древесины от возгорания.

Так, в среднем лабораторные тесты показали, что стены из 3-х и пятислойной клееной фанеры, защищенные плитами из гипсокартона, могут выдержать порядка 100 -110 минут воздействия огня, а пол - вплоть до 120 минут (7-слойный пол - 178 мин).

Вместе с тем, следует понимать, что все же сейчас построить здание, на 100% возведенное из дерева, вряд ли возможно. Ну, а рассчитать, как поведут себя неожиданные сочетания разных конструктивных материалов очень сложно. На фактор "горючести" может повлиять даже сорт древесины. Так, твердые сорта дерева с более гладкой поверхностью отличаются повышенной огнеупорностью. Если же говорить о деревянных композитах, то на их горючесть может сильно повлиять тип применяемой для склейки смолы, а кроме того плотность и даже форма изделия.

По данным зарубежных инженеров по пожаробезопасности, при качественном и точном использовании древесного композитного материала при строительстве зданий результаты получаются практически такие же, как для

186

сооружений из привычного кирпича или бетона. Наибольший эффект в случае возникновения пожара дает грамотно спроектированная система пожарной безопасности с использованием разбрызгивателей (спринклерная система), которая может оказаться неэффективной, увы, в любом здании.

Россия, как видно на данный момент далека от строительства высотных зданий из дерева. Хорошо всем известный 38-метровый дом Сутягина в Архангельске был сначала по решению суда разобран до четырех этажей, а затем его остатки уничтожил пожар. И из-за ограничения в три этажа других подобных проектов пока не ожидается.

Традиционно деревянные идеи продвигаются и в вологодском регионе — проекты местых архитекторов постоянно становятся лауреатами различных наград и конкурсов. В этом году в Череповце прошла третья по счету Международная научно-практическая конференция по деревянному домостроению с участием более 70 приглашенных экспертов из Финляндии, Германии, Австрии и других стран Европы. Также год назад в партнерстве с Финляндией был создан кластер деревянного домостроения и деревообработки.

Члены кластера уже внесли предложения по изменению «Стратегии развития промышленности строительных материалов и индустриального домостроения на период до 2020 года» для увеличения финансирования разработок по развитию многоэтажного деревянного строительства. Хотя до каких-то конкретных проектов дела пока не дошло.

Однако законодательные проблемы — не единственный камень преткновения в этом вопросе. По словам отечественных экспертов, все технологии строительства многоэтажек из древесины вполне применимы и у нас, к тому же уже производятся в России. Однако есть опасения, что население к подобным экспериментам пока не готово.


1. Терранова А. Самые удивительные небоскребы мира.М.2013.687с. 2. Маколли Д. От мостов до небоскребов.М.2015.345с. 3. http://archi.ru/world/38061/neboskreb-derevo 4. http://re-actor.net/architecture/9214-skyfarm.html

УДК 624.074.28 ЧИСЛЕННОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УЗЛОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ СЕТЧАТОГО КУПОЛА Тур В.И., Тур А.В.

Сетчатые купола это перспективные конструкции, обладающие хорошими

технико-экономическими показателями и высокой архитектурной выразительностью.

Узловые соединения сетчатых куполов оказывают значительное влияние на их характеристики. Именно от конструкции узловых соединений в значительной мере зависит трудоемкость возведения купола. Известно также, что масса узлов купола может достигать величины в 40% от массы его стержневых элементов.

187

Одним из путей повышения технико-экономических показателей куполов является применение в их конструкции тонкостенных холодногнутых профилей. Вместе с тем, использование легких холодногнутых профилей, имеющих увеличенные поперечные сечения (по сравнению с горячекатаными), в сетчатых куполах затруднено вследствие необходимости стыковки в узле множества стержней с различной взаимной ориентацией в пространстве. Кроме того, при стыковке таких стержней невозможно использовать сварку.

Коллективом авторов было разработано узловое соединение тонкостенных стержней сетчатого купола (патент №24671333 от 20.11.2012 г.)[1,2], обеспечивающее возможность соединения стержневых элементов купола из тонкостенных холодногнутых профилей при различных взаимных углах ориентации стержней купола, без применения сварки и индивидуального изготовления узловых соединений.

Основной элемент узлового соединения выполняется в виде полого цилиндра. Радиус кривизны и высота цилиндра определяются из условий взаимной стыковки необходимого числа стержневых элементов. На цилиндр наносится разметка под крепежные элементы.

Крепление стержневых элементов к цилиндру осуществляется при помощи уголков с одной развальцованной полкой. Радиус отгиба полки уголка равен радиусу кривизны цилиндра. Высота развальцованных уголков подбирается таким образом, чтобы после сборки узлового соединения они не выступали над полкой стержневых элементов и не затрудняли установку покрытия купола. На развальцованные уголки также наносится разметка под крепежные элементы. Развальцованные уголки прямой полкой крепятся к стенкам стержневых элементов, а развальцованной полкой примыкают к цилиндру и закрепляются. Размеры полок подбираются исходя из условий установки крепежных элементов.

Для численного исследования напряженно-деформированного состояния узлового соединения была создана его конечно-элементная расчетная модель с применением вычислительного комплекса NX Nastran с препроцессором Femap 10.1.1 [3].

Конечно-элементная модель узла, показанная на рис. 1, формировалась в виде так называемой пространственной фермы Мизеса и представляла собой фрагмент купола с одним центральным шарнирным узлом и стержнями реальной длины с шарнирными закреплениями. Отличие исследуемой расчетной модели от традиционной пространственной фермы Мизеса состоит в том, что центральный узел представляет собой конечно-элементную модель реального узла купола, состоящего из стального цилиндра и развальцованных уголков.

Нагрузка прикладывалась ступенчато, с шагом в 50 Н в каждый узел, находящийся на верхней кромке цилиндра (всего 96 узлов на верхней кромке, таким образом шаг нагрузки 4,8 кН) и действовала вертикально вниз, расчет велся с учетом геометрической нелинейности.

Было выявлено, что максимальные эквивалентные напряжения развиваются в цилиндрическом элементе узлового соединения. При этом зоны высоких напряжений концентрируются в местах установки крепежных элементов, соединяющих цилиндр и развальцованные уголки, а также на наиболее удаленных от стержней участках цилиндра.

188

Рис. 1 Общий вид конечно-элементной модели узлового соединения

Возникновение первой группы зон высоких напряжений объясняется тем, прежде всего тем, что крепеж играет роль концентратора напряжений. Возникновение второй зоны высоких напряжений объясняется тем, что стенка цилиндра между стержнями испытывает изгиб, и в ее середине развиваются максимальные напряжения.

Также следует отметить, что зоны высоких напряжений расположены не равномерно по высоте цилиндра, а смещены к верхнему краю. В развальцованных уголках зоны высоких напряжений развивались в местах расположения крепежных элементов, соединяющих уголки с цилиндром, также со смещением к верхнему краю. Следует отметить, что при равной толщине цилиндра и развальцованных уголков, максимальные напряжения, развивающиеся в цилиндре выше максимальных напряжений в уголках на 20-25%.

Проведенное численное моделирование узлового соединения показало, что для придания узлу достаточной жесткости необходима значительная толщина цилиндрического элемента или введение подкрепляющих элементов. Для снижения напряжений в стенке цилиндра были разработаны варианты подкрепления стенки цилиндра ребрами жесткости, так как увеличение толщины стенок цилиндра приводит к большей массе узла.

Рассматривалось несколько вариантов установки подкрепляющих элементов, но расчеты выявили, что наибольший эффект достигается при установке двух кольцевых ребер по торцам цилиндра.

Для подтверждения теоретических расчетов, были проведены натурные экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния разработанного узлового соединения.

189

Рис. 2 Узловое соединение и испытательная установка

В ходе подготовки экспериментального исследования разработана и

изготовлена испытательная установка (рис. 2) и изготовлены два фрагмента купола в виде узлового соединения с прикрепленными тонкостенными холодногнутыми стержнями. Каждый стержень собирался из двух холодногнутых швеллеров, объединенных в прямоугольное коробчатое сечение самосверлящими самонарезающими винтами. В одном из фрагментов купола для крепления тонкостенных стержней к узлу использовались самосверлящие самонарезающие винты, в другом болты. Контроль напряженно-деформированного состояния осуществлялся методами электротензометрии и с помощью индикаторов часового типа, была проведена калибровка тензометрического оборудования.

Программа экспериментального исследования узлового соединения была разделена на два этапа:

1. Испытания узлового соединения при работе материала в упругой стадии. Испытания проводили циклично, с постепенным нарастанием нагрузки от 0 до 6 кН до тех пор, пока прогибы узлового соединения полностью не стабилизировались и оно не стало работать абсолютно упруго. Нагрузка на узловое соединение прикладывалась ступенчато, с шагом 1 кН. Снятие показаний индикаторов и тензорезисторов осуществлялось после прекращения приращения деформаций узлового соединения от приложенной нагрузки.

2. Испытания узлового соединения при работе материала в упруго-пластической стадии. Нагрузка на узловое соединение прикладывалась ступенчато, с шагом 500 Н. Испытания продолжались до момента разрушения или отказа узлового соединения.

190

Перед началом испытаний для «выборки» все зазоров в узловых соединениях была дана пробная нагрузка в 2 кН, выдержана до стабилизации узлового соединения, после чего нагрузка убрана.

Анализируя результаты экспериментального исследования можно сделать следующие выводы:

- Результаты экспериментальных испытаний узловых соединений достаточно хорошо коррелируют с результатами конечно-элементного моделирования, что подтверждает объективность разработанной расчетной модели.

- Разрушающая нагрузка и прогибы узлового соединения зависят от типа использованных крепежных элементов (самонарезающие винты или болты). Тем не менее, работа под нагрузкой узловых соединений весьма схожа. В обоих случаях, в диапазоне рабочей нагрузки (до 6 кН) после обмятия элементов и выработки всех начальных зазоров наблюдается линейная работа конструкции. Почти линейная работа конструкции наблюдается до нагрузки в 9-9,5 кН, что позволяет сделать вывод о высокой приспособляемости конструкции и возможности расширения зоны рабочей нагрузки до 7-8 кН. При увеличении нагрузки свыше 9-9,5 кН наблюдается значительная нелинейность прогиба узловых соединений, что свидетельствует о нарастании пластических деформаций в местах соединения элементов узлового соединения.

- Узловое соединение на болтах обладает значительно большей податливостью вследствие наличия зазоров между элементами узлового соединения и крепежом.

- При работе в линейной стадии прогиб узловых соединений практически линеен. Разница прогибов узлового соединения на самонарезающих винтах, конструктивно наиболее близкого к конечно-элементной расчетной схеме, с теоретическим значением, при работе в линейной стадии, составляет около 12-14%, при увеличении нагрузки разница возрастает.

- Наибольшие напряжения в цилиндре развиваются в стенке цилиндра в верхней части, между стержнями, при этом на внутренней стороне цилиндра напряжения больше в 1,8-2,5 раза. Напряжения на внутренней стороне цилиндра в горизонтальном направлении значительно больше (в 5-5,2 раза), чем в вертикальном, причем горизонтальные напряжения сжимающие, а вертикальные растягивающие.

- Напряжения в развальцованных уголках (на прямой полке) в горизонтальном направлении значительно выше, чем в вертикальном (в 2-2,3 раза). В верхней части уголка горизонтальные напряжения сжимающие, в нижней растягивающие.

- Напряжения в стенках тонкостенных стержней в верхней части сжимающие, в нижней части растягивающие, практически равные по величине (разница не более 10-12%). Относительно напряжений в стенке цилиндра и уголках напряжения в стержнях невелики.

- Отказ узлового соединения на самонарезающих винтах произошел при приложении нагрузки в 16,5 кН и сопровождался продергиванием винта по резьбе в одном из крайних рядов крепления.

- Отказ узлового соединения на болтах произошел при нагрузке в 13 кН и сопровождался срезом болта в крайнем верхнем ряду.

191

- Характер разрушения обоих узловых соединений одинаков и заключается в разрушении крепежных элементов в одном из крайних рядов (срез крепежа, соединяющего тонкостенные стержни и развальцованные уголки и значительное удлинение или продергивание по резьбе крепежа соединяющего цилиндр и развальцованные уголки). Отметим, что разрушение крепежных элементов не происходит одновременно и не ведет к мгновенному разрушению узлового соединения в целом и можно предполагать перераспределение усилий между элементами крепежа, судя по работе конструкции в заключительной стадии.

В целом, узловое соединение с креплением на самонарезающих винтах имеет достаточную несущую способность и может применяться в конструкции сетчатых куполов со стержнями из холодногнутых тонкостенных профилей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Патент РФ №2467133 МПК Е04В1/58. Узловое соединение тонкостенных

стержней пространственной конструкции / А.В. Тур, В.И. Тур, И.С. Холопов – RU 24671333C2; заявл. 25.02.2011, опубл. 20.11.2012. Бюл. №32.

2. Холопов, И.С. Сетчатый купол с новыми узловыми соединениями / И.С. Холопов, В.И. Тур, А.В. Тур // Промышленное и гражданское строительство. – 2012. – №10. – С. 60-62.

3. Холопов, И.С. Исследование напряженно-деформированного состояния узлового соединения сетчатого купола / И.С. Холопов, В.И. Тур, А.В. Тур // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2012. – №4. – С. 104-111. УДК 725.578 ТИПЫ ЖИЛЫХ ЯЧЕЕК В УЧРЕЖДЕНИЯХ ДЛЯ ДЕТЕЙ-СИРОТ И ДЕТЕЙ, ОСТАВШИХСЯ БЕЗ ПОПЕЧЕНИЯ РОДИТЕЛЕЙ О. С. Андрианова

Проблема устройства и содержания брошенных и осиротевших детей

является важнейшим направлением социальной работыво всем мире. Не смотря на повышение темпов развития и совершенствования системы

учреждений опеки для детей в России, современные ученые и практики выделяют недостатки общественного воспитания, негативно влияющие на психическое развитие детей-сирот 1, 2: неправильная организация общения взрослых с детьми; недостаточная психолого-педагогическая подготовленность воспитателей; воспитание и обучение детей по программам, не компенсирующим дефектов развития, вызванных отсутствием семьи; недифференцированный подход к детям в процессе воспитания и обучения; бедность конкретно-чувственного опыта детей, обусловленная чрезмерной суженностью окружающей их среды; малое количество и однообразие предметов, которыми они оперируют; постоянное нахождение детей в условиях коллектива (отсутствие личного пространства, уединения, самостоятельности в выборе). В связи с этим сегодня в нашей стране, как и во всем мире, приоритетным считается развитие семейных форм устройства детей,

192

оказавшихся в сложном социальном положении, а также создание новых типов учреждений социальной опеки.

Несмотря на то, что во многих странах преобладающее число детей-сирот воспитываются в приемных и патронатных семьях, существуют различные учреждения, в которых постоянно проживают и воспитываются дети, по тем или иным причинам оказавшиеся вне семьи.

Важнейший принцип, лежащий в основе воспитания полноценной личности в условиях интерната, – создание среды, приближенной к домашней2. Сегодня в условиях современных социально-педагогических требований предпринимаются попытки реализации этого принципа:

- уменьшением наполняемости групп; - перепланировкой жилой ячейки с целью выделения комнат малой

вместимости (на 2-3 человека); - созданием жилых ячеек квартирного типа; - размещением жилых блоков отдельно от основного здания. Однако в нашей стране до сих пор большое количество учреждений не

имеет возможности реализовать этот принцип в полной мере. В особенности это касается учреждений со сложившейся планировочной системой коридорного типа: например, в школах-интернатах.

Из педагогических соображений в ряде случаев целесообразно формировать жилые группы детей, разделяя их по поло-возрастному признаку, характеру нарушений здоровья и степени социальной дезадаптации. В зависимости от контингента воспитанников и особенностей воспитательной системы, помещения проживания в интернатных учреждениях нашей страны проектируются следующих основных типов, указанных в ТСН 31-314-98 «Образовательные учреждения для детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей»:

1.По типу дошкольных учреждений, когда раздевальная, групповая, спальня и туалетная образуют единый блок помещений;

2.По типу коридорной системы, когда спальни с другими помещениями жилой ячейки связаны через коридор (систему коридоров);

3.По квартирному типу, когда жилые помещения проектируются для группы детей, образующих "семью".

Примеры групповых ячеек представлены на рисунке 1.

193

А

В

Б

Рис. 1. Типы групповых ячеек: А – первого типа: 1 – приемная;

2 – групповая-игровая; 3 – спальная; 4 – туалетная; 5 – буфетная; Б – второго типа: 1 –спальня; 2 – групповая; 3 – спальня; 4 – гостиная; 5 – хозяйственно-

бытовые помещения; 6 – веранда; В – третьего типа: 1 – прихожая-раздевальная; 2 – общая комната; 3 – кухня-столовая; 4 – жилая комната

воспитанников; 5 – санитарный узел-постирочная; 6 – комната воспитателя.

Первый тип характерен для учреждений, где воспитываютсядети дошкольного возраста (дом ребенка). Группы формируются из детей разного пола, как в детском саду. В данном случае разделять жилое пространство на изолированные комнаты недопустимо, так как дети младшего возраста должны находиться под постоянным присмотром взрослых.

Второй тип жилой ячейки используется в учреждениях для детей школьного возраста (детский дом, школа-интернат). Группы детей формируются отдельно для мальчиков и девочек, как правило, одного возраста. Данное построение жилого пространства оправдывается направлением работы учреждения – организацией образовательного процесса.

Третий тип жилой ячейки встречается как в интернатных, так и в семейных учреждениях. В данном случае жилые группы могут формироваться из детей одного и разного возраста, одного и обоих полов. В ячейке квартирного типа

194

создается «модель» семьи, где роль социально значимого взрослого играет мама-воспитательница или семейная пара.

Типы жилых ячеек могут одновременно сосуществовать в пределах одного учреждения(таблица 1).Встречаются и такие примеры, когда в учреждении организованы две принципиально различные структуры: дошкольная группа и семейная воспитательная группа (семейный детский дом).

