close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

212.Вестник Брянского государственного технического университета №1 2009

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ВЕСТНИК
БРЯНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО
ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Научно-технический журнал
Издается с февраля 2004 г.
Периодичность – 4 номера в год
№1 (21) 2009
Журнал рекомендован экспертными советами ВАК для опубликования научных результатов диссертаций по машиностроению
и управлению, вычислительной технике и информатике
Учредитель – Государственное
образовательное учреждение
высшего профессионального
образования «Брянский
государственный технический
университет»
Редакционная коллегия:
Главный редактор
А.В.Лагерев
Зам. гл. редактора
С.П.Сазонов
Отв. секретарь
В.А.Татаринцев
Члены редколлегии
В.И.Аверченков
В.Т.Буглаев
О.А.Горленко
В.В.Ерохин
Д.В.Ерохин
Б.Г.Кеглин
В.В.Кобищанов
Т.И.Королева
В.И.Попков
А.Ф.Степанищев
В.А.Хвостов
Свидетельство о регистрации
Федеральной службы по надзору
за соблюдением законодательства
в сфере массовых коммуникаций
и охране культурного наследия
ПИ № ФС77-21709 от 17. 08. 05
Адрес редакции:
241035, г. Брянск, бульвар
50-летия Октября, 7
тел. (4832) 58-82-77
e-mail: vestnik@tu-bryansk.ru
Подписные индексы каталога
«Пресса России» - 18945- п/г
15621 - годовая
Брянский государственный
технический университет, 2009
СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА
Машиностроение
Технология, инструменты и оборудование
машиностроительных производств
Барабанова И.А. Методологический подход к содержанию и оформлению стандартов на размерный
режущий инструмент………………………………….
Съянов С.Ю. Алгоритм и программное обеспечение для определения оптимальных условий электрофизической обработки…………………………….
Степанов Ю.С., Барсуков Г.В., Михеев А.В. Моделирование числа абразивных зерен, участвующих
в процессе формирования поверхности детали при
резании сверхзвуковой гидроабразивной струей……
Рыбаков А.В., Окунькова А.А. Решение задач технологической подготовки производства деталей, получаемых методом электроэрозионной проволочной
обработки (на примере деталей пресс-форм в
PRO/ENGINEER)………………………………………
5
12
15
20
Транспортное машиностроение
Блейшмидт Л.И., Парфенов Н.С. Оценка остаточного ресурса крана-лесопогрузчика КБ-572, находящегося в эксплуатации в ОАО «Дятьково-ДОЗ»…
29
Энергетическое машиностроение
Фокин Ю.И., Янченко В.С., Журавлев В.В. Особенности устройства топливных элементов и перспективы их широкого использования в народном
хозяйстве……………………………………………….
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1(21)
Гоголев И.Г., Осипов А.В., Бирюков А.В. Структура потока в межступенчатом
зазоре при переменных режимах работы модели отборного отсека паровой турбины…………………………………………………………………………………………..
Сафонов А.Л. Применение современных методов расчета тепловых режимов работы электрических соединителей………………………………………………………….
43
50
Управление, вычислительная техника
и информатика
Симкин Н.В. Архитектура и программное обеспечение графической системы на
базе программируемой логической интегральной схемы Virtex-II PRO……………..
Афонина Е.В., Антипова Р.К. Особенности создания объемных моделей червячной пары в системе Компас-3D…………………………………………………………..
Заикин А.Н., Памфилов Е.А., Изюмова Е.Г. Автоматизация расчета режимов работы комплектов машин…………………………………………………………………..
Шумский П.Ю. Автоматизированная система оценки состояния технологического
оборудования: назначение, принцип работы и преимущества………………………..
Бугаев Ю.В., Суханов П.Т., Колесник А.В. Идентификация пищевых красителей
по результатам планарной хроматографии с использованием информации о цвете
красителя……………………………………………………………………………….......
Рощин К.В. Анализ механических напряжений в выводах радиоэлементов при
вибрационных воздействиях……………………………………………………………..