Таблица 1 Сочетания жилых ячеек в учреждениях различного типа

Первого типа (для дошкольников)

Второго типа (для школьников)

Третьего типа (для смешанных групп)

Дошкольного типа + - -

Школьного типа - + +

Смешанного типа (для детей дошкольного и школьного возраста– до 18 лет)

+ + +

Условные обозначения: «+» – могут присутствовать; «–» – отсутствуют

Создание ячеек квартирного типа сегодня во всем мире считается

перспективным направлением развития учреждений социальной опеки для детей.

Жилая среда для детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей, - важнейший структурный элемент общего воспитательного пространства. Основная сложность педагогической работы учреждения общественного воспитания заключается в том, что одновременно приходится решать ряд непростых задач: научить жить, научить учиться, научить общаться, научить работать и т.д. Решение данной проблемы должно осуществляться не только в социально-педагогическом, но и в архитектурном аспекте.


1. Бобылева, И.А. О разработке мониторинга качества жизни воспитанников детского дома / И. А. Бобылева, Е. В. Гурова // Журнал практического психолога. – 2008. – № 2. – С. 174-186.

2. Рекомендации по проектированию детских домов семейного типа. – М. :ЦНИИЭП учебных зданий, 1991. – 18с.

3. Шахманова, А.Ш. Сиротство как социально-историческое явление / А. Ш. Шахманова// Вестник Томского государственного педагогического университета. – 2012. №6. – С. 63-67.

Учреждения

Жилые ячейки

195

УДК 725.578 ОСНОВЫ ПЛАНИРОВОЧНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ГРУППЫ ПОМЕЩЕНИЙ ОБЩЕВОСПИТАТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ В УЧРЕЖДЕНИЯХ ОПЕКИ ДЛЯ ДЕТЕЙ (НА ПРИМЕРЕ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ОПЫТА) О. С. Андрианова

Изучая научные работы отечественных авторов 2-4, можно сделать

вывод, что в педагогическом аспекте сиротское учреждениеэто система, функционирующая в определенных условиях, отражающих совокупность возможностей образовательной и материально-пространственной среды, воздействующих на личность. Образовательная среда в данном случае это сложный комплекс педагогических мероприятий, а материально-пространственная среда – материальная оболочка, или система пространств, обеспечивающая эффективное протекание в ней образовательно-воспитательных процессов. Основная сложность педагогической работы учреждения общественного воспитания заключается в том, что одновременно приходится решать ряд непростых задач: научить жить, научить учиться, научить общаться, научить работать и т.д. Решение данной проблемы должно решаться не только в социально-педагогическом, но и в архитектурномаспекте.

На основе типологии А. А. Грашина детское учреждение, в котором постоянно проживают и воспитываются дети, можно представить в виде системы взаимосвязанных пространств: пространств жизнедеятельности детей, пространств жизнедеятельности персонала и соединяющих их коммуникационных пространств (см. рис. 1). При этом служебные и коммуникационные пространства полностью зависят от количественно-качественного содержания пространств для детей. Пространства для детей типологически могут члениться на витальные и развивающие (образовательные) пространства 1.

Рис. 1. Схема взаимосвязи основных пространств в учреждениях опеки для

детей

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ МЕДИЦИНСКИЕ ПОМЕЩЕНИЯ ЖИЛЫЕ ПОМЕЩЕНИЯ

ОБЩЕЕ КОММУНИКАЦИОННОЕ

ПРОСТРАНСТВО

ПРИМЕЧАНИЕ: В некоторых учреждениях помещение столовой может отсутствовать, в этом случае административно-хозяйственный блок приобретает исключительно служебное назначение.

КОММУНИКАЦИОННЫЕ СВЯЗИ

РАЗВИВАЮЩЕЕ ПРОСТРАНСТВО

ВИТАЛЬНОЕ ПРОСТРАНСТВО

АДМИНИСТРАТИВНО-ХОЗЯЙСТВЕННЫЕ

ПОМЕЩЕНИЯ

ПОМЕЩЕНИЯ ОБЩЕВОСПИТАТЕЛЬНОГО

НАЗНАЧЕНИЯ

СЛУЖЕБНОЕ ПРОСТРАНСТВО

196

Согласно российской нормативной документации (СП 2.4.990–00 «Гигиенические требования к устройству, содержанию, организации режима работы в детских домах и школах-интернатах для детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей», СанПиН 2.4.1201–03 «Гигиенические требования к устройству, содержанию, оборудованию и режиму работы специализированных учреждений для несовершеннолетних, нуждающихся в социальной реабилитации»)интернатные учреждения для детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей, включают четыре основные функциональные группы помещений:

1. Жилого назначения; 2. Общевоспитательного назначения; 3. Медицинского назначения; 4. Административные и хозяйственно-бытовые помещения с пищеблоком

и прачечной. Помещения жилого и общевоспитательного назначения формируют

образовательно-воспитательную среду, в которой реализуется проживание и всестороннее развитие воспитанников: обучение, досуг, отдых, социальная адаптация и реабилитация,и т. д 3. Между жилыми ячейками и помещениями образования и досуга в детских домах и школах-интернатах устанавливают кратчайшие планировочные связи, а всоциально-реабилитационных учреждениях данные функциональные блоки объединяют в отделение реализации программ социальной реабилитации.

По назначению общевоспитательные помещения различаются на помещения общего образования, досуговые и физкультурно-оздоровительные, а также производственно-трудовые помещения. Состав и площади помещений общевоспитательного назначения определяется индивидуально в зависимости от специфики работы учреждения и контингента воспитанников (см. таблицу 1).

Таблица 1

Помещения образования

Помещения

досуга

Помещения

труда

Учреждения для дошкольников

+

Учреждения для школьников и смешанные:

Условно здоровых ±

Маломобильных +

С задержкой умственного развития

+

С нарушениями умственного развития

В минимальном составе

+

+

Условные обозначения: «+» присутствуют; «» отсутствуют; «±» могут присутствовать

Контингент воспитанников

Группа помещений

197

Помещения общего образования присутствуют, как правило, в учреждениях, где дети вследствие ограничений здоровья одновременно проживают и получают школьное образование. Во всех остальных случаях данные помещения в учреждении могут отсутствовать.

Досуговые и физкультурно-оздоровительные помещения являются неотъемлемой частью любого интернатного учреждения, так как организация пространства для самореализации это обязательная составляющая педагогической системы. Контингент воспитанников при этом не имеет значения: данное пространство должно быть организовано в равной степени как для детей дошкольного, так и школьного возраста, как для детей без ограничений здоровья, так и с ограничениями 3.

Помещения труда и профессиональной подготовки с педагогической точки зрения имеют немаловажное значение в процессе социальной адаптации и характерны для учреждений, где воспитываются дети школьного возраста. В школах и домах-интернатах дети могут получить профессию, что впоследствии позволяет им увереннее чувствовать себя в социуме. В социально-реабилитационных учреждениях, где дети находятся временно, и получить профессию невозможно, является очень важным раскрыть в ребенке его потенциальные возможности, определить склонности к той или иной профессии, создать мотивацию к образованию и труду. Организовать специализированные мастерские в учреждении не всегда представляется возможным, особенно когда здание приспособленное. В таких случаях помещения труда могут быть размещены в отдельных зданиях, построенных на прилегающей территории, или, по договору, за пределами учреждения – на предприятии.

Развивающая среда для детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей, - важнейший структурный элемент общего воспитательного пространства учреждений опеки для детей. Особенности интерната таковы, что развивающимможет стать любое пространства, и задача архитектора – организовать это пространство так, чтобы оно оказалось максимально эффективным.


1. Грашин А. А. Дизайн детской предметной развивающей среды / А. А. Грашин. –М. : Архитектура-С, 2008. –296с.

2. Воробьева Т.В. Социальное партнерство вузов и образовательных учреждений для детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей / Т. В. Воробьева // Власть.– 2011. –№5. –С. 71-74.

3. Кабанов И. В. Принципы формирования и проектирования жилых ячеек школ-интернатов для детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей / И. В. Кабанов // Новые направления формирования общественных и учебных зданий. –М. :Стройиздат, 1989. –С. 84-92.

4. Хакимова Л.Я. Организационно-педагогические условия социализации воспитанников детского дома / Л.Я. Хакимова // Вестник Башкирского университета. –2014. –Т.19. –№1.– С. 273-278.

198

УДК 72.12 О КРАСОТЕ В АРХИТЕКТУРЕ В.А. Баграмян

Словно, волшебная избушка из сказки, только более модернизированная. Вы бы хотели пожить в таком доме?

(рис 1)

"Дома строятся для того, чтобы в них жить, а не для того, чтобы ими любоваться", - считал английский философ XVI в. Ф. Бэкон.

"Форма, которую невозможно объяснить, никогда не будет красивой",- утверждал французский историк архитектуры XIX. в. Виоле ле Дюк.

"То, что хорошо функционирует, также хорошо выглядит"- провозгласил в начале XX в. немецкий архитектор Б. Тауг.

«Красиво то что полезно» - Сократ В отличие от живописи или скульптуры, архитектура не изображает нечто,

существующее вне её. Художественная правда архитектуры вытекает из полноты решения социальных задач и целесообразности примененных материальных средств. Оценка эстетических качеств архитектуры всегда включает в себя представление о функциональном использовании постройки, о её способности обслуживать те жизненные процессы, для которых она

199

предназначена. С одной стороны, архитектура любого здания, должна отвечать множеству требований, которые обеспечивают долговечность строящейся конструкции и удобство ее эксплуатации, с другой стороны, архитектура — это внешний вид здания, к эстетике которого предъявляются серьезные требования. Архитектура, подобно другим искусствам, отражает свое время. Воспринимая образную сторону архитектурного творчества, зритель получает ясное представление о соответствующей эпохе - познает ее свежо и отчетливо. Так же в других искусствах, в архитектуре зритель воспринимает и вечно ценные, не связанные с конкретным периодом, достижения творческого духа, значение которых непреходяще. Процесс восприятия этих непреходящих ценностей обеспечивает интенсивное эмоциональное воздействие памятника архитектуры на зрителя любого века. Понятие «красота» в архитектуре еще ждет своего исследователя. Возможно, что оно близко к трем тезисам, которые один из философов, перефразируя Аристотеля, определил как: целостность или совершенство, должную пропорцию или созвучие и ясность. Но так или иначе, созерцание зрителем объективно наличествующей в памятнике архитектуры красоты (познание им этой красоты) существенно обогащает духовный мир человека, наделяет его новым, более возвышенным мироощущением, новой системой образных понятий и представлений. В случае если дом будет выглядеть некрасиво, то он не впишется в общий архитектурный ансамбль. Красота играет очень важную роль в архитектуре, но если построенный архитектурный комплекс будет красивым, но использовать его будет неудобно, то подобное здание потеряет весь свой смысл, ведь дома строят не только для того, чтобы на них можно было любоваться.Красота в архитектуре — понятие более сложное, чем в изобразительных или прикладных искусствах. К тому же эстетические проблемы архитектуры еще мало разработаны наукой. Сложность вопроса заключается в том, что произведения архитектуры в отличие от других искусств представляют собой одновременно и материальную и духовную ценность. Будучи вещественной реальностью, обеспечивающей выполнение обществом его многообразных жизненных функций, архитектура в то же время оказывает на общество исключительно сильное эмоциональное воздействие и неотделима от его идеологии. Это объясняется тем, что каждый социальный процесс затрагивает сферу не только материальной, но и духовной жизни человека. Поэтому в формировании материальной архитектурной среды, предназначенной для этих процессов, всегда присутствует духовная сторона, конкретно выражающаяся в эстетических качествах архитектурных сооружений. Постоянно находясь в поле зрения человека, архитектура формирует его эстетические представления, воспитывая в нем понимание прекрасного, чувство гордости и любви к своей Родине. А ощущение прекрасного в архитектуре возникает в тех случаях, когда художественными средствами выражена сила идейного замысла, найдены соответствующие замыслу закономерности и пропорции формы, фактура и цвет материала, найдена гармония с окружающей средой. В некоторых произведениях архитектуры, таких, как мемориальные музеи, мавзолеи, правительственные и культовые здания, идейная сторона приобретает особо важное значение. В этих случаях идейно-художественное содержание становится ведущим и воплощается в форме идейно-художественного образа.

200

(Рис 3.Саграда Фамилия, Барселона)

Широкая шкала возможных эстетических оценок произведений архитектуры

- от «безобразного» до «прекрасного». Достижение того или иного уровня эстетической выразительности конкретного произведения зодчества как следствие одаренности или, наоборот, невысоких способностей архитектора, особенностей социального заказа и условий его выполнения, воздействия господствующих художественных вкусов и других объективных и субъективных факторов. Взаимодействие произведения зодчества с архитектурным или природным окружением как одно из важных обстоятельств, определяющих его восприятие и художественную оценку.

Красоту архитектурного образа сегодня видят в красоте самой формы: в ее силуэте, в пропорциях ее частей, в цвете и фактуре материалов. Особое внимание уделяется приему «перетекающих пространств», слиянию ряда внутренних помещений в единый большой зал, двор, улицу, их зрительному соединению с природой через огромные стеклянные ограждения. Поиски новых композиционных приемов, более выразительных и оригинальных архитектурных форм продолжаются…

201

УДК 72.1 ПЕШЕХОДНЫЕ ПРОСТРАНСТВА В ГОРОДСКОЙ СРЕДЕ В. П. Усова

Города, поселения представляют собой многофункциональные структуры, создаваемые людьми для своей жизнедеятельности. Какова роль отводится в них пешеходным пространствам? Объемную основу города составляют здания, комплексы, сооружения, которые наполняют отдельные зоны городской ткани – жилые, общественные, рекреационные. Дороги, их разделяющие, служат транзитными зонами между ними. Все остальные пространства - это тротуары вдоль дорог, городские площади и территории, окружающие дома, составляют пешеходное пространство для людей. Люди используют свободные пространства для передвижения, отдыха, общения, занятий. Традиционно на городских площадях происходила главная общественно-культурная жизнь горожан. В Древней Греции и Древнем Риме – это были агоры и форумы, на Востоке – базары. Первоначально основной функцией в них была торговля-продажа, но там можно было найти ночлег, подковать коня, получить любую помощь, договориться об услуге, кроме того - можно было узнать светские новости, посмотреть выступления шутов, там оглашались местные и царские указы. Так как поселения были небольшими, то и городские площади были универсальными, выполняя все житейские функции. Находились они тоже в пешеходной доступности.

Современные общественные пространства представлены пешеходными зонами улиц городских центров, набережных и площадей, где первые этажи используют под торговые, различные обслуживающие, культурные и клубно-спортивные функции. Такая культура сложилась в европейских городах, выйдя за пределы площадей. И сейчас общественные пешеходные зоны малых и средних городов поддерживаются, притягивающей к себе исторической архитектурной средой. Когда города стали перерастать в мегаполисы, то на их окраинах с многоэтажными застройками жилых районов стали формировать свои центры для новых микрорайонов и жилых групп. Часть жителей, населявшая эти районы, переселялись из села. В отличие от городского пролетария, адаптированного к общественной собственности, они несли в себе другой культурный уклад жизни, связанный с собственностью – свой дом, личный участок, хозяйство. Культурный уровень населения жилых окраин крупных городов нередко проявлялся вандализмом по отношению к средовой архитектуре. Происходили такие действия и за рубежом и советской стране. В этом проявляется психология отношения: «не мое», «не охраняется, значит «ничье». Это остаточная психология собственников, которая пришла в город из сельских районов после свертывания сельских поселений. Такое отношение объясняется тем, что культурная разобщенность людей в крупном городе не удерживает традиции самоорганизации социума, которые естественны для малых поселений, когда неправильные неэтичные действия отдельных личностей сограждан публично осуждаются местными жителями. Тем самым происходило общественное воспитание, которое обеспечивало адекватное воспроизведение культурных норм общества в границах территорий небольших поселений.

Создание самостоятельных общественных центров в жилых районах новостроек больших городов – это новый прием общественно-культурных пешеходных городских пространств. Недостаток его, как и всех средовых

202

пространств, создаваемых в 60-80-е годы в нашей стране, состоит в том, что пространствам не хватало уюта, дизайна и, элементарно - наличия средового оборудования, без которого нет и полноценной городской среды. Это были первые этапы становления современного советского градостроительства. Уют пытались создавать сами жители. На участках рядом со своими квартирами многоэтажных домов они устраивали цветники, скамейки, качели. Создавалось целое движение по творческому участию жителей в организации своих дворовых пространств. Сейчас в Ульяновске и других городах администрация ежегодно устраивает конкурсы «на лучший двор». Такой опыт привлечения жителей к устройству озеленения и дизайна своих балконов, личных торговых лавок, придомовых участков существует и за рубежом во Франции, Чехии, Венгрии. В Польше заметно выделяются экспозиции, устраиваемые на подворьях личных усадеб, идущих вдоль междугородной автотрассы. Народное творчество там не только приветствуется, но и поощряется денежными вознаграждениями особенно в местах, посещаемых туристами. За небольшую плату особенно пенсионеры тщательно ухаживают за своими территориями, подвешивают цветочные кашпо, создают цветники на балконах, вырезают из дерева малые формы, следят за газонами. Тем самым сохраняется и поддерживается местный колорит и традиции народной культуры. Ручное творчество всегда особенно привлекательно в дизайне, тем более для иностранных туристов. По культуре таких экспозиций можно предположить, что присутствуют консультации и согласование с профессиональными дизайнерами.

Сегодня в городах России, как и за рубежом, присутствуют разные формы пешеходных общественных пространств. 1) Пешеходные зоны вдоль торговых центров на магистралях, например, в Ульяновске - улицы Гончарова, Минаева, 2) Пешеходные улицы, как правило устраивают в исторических городах там, где пространство и архитектура естественно сомасштабны человеку – в Саратове, Казани. 3) Набережные городов, в которых центром притяжения служат природа, река, море. 4) Пешеходные пространства городских площадей – привлекательность создают архитектурные ансамбли исторических, административных и уникальных общественных зданий. 5) Пешеходные пространства крупных торговых центров – молы, включая подземные уровни, главной здесь присутствует функция шопинга. 6) В последнее время заметным становится новый тип пешеходного пространства, который является развитием молов, приобретая качественно новое явление. Конкурентные отношения среди крупных сетевых торговых корпораций способствуют созданию крупных торговых многофункциональных центров, в которых наряду с многопрофильной торговлей включаются развлекательные помещения (для разного возраста), спортивные (каток, тренажерные, бассейны), зрелищные (кинозалы), питания (кафе, бары) и даже учебные (колледж). Таким образом, создается самостоятельное большое пешеходное многоуровневое пространство мола, как общественно-культурного центра. Кроме шопинга в центре присутствует функция коммуникативная, развивающая, культурная. Такое пространство имеет личность хозяина, оно защищено от непогоды и представляет собой отдельное культурное явление. Такие сетевые многофункциональные центры получают все большее признание в обществе и распространение. Оно привлекательно для всех возрастных групп, социальных слоев разной культуры и материальной обеспеченности.

203

Современные градостроительные концепции учитывают возрастающую потребность контакта человека с природой в урбанизированной среде. Пешеходные зоны в городе можно рассматривать как бестранспортные, обеспечивающие безопасное движение, экологическую и психологическую разгрузку в условиях напряженности города. Пешеходные пространства выполняют разнообразные функции и формы досуга. Их средовое пространство создается с использованием всевозможных художественных видов деятельности: архитектурой, дизайном, градостроительным, ландшафтным, графическим, декоративным, монументально-прикладным, световым искусством.

Проектировщики урбанизированных пространств все чаще обращаются к

ландшафтному дизайну, который в большей степени восполняет недостаток природной среды. Сегодня пешеходные улицы представляют городскую территорию и, одновременно, интерьерное пространство. Они становятся «платформой для средовых экспериментов в отношении природных элементов, апробации технологических новинок, совместимости истории и современности» (1).


1. Вагнер, Е.А. Процессы урбанизации и развитие пешеходных коммуникаций (на примере формирования городов центральной Европы, России и планировочных зон г. Красноярска) [Электронный ресурс] /Е.А. Вагнер // Архитектон: известия вузов. – 2012. – N 38. – Режим доступа: http://archvuz.ru/2012_2/1 2. Белов, М.И. Дизайн пешеходной улицы (Принципы организации предметно-пространственной среды) : автореф. дис. … канд. искусствоведения / М.И. Белов. – М., 2012. 3. Нефедов, В.А. Городской ландшафтный дизайн : учеб. пособие / В.А. Нефедов. – СПб: Любавич, 2012. – 317 с. : ил.

Рис.1. Меерсбург. Германия. Сложности посадки и сохранения деревьев в черте исторической

зоны оправдываются комфортностью контакта с

живыми растениями. Источник: http://www.brodyaga.com

Рис. 2. Ампельное и кадочное озеленение составляет основу ландшафтного оформления

пешеходной улицы. Источник: http://eventa-land.oml.ru

204

УДК 72 012 АРХИТЕКТОР В ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПРАКТИКЕ В. А. Сидоров Профессиональная архитектурная практика представляет собой специфическую человеческую деятельность, итогом которой являются города и дома, улицы и бульвары, площади и скверы, инженерные сооружения, все то, что вокруг нас – среда, в которой мы существуем. Жизнь постоянно ставит новые задачи. Появляется общественная потребность в созидании и архитектура дает ответ на эти явления. В этом процессе присутствует личность архитектора, которому необходимо понимать тенденции своего времени, уметь видеть перспективы, оценивать устремления общества. Новое возникает на основе знания истории, традиций, осмысленного опыта. Незнание культурных ценностей прошлого наносит урон нашей архитектуре, точно так же как и бездумное копирование исторических приемов и стилей. В этой связи важно знать историю архитектурной профессии и самим архитекторам. Рассмотрение профессии архитектора на широком историческом материале, позволяет более правильно понять роль архитектора, сущность самой профессии. Древнеегипетский зодчий это практически жрец, приближенный фараона, обладатель самых разнообразных и жизненно важных знаний. Архитектор был не только универсальным представителем строительных наук, но был также и хорошо образован. В Греции рождается само слово архитектор («архитектон» - главный строитель), свободный профессионал, отдающий свой творческий труд всем, кому он требуется. В отличие от Греции Рим отдавал предпочтение утилитарной стороне зодчества. Такой подход отвечал росту материальных потребностей римского общества и всему духу римской культуры. На протяжении римской истории архитектурная профессия формируется в массовую. Императоры лично заказывали архитекторам крупные проекты дворцов, храмов и общественных сооружений, например, терм. Существовало разделение труда между архитектором-проектантом и архитектором-производственником. В период античности профессия архитектора всегда занимала почетное место в обществе. В Средние века архитектор приравнивался в своем звании к мастеру-каменщику, считался ремесленником. Во времена готики положение архитектора на строительстве и в обществе упрочилось. Архитектурная профессия Возрождения многое получила от Средневековья. В ней архитектор вырастал из простого каменщика в «мастера-каменщика». В 16 веке положение архитектора меняется, он начинает занимать особое положение в обществе. Архитектор приобретает статус художника. Сохранились многие чертежи построек этого периода, подобные современным рабочим чертежам планов и фасадов зданий. Началом проектирования служили модели-макеты, а чертежи выполнялись уже после моделей. Деятельность архитекторов в Италии была очень широкой. Помимо строительства зданий и сооружений, планировки городов, садово-паркового дела архитекторов использовали для устройства праздников, карнавалов с костюмами и масками с сооружением триумфальных арок, а также для создания декораций в честь побед, окончания войн, приездов коронованных особ и т.д. Архитектор обязан был иметь дело с заказчиком или участвовать в конкурсе на проект. В 16-17 веках архитектурная профессия становится доходной, но получение ее требует протекции. Появляются персональные мастерские титулованных мастеров, в которых трудятся безымянные

205

участники. Видные архитекторы становились знатными и богатыми, что поднимало в глазах высшего общества и саму профессию. В городах Италии для обучения искусствам создаются Академии, способствующие сохранению классических традиций и поднятию архитектуры на высокий уровень. Теорию архитектуры формулируют Палладио, Альберти, Виньола. Архитектурные трактаты этих мастеров оказали значительное влияние на развитие зодчества вплоть до 20 века. В России профессия архитектора не всегда была свободной. До отмены крепостного права среди мастеров архитектуры часто встречаются неграмотные, но богато одаренные таланты. Хозяин с таким мастером мог сделать все что угодно. Несмотря на тяжелейшие условия народная русская архитектура особенно конца 17 века смогла дать нам множество ярких образных памятников. Петровское время характеризуется привлечением иностранных мастеров, которым были созданы привилегированные условия для творчества. Постепенно вырастали и свои, получая уроки у иностранцев. При Елизавете образована Академия художеств, давшая таких выпускников, как Баженов, Старов и др. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона характеризует обязанности архитектора 19 - нач.20 века так: «…во-первых, он составляет проекты по данным условиям и делает сметы, то есть изготовляет чертежи и рисунки будущих сооружений и определяет их стоимость; во-вторых, он руководит производством работ, то есть иными словами, практически осуществляет проект; и, наконец, в-третьих, он свидетельствует существующие здания и делает им оценку при продажах, залогах, страховках и т.п… Он должен превосходно теоретически и практически знать свою специальность, но и помимо этого он должен обладать еще многими разносторонними познаниями… отлично знать строительную механику… должен быть знаком минералогией, геогнозией и геологией… хорошо знать физику и химию… ему нужно иметь еще известные юридические познания…» Технология строительного производства постоянно усложняется. Профессия архитектора также видоизменяется. Компетенция современного архитектора определяется более четко, чем раньше. С одной стороны, круг обязанностей современного архитектора очерчен более узко и заключается в разработке архитектурного раздела проектной документации. В его компетенцию не входят расчеты инженерных конструкций, организация строительства и составление смет. Хотя на простых объектах опытный архитектор может справиться со всеми перечисленными работами. С другой стороны, чем сложнее объект, тем больше знаний нужно архитектору, чтобы курировать весь процесс проектирования. Но сам проект не представляет конечной цели творчества зодчего, поскольку его замысел должен быть воплощен в натуре, и здесь надо быть готовым осуществлять авторский надзор. Архитектор, заинтересованный в том, чтобы его проект был реализован максимально, должен быть хорошо профессионально подготовлен. В реальной практике множество людей причастны к творчеству архитектора. История зодчества это еще и история взаимоотношений людей – архитекторов, смежников, заказчиков, строителей. Взаимоотношения эти – неисчерпаемая история со спокойным и деловым исходом, со слезами, с благодарностью, а то и с судами, жалобами и тяжбами. Предметами спора и обсуждений являются сроки, стоимость, показатели качества, надежности, красоты, поиск виновных и ответственных, мера наказания, величина и вид компенсации, способы решения проблем, формулировка гарантии. От того, как будут налажены

206

отношения со всеми участниками процесса созидания, зависит и результат. Сегодня основной заказчик это бизнес, поэтому трудно ожидать качественного результата. Диктат заказчика может свести все благие замыслы архитектора к посредственному итогу. У каждого архитектора были потери, связанные с взаимоотношениями с заказчиком, с качеством работы исполнителей. Архитектор работает в правовом поле. Градостроительный кодекс, закон об архитектурной деятельности, федеральные законы, обременяющие проектировщиков, кодексы земельный, водный, лесной, различные СП, СНиПы актуализированные, но порой еще не действующие, СанПины и т.д. и т.п. и пр. – все эти документы должны лежать на рабочем столе архитектора. С 1 июля правительство обещает отменить СниПы, оставив вместо них СП – своды правил. Профессия архитектора продолжает все более специализироваться. Помимо разветвления на основные направления, такие как объемное проектирование, градостроительство (урбанистика), ландшафтная архитектура (дизайн), дизайн архитектурной среды, реставрация, происходит специализация внутри направлений. Появляются современные архитектурные бюро, осуществляющие только визуализацию проектных решений или занимающиеся только оформлением интерьеров и пр. Развитие вычислительной техники повлекло революцию в архитектурном проектировании. В настоящее время проектная документация разрабатывается главным образом с помощью компьютеров, которые несомненно облегчили работу архитектора. Но есть и обратная сторона этого процесса. Порой по конечному результату, то есть по постройке, можно судить о том, насколько архитектор владеет навыками компьютерной графики, знает соответствующие программы. В настоящее время в нашей стране профессия зодчего остается униженной и не восстановлена в правах. Считается, что в США архитекторы – вторые после духовенства в списке наиболее уважаемых профессий. Про нашу архитектурную деятельность сейчас говорят, «сервисная» профессия. Статус архитектора в современной российской жизни необоснованно занижен. И тем не менее на плечах архитектора лежит ответственность перед современниками и потомками.

Архитектура может как воспитывать и вдохновлять, так и убивать. УДК 72.011 СТРУКТУРА ЦВЕТОВОГО ПРОСТРАНСТВА Н.Н. Флегонтова В жизни часто приходится наблюдать иллюзию и искажение пространства, в котором видимая область предметного мира переходит в область чувственного восприятия. Существуют такие физические явления, как миражи или оптические преломления в движущихся средах, которые тоже связаны с пространством отражённого света. Воспроизводство цветового пространства в искусстве и архитектуре как отражение реального измерения ставит проблему отождествления цветовых соотношений в пространстве. Влияние цвета на образование и разрушение формы предметов и их визуального изменения за счёт цвета всегда использовалось художниками и

207

архитекторами, но с интенсивным развитием средового дизайна они активно включились в процесс материализации и создания иллюзорной реальности окружающего мира. Опираясь на уже открытые свойства отражённого света, рассмотрим проблему построения пространства на плоскости не иллюзией линейной перспективы или аксонометрических построений, а за счёт цвета. Основные цвета цветового круга (красный, жёлтый, синий) имеют различное пространственное качество. Красный цвет (700 нм), обладая тепловыми свойствами, визуально воспринимается в определённом месте пространства. Даже при изменении количественных соотношений, а также насыщенности он акцентирует именно пространственное положение. Жёлтый цвет (572 нм) является пограничным по теплоёмкости цветом, который несёт в себе и температурный параметр, и свойство проникающей светлотности. Активность этого цвета очень высока, но отклонение в сторону красного или синего приводит к полному соподчинению этим цветам. Воспринимаемый жёлтый цвет всегда стремится разрушить иллюзию пространства, как бы визуально приближаясь к зрителю. Его цветовые колебания от холодного (лимонный жёлтый) до слабого тёплого оттенка( кадмий жёлтый) всегда визуально воспринимаются как интенсивное расширение и движение на зрителя. Синий (470 нм) по восприятию является одним из холодных цветов видимого спектра. Пространственное положение синего цвета – это однозначное стремление в бесконечность, тем самым он визуально стремится иллюзорно увеличить пространство. Синий и жёлтый - диаметрально противоположные цвета, разрушающие реальное, но создающие новое иллюзорное пространство. Из этого следует, три основных цвета визуально определяют крайнее пространственное положение: жёлтый – передний план, красный фиксирует пространственное положение, синий – бесконечное пространство. Особое значение в восприятии цветового спектра имеют цвета крайнего положения видимой части: пурпур обладает свойством инфракрасного излучения, а фиолетовый цвет – свойством ультрафиолетового излучения. По температурным параметрам фиолетовый (400нм) является самым холодным, но его проникающее свойство коротковолновой части спектра делает его чрезвычайно активным. Фиолетовый цвет обладает пульсирующим свойством: как самый холодный по цветовым параметрам, он стремится в бесконечное пространство, как излучающий – визуально стремится передний план. Фиолетовая часть спектра солнечного света рассеивается в атмосферной среде и практически не доходит до поверхности Земли. Поэтому фиолетовый цвет люди воспринимают по-разному – от вишнёвого, малинового до синего, сиреневого. Пурпур тоже занимает крайнее положение видимого спектра. Однако он не обладает свойством излучения, поэтому остаётся визуально глухим и плотным. Пурпурный не входит в видимый спектр, он находится в области инфракрасного излучения, чем вызывает сегодня путаницу с красным цветом со значением 700 нм. Пурпур был известен давно, греки добывали краситель из определённого вида улиток с инфракрасным излучением пигмента на большой глубине морского дна. Цена его была очень высока. По этой причине пурпуром окрашивались одежды императоров, высших военачальников. Люди всегда стремились обладать пурпурным цветом не только как символом власти, но и благодаря его свойству пульсирующей теплоты. Там, где

208

применяется сочетание пурпура с фиолетовым, находится грань высших чувственных эмоций. Ультрафиолетовый и инфракрасный цвета в пространственном положении вызывают визуальную неопределённость, особенно в сочетании красного с пурпуром и фиолетового с синим. Смешанные цвета, зелёный и оранжевый, а также остальные цвета дополнительных смешений приобретают устойчивое положение второго и третьего плана. Человек с раннего детства имеет возможность прятаться от какой-либо мнимой угрозы или стремиться к необъятным просторам. В детстве он строит себе укрытия, как бы отгораживаясь от земного и космического пространства. Этот маленький пространственный объём заключает в себе не только материальную метрическую форму в виде стены, окна, крыши, но и визуально цветовое ограничение или расширение пространства. Поговорка «Мой дом – моя крепость» символизирует защитные функции помещения, в том числе с использованием цветовых сочетаний. Гармонично устроенное жилище, где цвет играет особую психологическую роль в зависимости от темперамента человека, занимает определённое место в цветовом проектировании интерьера. Такое психологическое состояние можно определить как комфорт сосредоточенных индивидуальных желаний. Проведённые исследования по определению визуального восприятия цветовых сочетаний в различных цветовых средах показали, что человек в среде с контрастными цветовыми соотношениями подбирает цвета по принципу сближенных цветовых отношений к данной среде , а в среде сближенных цветовых сочетаний – цвета сближенных отношений, но контрастных среде. Психологическое состояние человека в определённой среде связано с отношением к замкнутому цветовому пространству или его разрушению. Следует выделить два принципа построения визуального цветового пространства. Цветовые соотношения определяют визуально воспринимаемое цветовое пространство: - цветовое камерное пространство; - цветовое линейное пространство. Основной принцип цветового камерного пространства – это сохранение картинной плоскости или формы, где визуально воспринимаемое пространство находится в пределах картинной плоскости с иллюзорно воспринимаемым пространством. Цветовой диапазон камерного пространства состоит из трёх позиций: различных цветовых соотношений, сближенных по насыщенности или светлотности; сегментарного ограничения локального цвета; количественного цветового соотношения. Например, у народов, живущих в экстремальных условиях Севера и имеющих небольшое жилищное пространство, цветовые отношения становятся следствием сохранения реального пространства, визуально не разрушая плоскости и не создавая иллюзии пространства. Ахроматические пропорциональные соотношения, как и хроматические цветовые соотношения, образуют визуальное камерное пространство в определённых серых градациях. Цветовое камерное пространство рассматривается как приближённое к двухмерности визуально уплощённого формообразования. При различном освещении или вообще условном освещении предметы и пространство воспринимаются как рельефное, плоскографическое или замкнутое средовое изображение. Визуальное глубинное трёхмерное пространство можно измерить

209

метрами, километрами, скоростью, временем, а изобразить его при помощи цветовых отношений. Линейное цветовое пространство выстраивается путём цветовых соотношений в определённой последовательности. Оно включает цветовые количественные соотношения, которые образуют визуальную бесконечность не только в пределах видимой линии горизонта. Построение линейного цветового пространства характеризуется двумя основными положениями: это построение цветового пространства на основе тёпло-холодной контрастности: последовательное изменение от насыщенности к светлотности и наоборот. Любое последовательное перемещение от тёплого тона к холодному – от жёлто-красного до синего и фиолетового - даёт визуально воспринимаемое цветовое линейное пространство. Это положение отражает присутствие воздушной массы и соответствующее изменение любого цвета в сторону холодных оттенков. Леонардо да Винчи сформулировал принцип сфумато в поисках изменения локального цвета в воздушной среде, основанный на диффузии и интерференции отражённого светового потока. Второй принцип построения линейного цветового пространства возможен при условии пропорционального и последовательного изменения локального цвета от насыщенности к светлотности и наоборот. Учитывая количественные цветовые соотношения, в цветовом линейном пространстве могут быть акцентированные отдельные формы или группы форм , при этом сохраняются принципиальные положения линейного цветового пространства визуально воспринимаемого трёхмерного измерения. Не всё, что мы воспринимаем или видим, фиксируется сознанием или же мы хотим воспринять, но не всё видим и тем более воссоздаём или не воспроизводим вербально или изобразительно. Мы видим и воспринимаем окружающий мир не в последовательном перспективном порядке, а избирательно. Значит, воспроизведение акцентированной пространственной формы требует принципиально иного цветового решения. Чтобы сохранить цветовую колористическую форму в пространстве, необходимо выстроить акцентированный ряд цветовых отношений, не нарушив при этом визуальное метрическое пространство. Пространственные цветовые отношения определяют саму среду обитания человека и его предметного мира, по существу – это масса волновых вибраций цвета визуально воспринимаемого реального мира в иллюзорном пространстве. Камерное цветовое пространство создаёт иллюзию саркофага, а линейное отражает трёхмерное пространство бесконечности. УДК 514.1(076) ГЕОМЕТРИЯ ЦВЕТА В ИНТЕРЬЕРЕ Л. Л. Сидоровская Использования цвета – одна из самых сложных и многогранных задач в архитектуре. Различные аспекты этой проблемы требуют для своего решения совместных усилий архитекторов и представителей естественных и точных наук. Цвет всегда играл решающую роль в архитектурном убранстве жилища. В нем отражались личность хозяина дома, его вкусы и пристрастия. Один и тот

210

же оттенок каждый видит по-своему. У каждого из нас есть свои цветовые пристрастия и свое восприятие цвета, не зря говорят, что «на вкус и цвет товарищей нет». Научно доказанный факт, что цветовое предпочтение и цветовосприятие очень индивидуальны. И то, что одному человеку «режет глаз» – другому приносит удовольствие от созерцания. Можно говорить о том, что люди стараются окружить себя такими оттенками и цветами, которые соответствуют их природной пигментации. Это заложено на подсознательном уровне, так как благоприятствует комфортному проживанию и гармоничному существованию. Для создания правильных гармоничных пропорций, цвета должны находится в соответствующем соотношении площадей: желтый к фиолетовому 1:3, синий к оранжевому 2:1 (чтобы сдерживать динамичный оранжевый синего должно быть в два раза больше), маджента к зеленому 1:1 (оба цвета обладают одинаковой световой силой и потому могут выступать на равных. Однако, на практике эти выверенные расчеты годятся лишь для чистых цветов. В комбинировании приглушенных красок точные соотношения имеют меньший вес уже хотя бы потому, что цвета меньше перебивают друг друга. В этом случае можно обойтись простым практическим правилом: чем интенсивнее тон, прежде всего светящихся красного или желтого цвета, тем меньше должна быть поверхность, которую он занимает. Природа является нам во всех мыслимых цветах и оттенках. Сочетания, которые она показывает человеку в любое время года всегда гармоничны. В этой гармонии человек живет испокон веков и она радует его больше, чем другие цветовые эффекты. Цветовой облик природы меняется в зависимости от времени года. В каждом сезоне доминирует какой-нибудь основной цвет. Весной – это желтый, летом – голубой, осенью – красный, зимой – снова голубой. Красный и желтый воспринимаются в общем как теплые цвета, а голубой, напротив, как холодный. Имея в виду эти базовые краски, весну и осень можно считать временами года теплых оттенков, а зиму и лето – холодных. Разделение цветов на холодные и теплые даст практическую помощь в овладении умением ориентироваться в цветах четырех времен года. Основополагающая закономерность такова: в каждом времени года встречаются все цвета, но со своим характерным оттенком. Кроме того, совершенно отчетливо просматривается: краски весны и осени вследствие общей для них теплоты основного тона проявляют друг к другу гораздо больше родства, чем к холодным краскам лета и зимы. То же самое можно сказать и про цвета обоих "холодных" сезонов. На практике это означает следующее: в сомнительных случаях можно примешать к весенним краскам какой-нибудь осенний оттенок или зимний цвет внедрить среди летних, и при этом не возникнет кричащего диссонанса. Но если скомбинировать зиму с осенью или весну с летом, появится напряжение, которое вызовет впечатление дисгармонии. Весенние цвета отличаются от осенних прежде всего тем, что они легче и радостнее, тогда как осенние нюансы насыщенны, землисты и тяжелы. Прохладные тона лета кажутся слегка полинялыми, застиранными, тогда как зимние краски яркие или излучают ледяной пастельный свет. Как во всех аспектах работы с цветом, лучше всего спонтанное, интуитивное решение. Оно чаще всего однозначно показывает, какое время

211

года было бы идеально для вашего жилья, какое время года характерно для вашего, определенного психического типа. Меланхолик: это рассудительный человек, ценит упорядоченные отношения, скрытен. Склонен к бездействию. Цвет, родственный ему по сути – голубой. Действует успокаивающе, сдержанно, пассивно, прохладно. Дает меланхолику гармонию, удовлетворенность, расслабление.Время года, родственное ему по сути – лето. Компенсирующие цвета: дополнительные нюансы – из красной, оранжевой или желтой области спектра. Они придают меланхоликам импульс к действию, активизируют их. Флегматик: любит покой и устойчивость. Обладает уравновешенным стабильным темпераментом. Интроверт и часто пассивен. Цвет, родственный ему, по сути - зеленый. Действует успокаивающе, стабилизирует, придает равновесие: а) в желтоватых нюансах: приветливый, веселящий; б) в голубоватых нюансах: прохладный, способствует сосредоточенности, дистанцирует от внешнего. Время года, родственное ему по сути - при варианте а) – осень; при варианте б) - лето. Компенсирующие цвета: теплый, активный и оживляющий красный и желтовато-красные тона. Холерик: экстраверт, общительный, часто очень темпераментный. Отлично уживается с красным цветом, даже в самых интенсивных его формах. Цвет, родственный ему по сути – красный. Действует динамично, активно, темпераментно, броско. Время года, родственное ему по сути – зима. Компенсирующие цвета: голубовато – красный приглушает слишком общительный темперамент, в то же время не доводя холерика до пассивности. Уравновешивающим действует дополнительный зеленый. Сангвиник: веселый и открытый человек. Способен испытывать одновременно небесный восторг и смертную печаль. Настроен все же оптимистически. Цвет, родственный ему по сути - желтый. Действует на сангвиника солнечно, воздушно, весело, легко, приветливо, оптимистично. Время года, родственное ему по сути – весна. Компенсирующие цвета: дополнительный фиолетовый дает равновесие. Также неяркие, темные тона могут несколько приглушать фонтанирующий темперамент сангвиника. Издавна ведется спор о том, должны ли существовать твердые правила эстетической оценки цветов или нет. Вряд ли он разрешим, даже если краски можно подвергнуть "объективированной" оценке – например, при помощи точно измеренной длины волны отраженного света или силы его излучения. Все же научные анализы нечто иное, чем цветовое впечатление. Анализы дают измеримые результаты, впечатление же у каждого свое, субъективное. И все же в этом следует найти консенсус - как всегда, когда люди хотят понять друг друга. Этот консенсус и предлагает теория времен года. Она базируется на полученном из опыта знании об эстетически-гармоничном сочетании цветов и

212

его воздействии на организм в целом. Если вы не уверены в сочетании цветов, очень удобно ориентироваться на времена года и их цветовое настроение. Кто усвоит этот принцип, может позволить себе некоторые отклонения. Они могут быть очень пикантными и сообщат вашему жилищу индивидуальную ноту

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Е.С. Понамарева. Цвет в интерьере. 1984. Электронный ресурс:

www.twirpx.com/file/16414/ 2 Тайна цвета в интерьере. Электронный ресурс: www.eremont.ru/ 3 Цвет в интерьере. Электронный ресурс www.design-remont.info 4.Методические указания Цвет в интерьере. Красноярск 2010

УДК 735.29 РОЛЬ ПЛЕНЭРНОГО РИСУНКА В ФОРМИРОВАНИИ БУДУЩЕГО АРХИТЕКТОРА В. О. Сотникова, Б. Е. Сотников

Как – учить архитектурному рисунку мы давно уже знаем: книг и статей достаточно, наше образование делом давно доказало, что рисовать нужно много, каждый день – другого пути нет.

Архитектурный рисунок является первым и одним из ключевых элементов формирования и совершенствования профессионального мышления архитектора. Рисуя с натуры выдающиеся памятники архитектуры и современные объекты, студент учится чувствовать пропорции зданий, оценивать пространственные решения и использовать широкий диапазон пластических и выразительных средств

Владение навыками рисунка позволяет быстро и четко оформить свою мысль и найденный образ для последующей обработки и перевода в цифровую графику, чертежи и 3-D модели.

Взаимодействие тренированного глаза и руки дает возможность зафиксировать в самых первых эскизах эмоциональную выразительность будущего объекта и найти точные, а главное гармоничные пропорции и соотношения членений будущего здания. Добротный архитектурный рисунок становится ключом к созданию качественной архитектуры. Без рисунка нет архитектуры. Если человек не может писать, он считается неграмотным, и он не может претендовать на поступление в высшее учебное заведение, так же и архитектор не умеющий рисовать, выражать свои мысли должен считаться безграмотным.

В учебном году оставлено мало часов на рисунок, из-за чего формирование навыка становится невозможным! Один раз в две недели по две пары – недопустимо малое количество времени.

Пленэрный рисунок – единственная возможность каждый день заниматься графикой.

Пленэрный рисунок – это, в первую очередь, рисунок с натуры. На первых заданиях рисующий студент учится: – решать композиционные задачи, а именно: уравновешивать композицию

в листе, находить композиционный центр, соподчинять части и целое, сохраняя цельность изображения;

213

– видеть и изображать пропорции внутри объекта, пропорциональные отношения объектов относительно друг друга;

– соотносить целое и детали; – применять законы линейной перспективы, осваивая и другие

проекционные способы изображения формы, учиться переводить форму из одного вида проекций в другой;

– ясному графическому языку, используя линейно- конструктивную манеру исполнения Ценным является умение выполнять быстрые и беглые рисунки, эскизы, наброски. Их отличает лаконичность и условность изображения, масштабность и конструктивность, аналитичность и экономность в применяемых средствах.

Первые задания на пленэре – это простые архитектурные объекты: отдельно стоящие сооружения, детали, неглубокое архитектурное пространство.

Основные этапы выполнения задания: 1. знакомство с сооружением, зарисовки и быстрые рисунки с разных

позиций и разных точек зрения, изучение плана сооружения, схемы фасадов, анализ места в структуре города;

2. выбор точки зрения, выбор техники исполнения и размера листа, выбор композиции листа;

3. исполнение ведется от общего к частному, соблюдая пропорции, выявляя геометрическую основу объекта;

Натурный рисунок предшествует рисунку по представлению и воображению. Развитие пространственного мышления, практическое овладение всеми системами отсчета известными в изобразительной практике, являются важнейшими задачами рисунка архитектора.

Изображение архитектурных ансамблей и панорам предполагает постановку и выполнение следующих задач:

– изучение композиционно-художественных закономерностей архитектурных объектов;

– организация внешнего и внутреннего пространства, поиск масштабов и ритмов архитектурных форм.

Первостепенно и поистине неизмеримо значение рисунка как средства кристаллизации архитектурного образа, как элемента самого процесса архитектурного творчества.

Архитектор должен владеть искусством рисунка не столько как подсобным средством для условной «деловой» передачи своего проекта на бумаге (для этого вполне достаточен грамотный чертеж), а как полноценным искусством, создающим своими специфическими средствами художественную проекцию архитектурного образа. Только таким путем архитектурный рисунок будет способствовать предельному раскрытию и реализации творческого замысла. Именно так понимали роль рисунка большие мастера архитектурного творчества. Об этом свидетельствуют оставленные ими архитектурные рисунки.

Для обеспечения преемственности программы «Архитектура» и основных образовательных программ среднего профессионального образования и высшего образования в области архитектурного искусства в Ульяновском техническом университете на строительном факультете открыта «Архитектурная школа». За год работы появилось желание принимать в школу с более раннего возраста — для расширения круга предметов. Сейчас есть

214

планы с нового учебного года сделать набор с седьмого класс средней школы. Главными задачами в обучении сделать:

- воспитание и развитие у учащихся личностных качеств, позволяющих уважать и принимать духовные и культурные ценности разных народов;

- формирование у учащихся эстетических взглядов, нравственных установок и потребности общения с духовными ценностями;

- формирование у учащихся умения самостоятельно воспринимать и оценивать культурные ценности;

- воспитание детей в творческой атмосфере, обстановке доброжелательности, эмоционально-нравственной отзывчивости, а также профессиональной требовательности;

- формирование у одаренных детей комплекса знаний, умений и навыков, позволяющих в дальнейшем осваивать основные образовательные программы среднего профессионального образования и высшего образования в области архитектурного искусства;

В новых учебных программах мы закладываем и часы на пленэр. Рисунок по несколько часов в день способствует приобретению навыков творческой деятельности, умению планировать свою домашнюю работу, осуществлению самостоятельного контроля над своей учебной деятельностью, умению давать объективную оценку своему труду. Коллективная работа формирует навыки взаимодействия с преподавателями и учащимися в образовательном процессе, уважительного отношения к иному мнению и художественно-эстетическим взглядам, пониманию причин успеха и неуспеха собственной учебной деятельности, определению наиболее эффективных способов достижения результата. УДК 712 (075) КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИСТОРИЧЕСКОЙ СРЕДЫ А.Ю. Лапшов

Проблемы развития современного города часто включают в себя проблемы сосуществования современной городской среды и сложившейся исторической застройки. С течением времени здания, относящиеся к исторической застройке, под влиянием не квалифицированного ремонта, сиюминутных интересов владельцев, могут утрачивать оригинальные фрагменты, или прирастать позднейшими пристроями. Причем пристройки, выполненные в более поздние времена, не всегда зло. Иногда они дополняют первоначальный облик здания, делают его более выразительным. Заботясь о сохранении исторического облика города приходится прибегать к различным способам моделирования объектов. Моделирование объектов может быть как макетным, так и компьютерным.

Сразу надо сказать, что речь не идет об экономической стороне того или иного способа моделирования, здесь многое зависит от глубины проработки исторического материала, масштаба макета, используемых материалов и т.д.

Не отрицая выставочно - музейной значимости макетного моделирования рассмотрим, более подробно, возможности компьютерного моделирования исторических сооружений.

К явным преимуществам компьютерного моделирования можно отнести:

215

1. Точность соблюдения размеров и масштабов. Точность компьютерного моделирования зависит не столько от точности собственно модели, сколько от точности и тщательности обмерных работ на объекте.

2. Детальность проработки крупных и мелких фрагментов. Фрагментирование модели. При масштабировании компьютерной модели становятся видны детали декора, которые потерялись бы при любом другом виде макетирования.

3. Возможность проведения виртуальных экскурсий по моделируемому объекту с размещением сопровождающей речевой информацией, или текстовыми информационными фрагментами, включенными в саму виртуальную модель. Восприятие компьютерной модели возможно с любой точки зрения, но что особенно ценно, так это восприятие с той точки, с той высоты линии горизонта с которой наблюдал бы это здание реальный зритель.

4. Возможность демонстрации динамики развития архитектурного облика рассматриваемого объекта. В ходе исторического процесса облик здания зачастую меняется до неузнаваемости, и проследить этот процесс возможно только на компьютерной модели.

5. При размещении виртуальной модели здания на соответствующих сайтах, все заинтересованные лица получают возможность удаленного доступа к виртуальной модели здания через интернет, что вписывается в концепцию открытого образования, расширяет возможности виртуальных музейных экспозиций.

Особый интерес представляет собой выбор программного обеспечения. Наиболее напрашивающиеся варианты это 3ds Max или ArchiCAD (хотя

вполне возможно применение и других программ трехмерного моделирования). Использование программного пакета ArchiCAD, ускоряет процесс моделирования, позволяет эффективно создавать планы и разрезы зданий, но имеет ограниченные возможности для моделирования исторических зданий обладающих сложностью форм и неповторимостью декоративного убранства. При использовании этого пакета могут возникнуть проблемы при моделировании поверхностей, искривленных одновременно в вертикальной и горизонтальной плоскостях. При моделировании художественных витражей, лепных элементов, а также скульптурных элементов фасада. Приходится прибегать к поиску необходимых элементов декора в библиотеках сети интернет (причем иногда приходится мириться с тем, что элемент только приблизительно соответствует оригиналу). Другой вариант решения проблемы – самостоятельное выполнение этих элементов в других программах трехмерного моделирования. Важным достоинством пакета ArchiCAD является возможность параллельно с выполнением трехмерной модели здания, получить основу для выполнения чертежей здания, которые также могут быть представлены в виртуальной экспозиции.

Программа 3DS Max позволят выполнить точную модель исторического здания. Результат моделирования обладает высокой степенью фотореалистичности и, зачастую, не отличим от натурной фотографии. Программа позволяет выполнять моделирование элементов любой сложности, создавать модели высокохудожественных витражей, имитируя цветные лучи проходящие сквозь окрашенное стекло и т.д. К недостаткам 3DS Max можно отнести невысокую скорость моделирования объектов, являющуюся следствием универсальности программы и невозможность выполнения чертежей. Определенные преимущества можно получить от совместного

216

использования этих программ, когда модель здания, в основном, выполняется в программе ArchiCAD, а все сложные элементы, декор, постановка освещения и окончательная визуализация выполняется в программе 3DS Max.

Обе рассмотренные программы позволяют выполнить видеоролик представляющий собой экскурсию по моделируемому зданию, но стоит отметить, что возможности программы 3DS Max по созданию анимированных роликов значительно превосходят возможности программы ArchiCAD.

Для Ульяновска важной задачей является сохранения облика старого Симбирска. Наряду с фотографиями исторических зданий, трехмерные модели зданий могут оказать помощь в создании музейных экспозиций.

Рис. 1

В качестве попытки решения данной задачи была создана трехмерная

модель здания Литературного музея "Дом Языковых" (рис.1). Здание построено на рубеже XVIII – XIX веков и представляет собой дворянский особняк городского типа, выполненный в изящных пропорциях классицизма. Это одно из пяти подобных сооружений двухсотлетней давности, сохранившихся в городе до настоящего времени.

Из истории особняка известно, что на протяжении XIX столетия дом принадлежал роду симбирских дворян Языковых. В эти годы языковский особняк посещали поэт-партизан, герой Отечественной войны 1812 года Д.В. Давыдов, декабрист В.П. Ивашев, фольклорист П.В. Киреевский, общественный деятель И.С. Аксаков, историк М.П. Погодин и другие выдающиеся деятели российской культуры первой половины XIX века. По опубликованным в «Симбирских губернских ведомостях» от 26 мая 1899 года воспоминаниям В.П. Юрлова, в сентябре 1833 года у Языковых гостил А.С. Пушкин, следовавший через Симбирск в Оренбург с целью сбора материалов для написания «Истории Пугачева».

В ХХ веке, здание занимали различные государственные учреждения. Наконец, в 1986 году дом Языковых был передан Областному управлению культуры. В эти же годы ульяновским отделением средне волжского института «Спецпроектреставрация» были проведены исторические и натурные исследования здания. В результате была уточнена первоначальная планировка дома: расположение залов, местонахождение входов, лестниц, печей и т.д. Она

217

лишь немногим отличалась от ныне существующей. В соответствии с исследованиями был составлен проект научной реставрации дома Языковых и использование его в дальнейшем под музей.

Виртуальная модель здания была выполнена усилиями студентов третьего курса специальности "Дизайн архитектурной среды" в программе ArchiCAD (рис.2). Процесс моделирования начался с проведения фотосъемки объекта.

Рис. 2

При выполнении модели особое внимание уделялось следующим

моментам: 1. Выяснение исторически правильного облика здания и его планировки,

соответствующей первоначальному облику здания, задуманному архитектором. 2. Максимальная идентичность формируемой трехмерной модели здания

его историческому облику. 3. Разработка деталей декора соответствующих историческим элементам

внутренней отделки. Пристальное внимание уделялось точности соответствия создаваемой

модели и существующего здания. При моделировании элементов декора, были использованы как самостоятельно разработанные модели, так и найденные в сети Internet.

УДК 721.011.12 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ БИОНИЧЕСКОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ В АРХИТЕКТУРЕ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ В.Ф. Фомина

С древних времен человек стремился к единению с природой – повторял, вдохновлялся, подражал и зависел полностью от нее. Человек – часть природы, при том, что он считает себя венцом творения, хоть и не без основания, но ничего из того, что он изобрел, не было сделано с чистого листа, без подсказки матери-природы. Свершения человека впечатляют, но вряд ли стоит забывать о том, что природа хитрее и мудрее нас. Природные формы отличаются сложностью и совершенством, так как прошли длительный период, прежде чем приобрели свой окончательный вид. В настоящее время получают

218

быстрое развитие новые методы архитектурного проектирования, основанные на современных методологиях. В частности, архитектурная бионика (от греч.bion – элемент жизни, буквально – живущий) – новое явление в науке. Все архитектурные формы – они вокруг нас, в природе. Они пластичны, гармонично сочетаются и подчиняются золотому сечению. С помощью примеров живой природы возможен поиск новых, функционально оправданных архитектурных форм, отличающихся красотой и гармонией, создание новых рациональных конструкций,с одновременным использованием удивительных свойств строительного материала живой природы, открытие путей реализации единства и создание архитектурных средств с использованием энергии солнца и ветра.

Архитектурная бионика – это и бережное отношение к ресурсам, снижение негативного воздействия на окружающую среду, создание эффективных инженерных систем. Кроме того, в процессе развития архитектурной бионики формируются разные направления, в том числе – бионическое конструирование. Методика проектирования, в данном случае, основывается на моделировании художественно-образных и материально-конструктивных качествах природных форм.Первые попытки использовать природные формы в строительстве предпринял еще Антонио Гауди. Он хотел строить так, как строит природа, илучшими из интерьеров считал небо и море, а идеальными скульптурнымиформами – дерево и облака (рис.1).

Рис.1 Дом БальО и храм Святого Семейства в Барселоне

Одним из ярких подтверждений этого тезиса является ставшая символом Парижа 300-метровая Эйфелева башня инженера-мостовика А.Г.Эйфеля, котораяв точности повторяет строение большой берцовой кости человека, легко выдерживающей тяжесть его тела (рис 2).

Рис.2. Эйфелева башня, Париж.

219

В России примером бионической архитектуры является Останкинская телебашня. Ее прообразом стала перевернутая лилия. Внутри башни есть стальные канаты, соединяющие ствол с основанием и придающие ей прочность – как и продольные волокна стволов растений (рис.3)

Рис.3.Останкинская телебашня, Москва

Еще одинроссийский пример – велотрек в Крылатском, по форме напоминающий гигантскую бабочку (рис.4)

Аналогичным образом преломление темы природных форм нашли свое

отражение в русских деревянных церквях фактуры сосновых и еловых шишек, и в золотых «луковичных» главах церквей (рис.5).

Бионические принципы придают

сооружениям особую гармоничность и истинную уникальность, которые и превращают их в шедевры. Среди современных бионических построек

220

можно выделить Сиднейский оперный театр, оболочки, образующие крышу, имитируют форму лепестков цветов (рис.6)

Рис.6.Оперный театр, Сидней Небоскреб «Огурец»

Нормана Фостера в Лондоне (рис.7). Круглая в плане башня расширяется в середине и потом сужается кверху. Эта форма вырастает из специфики требований места. Здание не выглядит таким громоздким, как это было бы при прямоугольном в плане небоскребе аналогичной площади. Кроме того, здание получилось тонкое и оно отбрасывает меньше тени, форма повышает прозрачность здания и увеличивает проникновение солнечного света внижние этажи.

Аэродинамическая форма заставляет ветер естественно огибать здание, что минимизирует завихрения воздуха и образование облаков. Воздух не устремляется вниз, как это происходит с обычными прямоугольными небоскребами, что охраняет комфорт пешеходов. Естественное движение воздуха вокруг здания создает постоянную разницу давлений у разных фасадов, что позволяет вентилировать здание естественным путем. Если бы здание занимало большую площадь, то улицы рядом с ним стали бы слишком узкими.

ХХ1 век – время прогресса и технологических инноваций. Существенные тому подтверждения изобретения в области бионики – синтеза биологический знаний для решения инженерных задач и развития техники. Одним из интересных примеров является работа бельгийского архитектора Винсента Каллебота, который своими шедеврами, подчеркивает основную тенденцию архитектуры будущего взаимодействия

221

между человеком, высокими технологиями и природой. В 2016 году в г.Тайчжун (Тайвань) появится инновационное экологически

чистое здание – биологическая арка, являющаяся частью нового генерального плана развития города (рис.7). Планируется, что «зеленый» небоскреб станет городским оазисом с жилыми площадями, офисами, культурными объектами. А также в нем будет располагаться обсерватория, из окон которой потрясающий вид на Тайваньский пролив с высоты птичьего полета.

Принцип, заложенные в живой природе можно и нужно использовать в современной архитектуре. УДК 72.011 СТРУКТУРА ЦВЕТОВОГО ПРОСТРАНСТВА Н.Н. Флегонтова В жизни часто приходится наблюдать иллюзию и искажение пространства, в котором видимая область предметного мира переходит в область чувственного восприятия. Существуют такие физические явления, как миражи или оптические преломления в движущихся средах, которые тоже связаны с пространством отражённого света. Воспроизводство цветового пространства в искусстве и архитектуре как отражение реального измерения ставит проблему отождествления цветовых соотношений в пространстве. Влияние цвета на образование и разрушение формы предметов и их визуального изменения за счёт цвета всегда использовалось художниками и архитекторами, но с интенсивным развитием средового дизайна они активно включились в процесс материализации и создания иллюзорной реальности окружающего мира. Опираясь на уже открытые свойства отражённого света, рассмотрим проблему построения пространства на плоскости не иллюзией линейной перспективы или аксонометрических построений, а за счёт цвета. Основные цвета цветового круга (красный, жёлтый, синий) имеют различное пространственное качество. Красный цвет (700 нм), обладая тепловыми свойствами, визуально воспринимается в определённом месте пространства. Даже при изменении количественных соотношений, а также насыщенности он акцентирует именно пространственное положение. Жёлтый цвет (572 нм) является пограничным по теплоёмкости цветом, который несёт в себе и температурный параметр, и свойство проникающей светлотности. Активность этого цвета очень высока, но отклонение в сторону красного или синего приводит к полному соподчинению этим цветам. Воспринимаемый жёлтый цвет всегда стремится разрушить иллюзию пространства, как бы визуально приближаясь к зрителю. Его цветовые колебания от холодного (лимонный жёлтый) до слабого тёплого оттенка( кадмий жёлтый) всегда визуально воспринимаются как интенсивное расширение и движение на зрителя. Синий (470 нм) по восприятию является одним из холодных цветов видимого спектра. Пространственное положение синего цвета – это однозначное стремление в бесконечность, тем самым он визуально стремится иллюзорно увеличить пространство. Синий и жёлтый - диаметрально противоположные цвета, разрушающие реальное, но создающие новое иллюзорное пространство. Из этого следует, три основных цвета визуально

222

определяют крайнее пространственное положение: жёлтый – передний план, красный фиксирует пространственное положение, синий – бесконечное пространство. Особое значение в восприятии цветового спектра имеют цвета крайнего положения видимой части: пурпур обладает свойством инфракрасного излучения, а фиолетовый цвет – свойством ультрафиолетового излучения. По температурным параметрам фиолетовый (400нм) является самым холодным, но его проникающее свойство коротковолновой части спектра делает его чрезвычайно активным. Фиолетовый цвет обладает пульсирующим свойством: как самый холодный по цветовым параметрам, он стремится в бесконечное пространство, как излучающий – визуально стремится передний план. Фиолетовая часть спектра солнечного света рассеивается в атмосферной среде и практически не доходит до поверхности Земли. Поэтому фиолетовый цвет люди воспринимают по-разному – от вишнёвого, малинового до синего, сиреневого. Пурпур тоже занимает крайнее положение видимого спектра. Однако он не обладает свойством излучения, поэтому остаётся визуально глухим и плотным. Пурпурный не входит в видимый спектр, он находится в области инфракрасного излучения, чем вызывает сегодня путаницу с красным цветом со значением 700 нм. Пурпур был известен давно, греки добывали краситель из определённого вида улиток с инфракрасным излучением пигмента на большой глубине морского дна. Цена его была очень высока. По этой причине пурпуром окрашивались одежды императоров, высших военачальников. Люди всегда стремились обладать пурпурным цветом не только как символом власти, но и благодаря его свойству пульсирующей теплоты. Там, где применяется сочетание пурпура с фиолетовым, находится грань высших чувственных эмоций. Ультрафиолетовый и инфракрасный цвета в пространственном положении вызывают визуальную неопределённость, особенно в сочетании красного с пурпуром и фиолетового с синим. Смешанные цвета, зелёный и оранжевый, а также остальные цвета дополнительных смешений приобретают устойчивое положение второго и третьего плана. Человек с раннего детства имеет возможность прятаться от какой-либо мнимой угрозы или стремиться к необъятным просторам. В детстве он строит себе укрытия, как бы отгораживаясь от земного и космического пространства. Этот маленький пространственный объём заключает в себе не только материальную метрическую форму в виде стены, окна, крыши, но и визуально цветовое ограничение или расширение пространства. Поговорка «Мой дом – моя крепость» символизирует защитные функции помещения, в том числе с использованием цветовых сочетаний. Гармонично устроенное жилище, где цвет играет особую психологическую роль в зависимости от темперамента человека, занимает определённое место в цветовом проектировании интерьера. Такое психологическое состояние можно определить как комфорт сосредоточенных индивидуальных желаний. Проведённые исследования по определению визуального восприятия цветовых сочетаний в различных цветовых средах показали, что человек в среде с контрастными цветовыми соотношениями подбирает цвета по принципу сближенных цветовых отношений к данной среде , а в среде сближенных цветовых сочетаний – цвета сближенных отношений, но контрастных среде.

223

Психологическое состояние человека в определённой среде связано с отношением к замкнутому цветовому пространству или его разрушению. Следует выделить два принципа построения визуального цветового пространства. Цветовые соотношения определяют визуально воспринимаемое цветовое пространство: - цветовое камерное пространство; - цветовое линейное пространство. Основной принцип цветового камерного пространства – это сохранение картинной плоскости или формы, где визуально воспринимаемое пространство находится в пределах картинной плоскости с иллюзорно воспринимаемым пространством. Цветовой диапазон камерного пространства состоит из трёх позиций: различных цветовых соотношений, сближенных по насыщенности или светлотности; сегментарного ограничения локального цвета; количественного цветового соотношения. Например, у народов, живущих в экстремальных условиях Севера и имеющих небольшое жилищное пространство, цветовые отношения становятся следствием сохранения реального пространства, визуально не разрушая плоскости и не создавая иллюзии пространства. Ахроматические пропорциональные соотношения, как и хроматические цветовые соотношения, образуют визуальное камерное пространство в определённых серых градациях. Цветовое камерное пространство рассматривается как приближённое к двухмерности визуально уплощённого формообразования. При различном освещении или вообще условном освещении предметы и пространство воспринимаются как рельефное, плоскографическое или замкнутое средовое изображение. Визуальное глубинное трёхмерное пространство можно измерить метрами, километрами, скоростью, временем, а изобразить его при помощи цветовых отношений. Линейное цветовое пространство выстраивается путём цветовых соотношений в определённой последовательности. Оно включает цветовые количественные соотношения, которые образуют визуальную бесконечность не только в пределах видимой линии горизонта. Построение линейного цветового пространства характеризуется двумя основными положениями: это построение цветового пространства на основе тёпло-холодной контрастности: последовательное изменение от насыщенности к светлотности и наоборот. Любое последовательное перемещение от тёплого тона к холодному – от жёлто-красного до синего и фиолетового - даёт визуально воспринимаемое цветовое линейное пространство. Это положение отражает присутствие воздушной массы и соответствующее изменение любого цвета в сторону холодных оттенков. Леонардо да Винчи сформулировал принцип сфумато в поисках изменения локального цвета в воздушной среде, основанный на диффузии и интерференции отражённого светового потока. Второй принцип построения линейного цветового пространства возможен при условии пропорционального и последовательного изменения локального цвета от насыщенности к светлотности и наоборот. Учитывая количественные цветовые соотношения, в цветовом линейном пространстве могут быть акцентированные отдельные формы или группы форм , при этом сохраняются принципиальные положения линейного цветового пространства визуально воспринимаемого трёхмерного измерения. Не всё, что мы воспринимаем или видим, фиксируется сознанием или же мы хотим воспринять, но не всё видим и тем более воссоздаём или не

224

воспроизводим вербально или изобразительно. Мы видим и воспринимаем окружающий мир не в последовательном перспективном порядке, а избирательно. Значит, воспроизведение акцентированной пространственной формы требует принципиально иного цветового решения. Чтобы сохранить цветовую колористическую форму в пространстве, необходимо выстроить акцентированный ряд цветовых отношений, не нарушив при этом визуальное метрическое пространство. Пространственные цветовые отношения определяют саму среду обитания человека и его предметного мира, по существу – это масса волновых вибраций цвета визуально воспринимаемого реального мира в иллюзорном пространстве. Камерное цветовое пространство создаёт иллюзию саркофага, а линейное отражает трёхмерное пространство бесконечности. УДК 72.012 ОСОБЕННОСТИ "ПЕРИОДА ХУДОЖЕСТВЕННЫХ РЕСТАВРАЦИЙ" В ИСТОРИИ ЗАПАДНОЙ ЕВРОПЫ М.Н. Кангро Интерес к памятникам национальной народной культуры своей страны, к архитектурным монументам прошлых веков достаточно отчетливо проявляется в Европе уже в нач. 18 века .Довольно быстро преодолев возникший в эпоху Возрождения всепоглощающий интерес к античному искусству Италии, но продолжая вместе с тем преклоняться перед ним, народы других европейских стран стали все более и более интересоваться национальным искусством прошлых веков своей страны, подражая ему в новых постройках. В знаменитых английских "пейзажных" парках, "изобретенных"Уильямом Кентом, уже тогда помещают готические "руины" и китайские пагоды. В сущности и сами "пейзажные" парки с из резким, подчеркнутым контрастом классически строгой, сдержанной архитектуры основной группы построек и нетронутой природы самого парка являлись уже предвозвестниками романтизма в архитектуре, во всяком случае его начальной стадии -сентиментализма. Первые единичные восстановления архитектурных памятников в духе романтизма тоже относятся к 18 веку. Первые "романтические" реставрации ставили своей основной целью восстановление своеобразно понятого первоначального художественного образа реставрируемого объекта. Одной из первых таких работ можно считать восстановление Игнатием Нейманом западной башни Майнцского собора (11-13вв.), который сгорел в 1779г. Оно было проведено с явным стремлением архитектора воспроизвести как бы сам дух древних архитектурных форм собора, с его романтическими деталями, но очень своеобразном собственном истолковании. Реставрации подобного рода были тогда лишь очень редким явлением. Вторая половина 18 в. и особенно конец его все еще оставались временем почти полного пренебрежения памятниками архитектуры и даже временем особенно частого, а иногда и массового их уничтожения. Оценивая общее значение эпохи "романтизма" в эволюции взглядов общества на роль и место памятников архитектуры в его жизни, нужно прежде всего отметить положительное влияние романтизма на развитие их общественной защиты. Декреты Национального конвента во время французской революции конца 18 в. обратили внимание широко общественности на

225

общенародное значение и ценность памятников архитектуры и узаконили определенные меры для их защиты государством. Чуть позже предпринимается реставрация знаменитой базилики монастыря Сен-Дени, близ Парижа и другие работы. Архитекторы середины 19 в. в своей практической деятельности были охвачены идеями романтизма в такой же мере, как и творческие работники других видов искусств (литературы, живописи). Архитекторы с увлечением строили "готические" замки и соборы там, где требовался всего лишь усадебный дом или приходская церковь. Широкая публика отдавала им должное почти в такой же мере, как литераторам-романтикам при чтении увлекательных романов Вальтера Скотта и Виктора Гюго. Широко распространившееся влияние романтизма объясняет почему архитекторы-реставраторы Франции, России и других стран так часто сбивались на путь произвольных домыслов в восстановлении древних зданий. Реставрация их до 19 в. имела целью, как правило, лишь мемориального их значения. Художественная ценность древних зданий обычно игнорировалась из-за недостаточной развитости художественного вкуса широких масс. Этап романтизма был данью, которую возрожденная в 19 в. на новых основах реставрация древних зданий уплатила расширившемуся пониманию общественного значения памятников архитектуры, включавшему теперь помимо мемориальной также и художественную ценность. Весь 19 в. при общем взгляде на него, прошел в области реставрации древних зданий, под лозунгом восстановления преимущественно художественного значения архитектурных памятников, как это определилось еще в конце 18 в. например, в реставрации Майнцского собора. Вследствие этого реставрации 19 в. можно назвать условно "художественными реставрациями" по характеру стремлений реставраторов того времени, но не по достигнутым результатам, которы е в большинстве своем , к сожалению, были неудовлетворительными. Таким образом, для всего первого периода развития современной реставрации (с нач.19 до первых десятилетий 20 в.) можно ввести условный термин - период "художественных реставраций", который в наше время воспринимается несколько иронически. Первая фаза этого периода целиком относится ко времени господства романтизма в европейском искусстве. Поэтому этот этап или первое течение в реставрационной практике 19 в. может быть названо этапом романтизма. Период романтизма был все ещё характерен значительной ролью меморильного компонента в общественном значении архитектурных памятников. Восстановление художественных особенностей должно было тогда лишь усилить его мемориальную ценность. В то же время вторая фаза "художественных реставраций" - со второй половины 19 в.- сделала восстановление художественных особенностей самоцелью. В Англии (архитекторы-романтики Дж.Уайет в Солсберийском соборе, Дж.Скотт собор в Эли, церковь аббатства Сэнт Олбенс) и Франции (собор в Лизье, Палэ де Жюстис в Руане) в период романтических реставраций практиковались "реставрационные" приемы, при которых древнее архитектурное сооружение разбиралось до основания, а затем возводилось снова в "улучшенном" древнем виде.На месте подлинного прекрасного памятника архитектуры получалась мертвая бездушная его копия - типичный продукт 19в. Даже теперь, когда эти здания отчасти снова покрылись "патиной времени", они вызывают у зрителей лишь любопытство, но не восхищение и безусловно лишены интереса для археолога или архитектора-исследователя.

226

При таких реставрациях-разборках в большинстве случаев выдвигались соображения не только желательности "улучшить" стиль может быть слишком "скромно" выглядевшего сооружения или здания, но и соображения о необходимости укрепить его, для чего перезакладка здания казалась многим наилучшим средством. Как ни казались вескими реставраторам той эпохи доводы в пользу таких "решительных" действий, ни одно из последующих поколений реставраторов, ученых или лиц, просто интересующихся архитектурой, не нашло ни одного слова в их защиту. Несомненно, что "необходимость" таких перезакладок здания, приводивших вольно или невольно к серьезным искажениям их, была лишь кажущейся и возникала лишь в представлении архитекторов той эпохи. Около середины 19 в. во всех европейских странах уже определился переход к следующему этапу периода "художественных" реставраций - этапу стилистическиз реставраций, который продлился вплоть до конца века. Оценивая общий итог реставрационных работ, проведенных в эпоху романтизма, нужно признать, что работы эти нанесли большой вред памятникам архитектуры. Стало очевидным, что в реставрационной практике одни добрые намерения и уверенность в своей правоте не могут обеспечить успеха. Вместе с тем такие работы , как реставрация базилики аббатства Сен Дени или восстановления в России Десятинной церкви, которые вели выдающиеся архитекторы страны, показали, что для успеха реставрации недостаточно признанных способностей, знаний и опыта обыкновенной архитектурной практики. Здесь требовались специфические способности исследователя, глубокое знание истории архитектуры, ее древних форм и конструкций вместе с тонким художественным вкусом и широтой кругозора, позволяющих с равным искусством выявлять и восстанавливать характерные особенности зданий прошедшего времени. УДК 72.01 О СОСТОЯНИИ И ПРОГНОЗАХ ЗЕМЕЛЬНЫХ ОТНОШЕНИЙ КАК ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЗАЦИИ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ И.С. Буднев

В декабре 2015 года под эгидой ООН впервые состоялся кворум глав государств Мира по теме резкого и негативного изменения климата на Земле. Отмечено, что одним из наиболее сложных, но важных секторов генерирующих отрицательные аспекты развития территорий, являются населенные пункты, особенно их влияние на экологию.

Стратегическое направление развития населенных мест в РФ в годы директивного планирования определялось генеральной схемой размещения производительных сил, задача благородная, а теория и практика были порой удручающими. Созданные более 450 моногородов в годы советской власти и большая часть из 153 тысяч сёл страны находятся в стагнирующем состоянии. Они оказались не приспособленными к новому формату социально - экономического переустройства – рыночным схемам хозяйствования. И, казалось бы, прошло уже более четверти века, ситуацию можно было изучить, раскрыть и внедрить действенные меры по упорядочению науки и практики, современных методов в управлении поселениями, градостроительных

227

новаций, юриспруденции, нормировании и т.п., т. е в придании мощных импульсов к развитию городов и сёл. Однако, как оказалось, и рыночная система повсеместно не в состоянии разрешить возникшие проблемы развития населённых мест.В большинстве стран, в т. ч. экономически развитых, уже второе десятилетие в среде учёных и практиков управленческих структур ведётся дискуссия каким быть городу – малоэтажным, где относительно легко создать наилучшие экологические и эстетические условия проживания или многоэтажным, где всё это выполнить сложно, Ведь согласно многолетней статистике в развитых странах люди имеют высокую зарплату и около 70 % жилья строят в малоэтажном исполнении и только 30% многоэтажном, в развивающихся – 20 и 80% соответственно (у населения средств нет). В России ситуация похожа на развивающиеся страны, хотя страна не бедная - по ВВП она в десятке сильнейших. На первый взгляд никакой логики для дискуссий в приведенном «треугольнике» нет. Возникает вопрос, что является предметом спора или суждений? В фокусе «не прозрачности проблем» - быстро осложняющаяся экологическая ситуация, в значительной мере диктуемая земельными отношениями. В развитых странах Европы, Америки и других земельные ресурсы уже в значительной мере освоены, и дальнейшее наращивание интенсификации использования существующих участков большинству из них становится не выгодным, хотя потребность существует. Новых земель тем более нет. Но, следует помнить, что первый миллиард человек на Земле формировался 12-15 тысяч лет, а последний – седьмой (в 2012году) всего шестнадцать! В середине минувшего века пригодных земель для получения продуктов питания составляло чуть более трёх гектаров на человека, а сегодня снизилось вдвое. По мнению некоторых учёных – аграриев, экологов и др. при современных технологиях обработки земли одного гектара на человека будет не достаточно не только для получения продуктов питания, но и для воспроизводства кислорода. Ситуация по денежным ресурсам у населения развивающихся стран и России напряжённая, поэтому и соотношение строящегося жилья по этажности почти совпадает. Да и в богатых странах накапливаются и накаляются дискуссии по этим проблемам. Например, в Нью- Йорке один квадратный метр земли стоит 10-12 тыс. долларов, а жилой площади в пределах 2,5 тыс. долларов, т.е. земля стоит в 4-5 раз дороже, что и многим богатым становится накладно. Как видим, по форме причины разные, а по содержанию однозначны – строить жильё во всех городах приходится (или следует?) многоэтажным.Архитекторы многих стран мира давно, и не безуспешно, работают над принципиально новыми идеями развития городов, которые позволят и в высотном доме иметь достоинства, присущие малоэтажному жилью.Например, доктор архитектуры, профессор Ю. В. Алексеев, Е.М.Микулина и другие предложили систему «четырёх пространств», т. е. при многоэтажном строительстве следует эффективнее использовать подземное пространство, где могут располагаться заводы, фабрики, склады, транспортные сооружения, сельскохозяйственные и многие другие объекты не жилого назначения. Только это позволит высвободить до 50% городских земель. Не оставлены без внимания все открытые площади сооружений – крыши, лоджии, балконы и т.п.- размещайте зелёные насаждения и более того, проектируйте в высотках сады – огороды для каждой квартиры. Далее, замкнутое пространство здания можно наполнять структурами разнообразных функциональных свойств; дефицит территории и рост цен на землю касается и окружения городов. Это заставляет разрабатывать футурологические проекты

228

предприятий пищевых, перерабатывающих и т.п. предприятий. Примером может служить концепция вертикальной фермы – многоэтажного комплекса, своеобразной искусственной экосистемы (рис.1)

Дождевая вода Вертикальный сад Зерновой блок Гидропоный овощной блок Рыбная ферма Курятник Пастбище |Н Биолаборатория Склад Щ

Ветряки Дождевая вода Сад на крыше Рабочие помещения Сад на крыше Магазин Ресторан Супермаркет Стоянка арендных авто Обычная парковка

Рис.1. Структура вертикальной фермы должна интегрировать производственные, экологические и общественные функции.

Не меньший интерес представляют идеи использования горных

массивов, карьерных котлованов, опустыненных территорий, акваторий морей и океанов. Подобные эксперименты проводятся во многих странах мира. Для решения всё усложняющихся экологических проблем обе стороны находят и доводы, и обоснования своих позиций. В условиях России подобные поиски особенно важны для практических действий руководителей государственного сектора — министерств, МО, глав администраций поселений. В 2008г впервые в годы демократических преобразований, Правительство РФ приняло «Концепцию социально экономического развития РФ в период до 2020года». Документ исключительной важности, т.к. появился в период преобразовательных процессов социально- экономического переустройства страны и, конечно, учета возможности вступления страны в ВТО. Вместе с тем, в нём не нашли разрешения многие ранее накопившиеся проблемы и мощные риски новых, ранее не ведомых. Они проявляются в развитии территорий субъектов РФ, муниципальных образований и населённых пунктов, в т.ч. моногородов и сёл, и что не менее важно, не бережном отношении использования земельных ресурсов. Переориентация на приведенные схемы мышления и предопределяет способность реорганизовывать и интегрировать государственные интересы с крупным, средним и малым бизнесом; стимулировать постоянное проведение анализа целесообразности существующей структуры производств и рынков, функций, задач и методов их решений и своевременной их реструктуризации, учитывая в т.ч. повышение эффективности использования земли. Но пока что, в России, в основном в

229

административно-управленческих структурах, на первые позиции по-прежнему выдвигается задача развития экономики и лишь как один из её структурных ресурсов – земля и только потом - человек (хотя и называется главным ресурсом, но всё-таки придаток к ней). Иными словами, в её основу принимается надоевшее, устаревшее представление о том, что если экономика развивается поступательно, устойчиво, с заданной динамичностью, то высокое качество жизни человека, в т.ч. требуемый уровень экологии, становится обязательным следствием её успешности. Минувшее столетие этого не подтверждает.К началу 1990-х годов страна Советов занимала строку в тройке лидеров мира по валовому объёму продукции и лишь 20-ю по качеству жизни человека (ИРЧП). К средине 90-х произошел мощный провал всей государственности и по ИРЧП мы занимали место 102-е и далее. К 2010г Россия вновь вошла по объёму валовой продукции в десятку сильнейших, но по качеству жизни - только 62-е место. Конкурентно способность страны также в прострации - 51-е место из 70. То же просматривается по городам и, особенно, сёлам. Во второй половине XX века крупные города (более 1 млн. жителей), возникают и формируются в агломерации, групповые системы населенных мест. Сегодня 72% населения страны живет в городах. Возникает неисчислимое количество проблем. Разрешению их способствует постнеклассическое мировозрение, которое начало формироваться в 80-х годах минувшего века. Экономист и социолог М. Кастелье, и Л.Г.Тарасова считают, что третья парадигма (постнеклассическая рациональность) возникает при переходе общества от экономического к информационному стилю. Демонтаж многовековой системы сопровождается очевидными негативными последствиями и более двух десятилетий некомпетентным территориальным управлением в развитии городов и сел, особенно в части землепользования.Доктор экономических наук, профессор А.В. Севастьянов считает, что на текущем этапе переходной экономики в российских городах земля как важнейший ресурс развития, недооценивается и недоиспользуется. Эта задача решается в процессе анализа инвестиционно-строительного потенциала территорий и земельных участков, подлежащих освоению. Пора и в нашей стране законодательно вводить этот метод (исключительно инновационный) в действие, потому что только анализ показывает, что в первую очередь застраиваются те земельные участки, которые имеют более высокий инвестиционно-строительный потенциал, так как именно они приносят инвестору наибольшую прибыль и, соответственно, представляют исключительный интерес.

В конце 80-х годов прошлого века д. ф. н. В.Л. Глазычев проанализировал возникавшие и популяризировавшиеся с эпохи Древнего царства Египта, империи Инков, ранних династий Китая и т. п. теории и практики развития городов планеты, трактаты Гиппократа, Платона, Аристотеля, позднее. Говарда. Гарнье, «лучезарного города» Ле Корбюзье и других и установил, что мыслители античности, Ренессанса и Просвещения, реформисты XIX столетия пытались в разное время анализировать социально-экологический кризис города и его причины. Анализ продолжается и сегодня.

230

УДК 72.012 АРХИТЕКТУРНЫЕ ЗАРИСОВКИ П.Д. КОРИНА(1892 – 1967) Нецветаев Л.Н.

П.Д. Корин - одна из самых крупных, сложных и трагических фигур в русском искусстве XX в.

Родился он в знаменитом селе Палех в семье потомственных иконописцев. Жизненная стезя была предопределена. Однако талант требовал развития. Корин перебирается в Москву, в 1911 г. становится помощником М. В. Нестерова в работе над росписью церкви Марфо-Мариинской обители. В 1918-25 гг., в самый разгар смуты в стране и в искусстве, Корин словно несет добровольное послушание: много рисует, копирует, изучает анатомию.,В 1925 г. Корин, как некогда А. А. Иванов, обретает свою тему. В апреле этого года умирает патриарх Тихон. В Москву на его похороны собирается вся православная Россия. Потрясенный увиденным, Павел Корин осознает себя художником этой России, казалось бы обреченной, но уверенной в своей духовной правоте. Он задумывает изобразить крестный ход во время похорон патриарха. Вскоре началась работа над подготовительными этюдами к картине, которую Корин назвал "Реквием".

В 1931 г. мастерскую Корина неожиданно посещает М. Горький. От него картина получила новое название - "Русь уходящая", что исказило первоначальный замысел, но и "прикрыло" художника от возможных нападок. Благодаря Горькому, братья Павел и Александр Корины едут в Италию. Там они изучают работы старых мастеров, Павел Дмитриевич пишет пейзажи и известный портрет Горького (1932). Кроме того, он, художник-монументалист, тонко чувствующий архитектуру, создаёт целый цикл великолепных зарисовок легендарных памятников архитектуры.

Ограниченность времени пребывания, а также одновременная работа над акварельными и гуашевыми пейзажами, а еще и копиями фресок, принуждали к коротким по времени зарисовкам, в которых тем не менее великолепно проявились талант Корина-рисовальщика и его влюбленность в архитектуру. Вот небольшой альбомный рисунок “Флоренция. Площадь Синьории” (илл.1).

Гордо вознесшаяся кампанилла палаццо Веккио буквально рвется за пределы листа, тем самым подчеркивая свою величавость. Лист бумаги использован по-максимуму: внизу слева уместился и конный памятник Козимо Медичи; правее намечен силуэт фигуры Нептуна, украшающей фонтан, а еще правее, на фоне теневой стороны улицы Уффици, вертикаль микельанжеловского Давида. Справа намечена аркада лоджии деиЛанци. Рисунок очень экономен по технике - ни одной лишней линии – это произведение большого мастера. Взять хотя бы арочные окна палаццо: на фронтальной поверхности они намечены весьма подробно, а посмотрите, как они “тают” по мере удаления стены уходящей – там детализация нарушила бы гармонию целого, а это часто случается у малоопытных рисовальщиков, отрабатывающих детали удаленной части и тем самым убивающих перспективу.

231

1. П. Корин. Флоренция. Площадь Синьории. Б/кар. 20,5 × 13. 1932. 2. П. Корин. Венеция. Памятник кондотьеру Коллеони. 1932. 3. П. Корин. Пиза. Б/ кар. 1932.

4. П. Корин. Пиза. Б/кар. 21,5 × 13,5. 1932. 5. П. Корин. Сиена. Ратуша. Б/кар. 20,5 × 13. 1932 6. П. Корин. Падуя. Собор сан Антонио и памятник Гаттамелате. Б/кар. 1932.

Столь же убедителен и другой коринский рисунок “Сиена. Ратуша” (илл.5).

Снова лист заполнен максимально плотно, снова безукоризненность пропорций и уверенная рука мастера, ставящая каждую деталь сразу на свое место. Карандаш довольно мягкий, его нажимы в проемах окон черны, а легкая вертикальная тонировка легкими касаниями грифеля прекрасно отрывает силуэт здания от неба и сообщает каменным стенам материальность.

232

7. П. Корин. Вид на площадь и собор св. Петра. Б/ кар. 1932 8.. Корин. Равенна. Могила Данте. Б/кар. 20,5 × 13. 1932

Также очень мягким карандашом Корин зарисовал на разворотах блокнота

в двух различных ракурсах собор св. Петра и колоннаду Бернини, причем в массах, без особой детализации, т.к. размер каждой странички всего 10х17,5 см. Точно взятый контур, а заполнение – легкими боковыми касаниями грифеля. И тем не менее, безупречен и силуэт собора, и даже скульптуры над его фронтоном (илл.7).

Пизанская башня и баптистерий (илл.4), а также зарисовка могилы Данте в Равенне (илл.8) в той же технике и того же формата, что палаццо Веккио и сиенская ратуша. Развитый фон за памятником Гаттамелате (громада собора сан Антонио) потребовал формат пошире (илл. 6).

9. П. Корин. Кремль. Б/кар. 17,5× 27. 1932. 10. П. Корин. Главы Кремлёвских соборов. Правая половина разворота. Б/кар. 17,5× 27. 1932.

Его зарисовки строений Московского кремля того же 1932 года смело

соперничают с рисунками мастеров архитектуры. То же чувство объемов и их пропорций, тот же любовный анализ стилевых черт, то же внимание к архитектурным деталям.

233

Как видим, архитекторам есть чему поучиться у, казалось бы, «чистого живописца» Павла Дмитриевича Корина. УДК 72.01 ПРОСТРАНСТВО И КОМПОЗИЦИЯ А.И. Захаров

“Тот, кто имеет дело с архитектурой, должен безупречно владеть пластическими формами и быть знатоком и активным деятелем искусств. Ныне, когда архитектор передает инженеру часть своей работы и своей ответственности, доступ к этой профессии должен быть открыт только для людей в должной мере наделенных чувством пространства. Без этого чувства архитектор не может отвечать своему назначению. ”

Ле Корбюзье

Существует множество подходов, концепций объяснений понятия «пространство». Существует также множество определений пространства от простейшего: «пространство - это незанятое место до сложных философских построений, включающих рассуждения на тему «Квадрата» Малевича, как формулы изображения пространства начала 20 века. Определение пространства, как категории объективного мира, выражающей порядок расположения одновременно существующих объектов представляется наиболее объективным и обобщенным. Понятие «порядок» в пространстве говорит о том, что это некий композиционный приём расположения или потенциальная возможность расположения объектов в пространстве. Таким образом, усматривается теснейшая связь между понятием пространства и его предметным наполнением через посредство композиционного приёма.

Архитектура, осваивая реальное пространство, всегда старается делать его художественным, а это невозможно вне контекста с общей композицией пространства. Архитектура своими художественными средствами всегда изображает жизнь человека и одна из функций архитектуры – это художественная функция. Таким образом, архитектурное пространство - это художественное пространство, которое в немалой степени зависит не только от эстетически оформленных средовых объектов, но и от качества общей пространственной композиции..

Пространство приобретает смысл и значение в тот самый момент, когда в нем появляется форма. Каждый вновь появившийся элемент усложняет композицию и создает новые формы пространства, видоизменяет их, укладывая вокруг остальных форм подобно кубикам головоломки. Количественное соотношение позитивного и негативного пространства может быть в целом статичным или в целом динамичным. Формы приобретают новый смысл, когда они: участвуют в пространственных взаимодействиях; соучаствуют или противопоставляются по характеристикам массы или текстуры; когда они создают новые взаимоотношения

234

Архитектору, создающему архитектурно-пространственную среду, необходимо понимание отношений между людьми и зданиями, между зданиями и окружающей средой, а также понимание необходимости связывать здания и пространства между ними с человеческими потребностями и масштабом. Можно выделить основные психологические понятия архитектурно- пространственной среды: открытость – закрытость; доминирование – приспособление; тяжелое – легкое; монументальное – изящное; простое – сложное. Существуют примеры архитектурных композиций, вызывающих такие чувств, как радость, грусть, концентрация, рассеяние внимания, интерес, безразличие, спокойствие или напряжение. Посредством масштаба архитектурных объектов и их композиционным взаимодействием психологически определяется вид деятельности человека в данной среде. Например: крупномасштабная среда – это работа или общественная деятельность; мелкомасштабная – это отдых или индивидуальная деятельность. Эмоциональная реакция на взаимодействие с архитектурной средой показывает отношение к ней человека, а без эмоционального стимулирования всех сторон человеческой жизнедеятельности человек не может существовать. Поэтому так важно при проектировании архитектурных пространств верно определить его масштаб и композицию его объектов. Масштаб пространства и композиция объектов может вызывать: чувство уверенности - в предсказуемой, ясно читаемой среде; чувство неуверенности - в незнакомой, неясной среде; чувство возвышения - в особой тектонике объекта, когда акценты ведут взгляд от тяжелых нижних форм к лёгким верхним; чувство подавленности – от утяжелённых верхних форм объекта; чувство равновесия – от соразмерности и уравновешенности форм, и т. д.. Малые размеры и замкнутость пространства отражается на таких поведенческих факторах, как близость общения, а большие, открытые пространства располагают к физической активности, спорту, играм, работе. Современная среда в большей мере ассоциируется со спортом, хозяйственными делами и от того не очень уютна. Для исторической среды характерны такие особенности поведения, как праздник, общение, она оценивается как приятная, создает ощущение покоя, наличия контроля, вызывает интерес. Оценка уровня активности среды соотносится с человеческими реакциями: активностью, пассивностью, возбуждением, покоем. Чувство порядка – возникает при стабильной предсказуемой и управляемой среде. Чувство масштаба – возникает от ощущения комфорта, уюта при нахождении в соразмерной среде. Таким образом функционально планировочные приёмы помогают организовать многочисленные виды деятельности человека. Осознание пространства человеком основано на опыте взаимодействия с вещами. Чтобы человек мог успешно ориентироваться в пространстве, пространство должно иметь: ясное композиционное решение пространства и хорошо «читаемую» топологию объектов. Многочисленность форм среды и человеческой активности порождает проблему выявления различий между ними, а также создания единой структуры архитектурного языка, понятного всем. Перед архитектором ставится задача интеграции разнородных пространств, создание «мостов» между отдельными полями пространства. От архитектурного пространства требуется, чтобы оно обладало

235

вообразимой структурой. Образ может возникнуть лишь в том случае, если среда имеет особую четкую композицию. Упорядоченный образ среды лучше запоминается человеком. Так, структура складывается из развития и ритма вертикалей и горизонталей, закрытых и открытых мест, динамичных и статичных особенностей, жестких и пластичных форм. Архитектор, формируя архитектурно-пространственную среду, составляет некую «карту поведения», некий сценарий деятельности людей через посредство композиционных приёмов и правильного распределения функциональных зон на всех уровнях: градостроительном (площадь, улица, двор); пространственной среды здания; пространственной среды помещения. Архитектор здесь выступает, как режиссер, который определяет, сколько заложено ролей в средовом сценарии, поскольку архитектурное пространство всегда воспринимается контекстуально. Итак, композиционно оформленное архитектурное пространство - это художественное пространство, выражающее общественную идею через личность архитектора, и, в той или иной степени, формирующее жизнь человека соответственно меняющимся условиям жизни общества.

236

УДК 721.052(075.8) ОРГАНИЗАЦИЯ ДОСТУПНОЙ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ И. И. Исаевич

Проблема обеспечения доступной среды обитания для людей с ограниченными возможностями обсуждается довольно часто, но и по сей день, хочется сказать расставить акценты – «доступная среда или иллюзия доступности?». Да, внимание общественности привлекается к этому вопросу. В вузах и школах стали появляться учащиеся с различными нарушениями опорно-двигательного аппарата. Но, по-прежнему, в большей степени человек(семья) остается практически один на один со своими проблемами.

Конечно, в этом направлении лед сдвинулся, разработана нормативная документация, проведено ряд исследований с целью определения необходимых параметров оборудования и планировочных элементов зданий и сооружений. Но чаще все это только на бумаге. Анализируя курсовые и выпускные работы студентов, обучающихся по профилю «Промышленное и гражданское строительство», можно сделать неутешительный вывод – 80 % из них просто искренне не задумываются о необходимости обеспечения доступности зданий, сооружений, отдельных городских рекреаций для такой категории людей. В результате в проектах современных жилых, общественных и промышленных зданий не предусматриваются элементарные способы передвижения.

Даже, если человеку «повезло» и он воспользовался специально оборудованным транспортом, который доставил его до места назначения (рис. 1), дальше встречаются непреодолимые препятствия в виде ступеней, на которые трудно подняться даже здоровому , не то что в коляске (рис. 2) .

Рис. 1 Автобус, оборудованный подъемником

Но и на этом проблемы входа в здание не заканчиваются. Далеко не всегда ширины площадки перед входной дверью не достаточно для того, чтобы просто поместиться на этой площадке вместе с коляской. Вот и приходится балансировать, рискуя вновь оказаться на ступеньках. То, что для нас с Вами не представляет

Рис.2. Непреодолимые ступеньки.

237

труда, для человека, оказавшегося на коляске , составляет непреодолимые препятствия .

Итак, ступеньки позади, и вновь – преграда, и преграда это не что иное, как обычная входная дверь, у строителей она называется распашной (рис.3).

Надо очень постараться, чтобы просто открыть ее, не упав с коляски, при этом далеко не всегда двери открываются легко, так как они оборудованы доводчиками. А затем, попытаться протиснуться через открывшийся дверной проем, ширина которого не предполагает, что через него буду проезжать. И так практически на каждом шагу.

Рис. 3. Попытка попасть в здание.

Конечно, есть , что называется положительные примеры (рис. 4). К

сожалению, их не так много. И пандусы предусмотрены и уклон пандусов позволяет относительно легко подняться на крыльцо, и поручни не забыли.

Рис. 4 Пандус для входа в здание

238

И если пандус правильный, с правильным уклоном, но он помогает передвигаться, а, если нет, то становится опять же элементом преодоления(рис.5). Видя такую картину, всегда хочется спросить – а Вы сами пробовали подниматься практически на руках, а у вас, у здоровых людей, хватит на это сил?

При желании, можно предусмотреть пандусы и в обычном жилом доме (рис.6), и этот обычный дом станет доступной средой обитания для обычного человека. А, если еще немного подумать, то можно подарить радость детям предусмотрев малые архитектурные формы-те самые карусели, качели, песочницы для деток на колясках(рис.7).

Рис. 5 Подъем «на руках»

Рис. 6. Пандус в жилом доме Рис.7. Малые архитектурные формы

239

Вот и получается, что знаем, что надо сделать, знаем как надо делать, умеем это делать, но, выходит, просто не хотим? Надо просто немного подумать и понять, что рядом с нами живут люди, которым мы можем помочь и принести радость.

УДК 699.874 ТЕХНОЛОГИЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ СУЛЬФИДНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ В.И. Шарапов, М.М. Замалеев, Е.А. Астафьева, Н.Ю. Колбасова

Сульфатредуцирующие бактерии - одни из наиболее опасных микроорганизмов, находящихся в системе теплоснабжения. Наибольший вред такие микроорганизмы наносят при эксплуатации подземных коммуникаций, в замкнутых системах охлаждения, а также в отопительных приборах.

Они относятся к классу анаэробных термофильных бактерий и способны существовать в воде с рН 5-9 и температурой до 85°С. В результате жизнедеятельности бактерии поглощают сульфаты и выделяют H2S, реагирующий с продуктами коррозии.

Рис.1. Водопроводная труба с обрастаниями из сульфатредуцирующих

бактерий Колонии микроорганизмов могут создавать на поверхности металлов

наросты мицелия или слизи черного цвета (рис.1), под которыми в результате разности электрических потенциалов на различных участках поверхности металла и ассимиляции ионов металлов самими микроорганизмами может развиваться язвенная коррозия. Сульфатредуцирующие бактерии не только разрушают структуру металла, но и увеличивают скорость развития электрохимической коррозии, поскольку образуют минеральные и органические кислоты, потенциальные центры коррозии на поверхности металла и участвуют в процессах катодной деполяризации [1].

240

Механизм биологической коррозии под действием сульфатредуцирующих бактерий достаточно сложен, поскольку параллельно протекает несколько многостадийных этапов образования. Помимо этого, при наличия в воде ионов Fe+2 сероводород создает тонкодисперсную взвесь сульфида железа. Эта взвесь резко растормаживает протекания кислородной деполяризации.

Кроме развития коррозии бактерии существенно ухудшают органолептические показатели качества сетевой воды, регламентируемые СанПин 2.1.4.2496-09. Появляется характерный интенсивный гнилостный запах сероводорода, заметный даже потребителю и происходит изменение цвета сетевой воды от светло-коричневого до темно-коричневого.

Чаще всего бактериологическое загрязнение возникает в открытых системах теплоснабжения, в закрытых системах оно появляется в случае нарушения герметичности соединений и попадания сетевой воды в трубопроводы горячей воды. Сульфидное загрязнение - крайнее опасное явление в системах теплоснабжения как с точки зрения коррозионного износа трубопроводов и оборудования, так и с точки зрения потребительских свойств сетевой воды [2,3].

С проблемой бактериологического загрязнения сталкиваются как в отечественных, так и в зарубежных системах теплоснабжения. В системе теплоснабжения Белгорода в 90-е годы наблюдалась биологическая язвенная коррозия, вызванная сульфатредуцирующими бактериями, которая смогла разрушить даже, казалось бы, коррозионностойкие во всех остальных случаях чугунные радиаторы отопления. Согласно исследованиям зарубежных ученых, количество бактерий по данным метода флуоресцентной микроскопии в сетевой воде датских систем теплоснабжения находилось в пределах 8,5 · 103−9,7· 105 клеток/мл.

Самарским городским центром санэпидермнадзора при участии ВТИ (А. А. Пшеменский) проводилось исследование показателей качества горячей воды в Самаре. Было выявлено, что неприятный запах и цвет воды появляется при осеннем включении систем отопления. Анализ на наличие сероводорода в воде дал следующие результаты: в квартальных тепловых сетях содержание H2S в среднем составляло 0,06мг/кг; в отопительных батареях 0,26-0,69 мг/кг. Значение показателя сероводорода в воде в отопительных приборах значительно превышает предельно допустимую концентрацию (не более 0,03 мг/кг по СанПиН 2.1.4.1074-01).

В Ульяновске с проблемой сульфидного загрязнения столкнулись в отопительные сезоны 2012-2013 и 2013-2014 гг. В начале отопительного сезона начали поступать жалобы на неприятный запах горячей воды и не характерный цвет. Выявлено, что заявления поступают только от потребителей, подключенных к семикилометровой магистрали с диаметром 1000 мм ОП КЦ ТЭЦ-1 (ТЭЦ-3). Для проверки гипотезы о бактериологическом загрязнении сотрудниками кафедры микробиологии Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии по нашей просьбе выполнено исследование

сетевой воды до и после водогрейных котлов ТЭЦ‐3, в центральных тепловых

пунктах и воды в местных системах горячего водоснабжения потребителей. Результаты анализа подтвердили гипотезу, было обнаружено наличие

241

сульфатредуцирующих бактерий, сульфитредуцирующих клостридий и железобактерий.

Благоприятными факторами для развития сульфидного загрязнения сетевой воды являются низкая скорость потока воды и высокая окисляемость воды, используемой для подпитки теплосети [4,5], что характерно для системы теплоснабжения Дальнего Засвияжья. Нами предложен следующий подход к решению данной проблемы: необходимо избавиться от уже имеющихся в тепловых сетях и местных системах отопления колоний бактерий и нужно снизить вероятность повторного загрязнения систем.

Первая группа мероприятий реализуется за счет повышения рН воды до максимально возможного уровня. Для открытых систем рН сетевой и подпиточной воды стоит поднимать до предельной величины 9,0. В закрытых системах при высоких значениях карбонатного индекса до 9,5 , а при низких до 10,5. Известно, что значение рН является одним из основных параметров, влияющих на образование бактерий. Известно, что значение рН является одним из основных параметров влияющих на скорость коррозии углеродистых и низколегированных сталей и на её локализацию. В работах ВТИ было показано, что при увеличении рН с 7 до 9,5 возможен переход от равномерной коррозии к локальной и общее снижение повреждаемости трубопроводов теплосети от внутренней коррозии (примерно в 7 раз) [1]. В конце отопительного периода целесообразно провести температурную санацию тепловой сети и местных систем отопления путем проведения температурных испытаний на максимальную температуру и продолжительность. Крайне необходимым мероприятием для удаления бактерий является промывка местных систем по окончанию отопительного периода. Промывку нами предложено проводить с использованием щелочной воды с рН 9,9-10,5 и повышенными скоростями в тепловой сети. Значение рН воды для промывки систем может быть повышено, потому что в нормативной документации нет ограничений величины данного параметра при промывке.

Для снижения вероятности повторного загрязнения системы необходимо провести консервирование системы раствором из деаэрированной воды и силиката натрия.

Результаты применения наших рекомендаций в системе теплоснабжения Ульяновска показали его эффективность: органолептические показатели качества сетевой воды, используемой для горячего водоснабжения потребителей, в последние два отопительных сезона существенно улучшились [6,7].

В заключение хочется отметить, что сульфидное загрязнение - крайнее опасное явление в системах теплоснабжения как с точки зрения коррозионного износа трубопроводов и оборудования, так и с точки зрения потребительских свойств сетевой воды.


1. Балабан-Ирменин Ю. В., Липовских В.М., Рубашов А.М. Защита от

внутренней коррозии трубопроводов водяных тепловых сетей. М.: Изд-во Новости теплоснабжения, 2008. 280 с.

2. Грибанькова А.А., Мямина М.А., Белоглазов С.М. Микробиологическая коррозия мягкой стали в водносолевых средах, содержащих

242

сульфатредуцирующие бактерии // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. 2011. № 7.

3. Коррозия и защита химической аппаратуры/ Под ред. А.М. Сухотина. Л.: Химия.1970. Т.3.

4. РД 34�20.145�92. Методические указания по выбору типа системы теплоснабжения с учетом качества воды // Утверждены Министерством топлива и энергетики РФ 28.09.1992.

5. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети.� М.: Энергоиздат, 1982. 360 с.

6. Шарапов В. И., Замалеев М.М. Пути предотвращения сульфидного загрязнения тепловых сетей // Энергосбережение и водоподготовка. 2014. № 5. С. 13-17.

7. Шарапов, В. И., Замалеев М.М. Решение проблем бактериологического загрязнения систем теплоснабжения // Теплоэнергетика. 2015. № 9. С. 77-80.

УДК 621.184.64 РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОДУВОЧНОЙ ВОДЫ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ В.И. Шарапов, И.В. Прокопенко, М. А. Федорова, Е.К. Чиглякова

В условиях современного производства на первый план вышли мероприятия по энергосбережению, направленные на рациональное использование и экономное расходование топливно-энергетических ресурсов и вторичное использование низкопотенциальных источников энергии. Большие резервы имеются, в частности, в совершенствовании методов использования теплоты и массы продувочной воды паровых котлов.

Энтальпия продувочной воды inp барабанных котлов в зависимости от рабочего давления составляет 742—1620 кДж/кг, то есть продувочная вода является весьма ценным теплоносителем, обладающим высоким энергетическим потенциалом. По названным причинам при проектировании и эксплуатации котельных наряду с уменьшением величины Gпр ставится задача максимального использования теплоты и массы продувочной воды в рабочем цикле установки.

Типовая схема утилизации продувочной воды предусматривает одноразовое или ступенчатое расширение продувочной воды в сепараторах не-прерывной продувки. Выделившийся из продувочной воды пар используется в цикле котельной, а неиспарившаяся в сепараторе вода частично отдает свою теплоту в охладителе непрерывной продувки и, как правило, сбрасывается в ка-нализацию.

Нами разработан ряд новых технических решений, которые позволят максимально использовать теплоту и массу продувочной воды и, при этом, снизить затраты более ценных теплоносителей.

Нагрев воздуха в калорифере (рис.1). Особенность заключается в том, что нагрев воздуха производят в двухступенчатом калорифере, в первой ступени которого в качестве греющей среды используют продувочную воду, которую отводят из барабана котла, во второй – пар, причем температуру

243

нагретого воздуха регулируют расходом пара, подаваемого на вторую ступень калорифера.

Греющие секции калорифера расположены последовательно. В первой ступени в качестве греющей среды используют продувочную воду, которую отводят из барабана котла, во второй – пар, причем температуру нагреваемого воздуха регулируют расходом пара, подаваемого на вторую ступень калорифера. В паропровод на входе в калорифер включен регулятор температуры воздуха, который принимает сигналы с датчиков температуры и управляет регулирующим клапаном.

Использование продувочной воды котла для нагрева воздуха в калорифере позволяет повысить экономичность котельной установки за счет нагрева воздуха менее ценным теплоносителем – продувочной водой и снизить затраты более ценного теплоносителя – пара.

Серия следующих изобретений относится к способом очистки поверхностей нагрева котельных установок.

Очистка воздухоподогревателей мазутных котлов (рис.2). Очистка воздухоподогревателей производится продувочной водой, подаваемой на загрязненные поверхности нагрева через струйный аппарат.

Рис. 1. Схема котельной установки: 1 – паровой котел; 2 – барабан котла; 3 – трубопровод продувочной воды; 4 – калорифер; 5 – воздуховод; 6 – воздухоподогреватель; 7 – горелка; 8 – паропровод; 9 - регулятор температуры воздуха; 10,11 - датчик температуры воздуха; 12 –

регулирующий клапан

244

Рис. 2. Схема котельной установки: 1 – паровой котел, 2 – барабан, 3 –

трубопровод продувочной воды, 4 – струйный аппарат, 5 – регенеративный воздухоподогреватель 5, 6 – воздуховод, 7 – горелка котла

Обдувка воздухоподогревателей пылеугольных котлов (рис.3). Обдувка

поверхностей нагрева обычно производится паром. Нами предложено использовать вместо пара продувочную воду.

Промывка на ходу экономайзеров продувочной водой (рис.4).

Рис. 3. Схема котельной установки: 1 – паровой котел, 2 – барабан, 3 –

трубопровод продувочной воды, 4 – обдувочный аппарат, 5 – воздухоподогреватель, 6 – воздуховод , 7 – горелка котла

245

Рис. 4. Схема котельной установки: 1 – паровой котел, 2 – барабан, 3 – трубопровод продувочной воды, 4 – обмывочный аппарат, 5 – экономайзер,

6 – трубопровода питательной воды Особенность новых технологий заключается в том, что в качестве

очищающего агента используют продувочную воду, что позволяет повысить экономичность и надежность котельной установки за счет очистки поверхностей нагрева менее ценным и менее агрессивным теплоносителем – продувочной водой и снизить затраты более ценного теплоносителя – пара, сжатого воздуха, воды под давлением или перегретой воды. Также появляется возможность снизить риск образования коррозии за счет щелочной среды теплоносителя.

УДК 621.311.22 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ОХЛАЖДЕНИЯ ОХЛАДИТЕЛЕЙ ЭЖЕКТОРОВ, УПЛОТНЕНИЙ И САЛЬНИКОВЫХ ПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ ТУРБОУСТАНОВОК тэц Я.В. Сакун

На сегодняшний день, в условиях кризиса в стране, остро поднимаются проблемы по эффективному использованию энергоресурсов, их учета и энергосбережению, что в свою очередь ведет к оптимизации производства и модернизации оборудования. Возникают задачи, при решении которых, сократилась бы доля потребления энергоресурсов и увеличился экономический эффект от использования имеющегося оборудования. Одним из таких решений стало использование вторичных потоков пара в контуре ТЭЦ.

Существует различные режимы работы теплофикационных турбин ТЭЦ, однако режим работы теплофикационных турбин с полностью загруженными отопительными отборами и минимальными пропусками пара в конденсатор является наиболее экономичным. Недостаток данного режима заключается в пониженной надежности работы тепловой электрической станции, когда

246

конденсата турбины недостаточно для охлаждения охладителя основного эжектора (ОЭ), охладителя пара уплотнений турбины (ОУ) и сальникового подогревателя (СП), которые включены в линию основного конденсата [1,2]. Для увеличения расхода конденсата через эти охладители включают рециркуляцию конденсата, приводящую к существенным потерям теплоты в конденсаторе турбины и дополнительным затратам на привод конденсатного насоса.

В НИЛ «Теплоэнергетические системы и установки» УлГТУ предложены решения, позволяющие исключить потери теплоты с рециркуляцией путем включения охлаждаемых теплообменных аппаратов в трубопроводы деаэратора добавочной питательной воды и деаэратора подпиточной воды тепловой сети, а так же полезного использования конденсата от этих теплообменных аппаратов в контуре ТЭЦ.

На рис. 1 и рис. 2 изображены схемы включения теплообменника в деаэрационные установки, благодаря котороым возможно полезно использовать конденсат от охладителя пара уплотнений турбины, включенного по охлаждающей среде в трубопровод греющего агента деаэратора добавочной питательной воды или деаэратора подпиточной воды тепловой сети, в теплообменнике, включенному по охлаждающей среде в трубопровод исходной воды деаэратора добавочной питательной воды или деаэратора подпиточной воды тепловой сети. Под охладителем пара уплотнений турбины понимается охладитель эжектора уплотнений и сальниковый подогреватель.

Рис. 1. Схема включения теплообменника в деаэрационную установку подпиточной воды тепловой сети: 1 - теплофикационная турбина; 2 - конденсатор; 3 - трубопровод основного конденсата; 4 – охладитель основных эжекторов; 5 - регенеративные подогреватели низкого давления; 6 - сетевые подогреватели; 7 - деаэратор подпиточной воды тепловой сети; 8 - трубопровод исходной воды; 9 – поверхностный теплообменник; 10 – трубопровод конденсата охладителя пара уплотнений турбины; 11 – трубопровод греющего агента; 12 - охладитель пара уплотнений турбины; 13 - трубопровод деаэрированной добавочной питательной воды; 14 – трубопровод тепловой сети.

Рис. 2. Схема включения теплообменника в деаэрационную установку добавочной питательной воды: 1 - теплофикационная турбина; 2 - конденсатор; 3 - трубопровод основного конденсата; 4 – охладитель основных эжекторов; 5 - регенеративные подогреватели низкого давления; 6 - сетевые подогреватели; 7 - деаэратор добавочной питательной воды; 8 - трубопровод исходной воды; 9 – поверхностный теплообменник; 10 – трубопровод конденсата охладителя пара уплотнений турбины; 11 – трубопровод греющего агента; 12 - охладитель пара уплотнений турбины; 13 - трубопровод деаэрированной добавочной питательной воды;

247

3

8

13

7

5

4

2

6

11

12210

9

6

14

3

8

13

7

5

4

2

6

11

12210

9

6

1 1

Расчет температуры исходной воды, после её нагрева конденсатом

охладителя пара уплотнений турбины в поверхностном теплообменнике: 1. Зная значения тепловых потоков в охладитель эжектора уплотнений

турбины и сальниковый подогреватель ( =1,68МВт; =0,67 МВт; =2,56МВт.) по уравнению теплового баланса рассчитываем количество пара, поступающего в каждый теплообменник [3]:

2. Задаваясь расходом исходной воды в выбранном режиме работы

деаэратора, находим температуру этой воды после её нагрева конденсатом в поверхностном теплообменнике.

где – количество исходной воды поступающей в деаэратор, - температура исходной воды, - количество конденсата от охладителя пара уплотнений турбины, направленного в поверхностный теплообменник, -

температура конденсата, - температура исходной воды, после ее нагрева в поверхностном теплообменнике. Результаты предложенных решений:

248

1. Отключена рециркуляция основного конденсата через ОУ, ОЭ и СП, т.е. снижены затраты электроэнергии на привод рециркуляционного насоса.

2. Суммарный тепловой поток, отводимый в конденсатор с рециркуляцией от ОУ, ОЭ и СП, отдается исходной воде и греющему агенту и далее с деаэрированной добавочной питательной водой направляется в систему регенерации турбины или с подпиточной водой в тепловую сеть.

3. Данные решения позволяют сэкономить D=4,218 т/ч пара поступающего от охладителя уплотнений турбины и сальникового подогревателя.

СПИСОК ЛИТЕРАТРЫ

1. Иоффе Л.С., Коротенко В.В. Эксплуатация теплофикационных паровых турбин. Екатеринбург: Урал. Рабочий, 2002. 160 с. 2. Куличихин В.В. Совершенствование режимов эксплуатации турбоагрегатов. – М.: Полиграфический Центр МЭИ (ТУ), 2010. 258 с. 3.Теплообменники энергетических установок / под общей редакцией Ю.М. Бродова. - Екатеринбург: Издательство Сокарт, 2003. 945 с УДК 517.988.67 ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ В ЭФИОПИИ Б. Д. Гемечу, В.И. Шарапов

Эфиопия - вторая по численности населения страна Африки, расположенная к югу от Сахары, с населением более чем 90 миллионов и огромным количеством энергетических ресурсов.

Энергетические ресурсы включают в себя 45000 МВт гидроэнергии, в среднем 5.5 кВт/м2/день солнечной энергии, 1300 МВт ветровой энергии, 7000-10000 МВт геотермальной энергии, 1,12 млн. тонн древесины, 113 млрд. м3

природного газа, 300 млн. тонн угля и 253 млн. тонн сланца. Однако, потребление электроэнергии на душу населения составляет всего

24 кВт.ч в год [1], что значительно ниже, чем средние 153 кВт.ч в странах близ Сахары. На текущий момент установленная мощность генерации электроэнергии в Эфиопии около 2267 МВт (1978 МВт - ГЭС, 171 МВт ветровой энергии, 112 МВт –ТЭС на дизельном топливе и 7 МВт – геотермальные ТЭС) [2].

Спрос на энергию в стране растет значительно, в последние годы зарегистрирован ежегодный рост на 25%, и ожидается, что этот показатель будет выше в ближайшие годы. Необходимые мощности прогнозируются около 37000 МВт, в 2015 году 2037 из существующих 2267 МВт уже используется [2]. Правительство Эфиопии разработало стратегический план под названием «План роста и преобразования» для ликвидации разрыва между сильно растущим спросом энергии и недоиспользованием природных ресурсов. Основная цель -наращивание национальной энергетической генерации.

Из перспективных энергоресурсов значительную роль в развитии энергетики страны играет геотермальная энергия.

С начала разведки ресурсов геотермальной энергии в 1969 году большая часть исследований была направлена на выявление потенциальных областей,

249

в которых имеется возможность генерации электроэнергии из этих ресурсов. Около 120 областей возможных ресурсов были определены в Эфиопском секторе Восточно-Африканской рифтовой системы. Среди 120 населенных пунктов в рамках рифтовой системы около 22 имеют потенциал с высокой энтальпией геотермальных ресурсов, которые могут обеспечить выработку электроэнергии в пределах 7000-10000 МВт. Освоение этих ресурсов позволит вырабатывать электроэнергию для таких сфер как садоводство, животноводство, аква-промышленность, агро-промышленность, здравоохранение и отдых, добыча минеральных ресурсов, добыча и розлив питьевой воды, кондиционирование.

Геотермальные ресурсы в Эфиопии являются экономически жизнеспособными по следующим основным причинам:

ресурсы имеют высокие температуры водохранилищ в диапазоне свыше 200 ºC (до 335ºC);

глубина до водохранилища геотермальных вод является приемлемой: от 500 до 2500 м;

ресурсы имеют низкое содержание неконденсированного газа; географическое расположение ресурсов очень близко к существующей

инфраструктуре (дороги, линии электропередачи). Геотермальные поля Aluto-Langano. Это одна из наиболее изученных

геотермальных областей, расположенных в районе рифтовой долины Эфиопии. Глубокое разведочное бурение началось в 1981 году, уже в 1985 году были завершены восемь скважин на глубине между 1317 в 2501 м ниже уровня земли. Четыре скважины доказали свою продуктивность со средней выходной мощностью около 2 МВт [3]. Экспериментальная геотермальная установка с двумя энергоблоками мощностью 7,28 МВт была запущена в 1998 году. Однако вскоре после ввода в эксплуатацию ресурсов, установка начала испытывать проблемы, которые в конечном итоге привели к ее закрытию в 2002 году [4]. После того, как осуществлялось множество восстановительных работ в 2006 и 2007 годах, электростанцию ввели в эксплуатацию снова в июне 2007 года. Недавние исследования показали, что поле имеет потенциал генерации в 70 МВт электроэнергии.

Геотермальные поля Tendaho: вторая наиболее изученная геотермальная область в Эфиопии. После ее обнаружения она расценивается как главная перспектива использования геотермальной энергии. Выполнена обширная геологическая разведка, в результате было пробурено три глубоких (до 2196 м) и три неглубоких разведочных скважин (около 446 м) которые которые показали наличие источников с температурой более 250ºC.

Результаты показали, что поле имеет потенциал генерации 100 МВт из четырех продуктивных скважин. На основании этого результата власти запускают проект под названием Alalobad с целью получения 70 МВт электроэнергии, и собираются связать его с национальной энергосистемой страны.

Геотермальная разведка области Abaya показала широкую тепловую активность, в основном характеризующуюся горячими источниками и изменением почвы. Весной температуры объектов достигают 96° C с высоким расходом до 20 л/с [5]. Геологические исследований, выполненные в Abaya, выявили потенциал геотермального резервуара с температурой свыше 260°C [5], способным поставлять пар для производства электроэнергии.

250

Геотермальная разведка области Corbetti. Подробные геологические, геохимические и геофизические исследования, проведенные в области Corbetti, указывают на наличие потенциальных геотермальных резервуаров с температурой выше 300°С [6]. Область с температурой > 250° C распространяется на более чем 100 км2, что означает наличие потенциала более 1000 МВт, т.е. 10 МВт/км2 [6].

Геотермальная разведка области Tulu Moye. В 1969 году [7] исследования, включающие в себя обследования мелких зон температурного градиента (150-200 м), подтвердили существование потенциальных геотермальных резервуаров с температурой около 200°C [8]. Определены целевые области для дальнейшего бурения скважин.

Исследование геотермальной зоны Dofan: Геологическая разведка предположила, что есть несколько гидротермальных проявлений (фумаролы и горячие источники). Геохимические исследования дали оценку подземных температур на уровне 280oC.

Перспективы на уровне разведки. В 1980-х разведывательные геологические, геохимические и геофизические исследования были проведены в районах Кон, Метека, Данаб, Тео и озера Абхе и показали существование молодых вулканических образований, а также активной поверхности теплового проявления. После разведывательного бурения было установлено, что Метека и Тео перспективны для открытия экономически эксплуатируемых геотермальных ресурсов при их высокой температуре.

Будущие стратегии. В последнее время Эфиопия столкнулась с проблемами нехватки энергетических ресурсов. Однако за это время был выявлен большой потенциал в геотермальной энергетике, что является одним из главных факторов будущего развития энергетики в стране. Исследования в области геотермальных технологий должны продолжаться, так как они проводят к решению вопросов связанных с повышением потребления энергетических ресурсов.

В частности, это будет сделано путем использования местных энергетических ресурсов, которые являются экономически конкурентоспособными, надежными и оказывающими низкое воздействие на окружающую среду. Согласно мировому опыту, геотермальные ресурсы отвечают этим критериям. Действительно, геотермальная энергетика является дешевым источником энергии. Кроме того, в Эфиопии это направление изучалось более интенсивно по сравнению с другими возобновляемыми ресурсами, такими как ветровая и солнечная энергия.

В последние годы страна изменила свою политику полагаться на единый источник электрической энергии (гидроэлектростанции) для обеспечения энергией страны. В результате был создан долгосрочный план развития геотермальной энергетики. Согласно этому плану к 2030 году должно вырабатываться 2500 МВт геотермальной энергии.


1. Проект Национальной комиссии по планированию Федеративной Демократической Республики Эфиопии на 2015/16-2019/20, Аддис-Абеба, 2015.

2. Мекурия Л., Развитие энергетического сектора Эфиопии. 2014. 3. Фабрицио Г. Энрика Д. и Габриэлла М. Гидротермальные процессы в Алуто-

Лангано (Эфиопия), 2014.

251

4. Маркос М. Боб Т. Реабилитация Aluto Pilot ГеоЭС. Третья Восточно-Африканская рифтовая геотермальная конференция. Джибути. 2010.

5. Садхадин А. Лемма К. Предварительный геохимический доклад Абая о геотермальном проекте. Геологическая служба Эфиопии. Аддис-Абеба. 2015.

6. Гестер Г. Хьяльмар Е. Гирмур Б. Вигдис Х., Итоги исследования геотермальной области Корбетти в Эфиопии. Мировой геотермальный Конгресс, Мельбурн, 2005.

7. Тадессе М., Гидротермальная поверхность в Tulu Moye районе, Озерный край разлома в Эфиопии, ARGeo, Аддис-Абеба. 2006.

8. Месерет Т. Соломон К., Стратегия разведки и разработки геотермальных ресурсов в Эфиопии. Мировой геотермальный Конгресс, Бали, Индонезия. 2010.

251

Научное электронное издание

ВУЗОВСКАЯ НАУКА

В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ

Сборник материалов 50-й научно-технической конференции

(25 января – 30 января 2016 года)

Часть 1

Отв. за выпуск Н.А. Почкайло

ЭИ № 650. Объем данных 16,60 Мб.

Печатное издание Подписано в печать 23.05.2016. Формат 60×84/16.

Усл. печ. л. 14,65. Тираж 70 экз. Заказ 465.

Ульяновский государственный технический университет 432027, Ульяновск, Северный Венец, 32.

ИПК «Венец» УлГТУ, 432027, Ульяновск, Северный Венец, 32. Тел.: (8422) 778-113

E-mail: [email protected] http://www.venec.ulstu.ru

ВУЗОВСКАЯ НАУКА В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ - ИПК ...

Documents

Transcript of ВУЗОВСКАЯ НАУКА В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ - ИПК ...