Симуков И.В. Сопоставление математических моделей расчета эффективной
мощности поршневых ДВС, роторно-поршневого двигателя Ванкеля и нового
двухвершинного роторного двигателя внутреннего сгорания…………………………
58
65
69
75
81
87
95
Экономика и менеджмент
Дубаневич Е.В. Совершенствование системы управления конкурентоспособностью промышленного предприятия……………………………………………………...
Корсакова И.М. Повышение качества продукции путем модернизации технологического оборудования…………………………………………………………………….
100
105
Общественные науки
Холодовская А.В. Некоторые социально-психологические механизмы формирования конформизма………………………………………………………………………….
112
Образование
Киева О.В. Проблемы критериев оценки перевода обучаемых……………………….
Бадолато М.Д., Олсон М.У., Арбогаст С.А. Развитие программы онлайн-обучения
в Мидлсекском общественном колледже………………………………………………..
119
Сведения об авторах……………………………………………………………………..
129
Abstracts…………………………………………………………………………………...
131
2
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1(21)
CONTENTS
Mechanical engineering
Technology, tools and equipment of mechanical engineering factories
Barabanova I. A. The methodological approach to the content and design of standards on
dimensional cutting tool…………………………………………………………………….
Sjanov S.J. Algorithm and the software for definition of optimum conditions of
electrophysical
processing………………………………………………………………………….
Stepanov Y.S., Barsukov G.V., Micheev A.V. Modeling of abrasive grains participating in
part surface formation at cutting with hydroabrasive jet……………………………………
Rybakov A. V., Okunkova A. A. Solving of work preparation problems of parts, produced by wire electrical discharge macining (by the example of mold parts in
pro/engineer system)………………………………………………………………………
5
12
15
20
Transport mechanical engineering
Bleichmidt L.I., Parfyonov N. S. Estimation of the remaining resource of the tower
crane kb-572, residing in oao «dyatikovo-doses»…………………………………………
29
Energetic mechanical engineering
Fokin Y.I., Yanchenko V.S., Zhuravlev V.V. Peculiarities of the device of fuel elements
and prospect of their wide use in a national economy………………………………………
Gogolev I.G., Osipov A.V., Birykov A.V. Stream Structure in the interstage clearance at
alternating regime of selected department of steam turbine work…………………………
Safonov A.L. Using modern methods of calculation of the thermal operating modes of
electric connectors…………………………………………………………………………
34
43
50
Management, computer facilities
аnd computer science
Simkin N.V. Architecture and software graphic systems on the basis of programmed logic the integrated circuit virtex-ii pro………………………………………………………
Afonina E.V., Antipova R.K. Features of creation of volume models of worm pair in the
сompas-3d…………………………………………………………………………………
Zaikin A. N., Pamfilov E. A., Izjumova E. G. Аutomation of calculation of operational
modes of complete sets of machines………………………………………………………
Shumskiy P.J. The automated system of estimation of a condition of the process equipment, its appointment, advantage and work principle………………………………………
Bugaev Y.V., Sukhanov P.T., Kolesnik A.V. Identification of the foodstuffs colours according the results processing by the planar chromotography methods based on colour
classification………………………………………………………………………………
Roschin K.V. The analysis mechanical pressure in radioelements outputs at ibration effects…………………………………………………………………………………………
Simukov I.V. Comparison of mathematical models of calculation of effective power of
pistons DVS, rotor-piston engine Vankelya and new rotor combustion engine with two
tops at a rotor………………………………………………………………………………
3
58
65
69
75
81
87
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1(21)
Economy and management
Dubanevich E.V. Perfection of a control system by competitiveness of the industrial enterprise………………………………………………………………………………………
Korsakova I.M. Increasing quality to product by way to odernizations of the technological equipment……………………………………………………………………………….
100
105
Public sciences
Kholodovskaya A.V. Some of the social and psychological mechanisms of the conformism formation……………………………………………………………………………….
112
Education
Kieva O.V. The problem of evaluating students’ works of translation…………………….
Badolato M., Olson M., Arbogast A. The development of the middlesex community
college online learning program…………………………………………………………….
119
Abstracts ………………………………………………………………………………….
131
4
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
УДК 621.9.048.4
С.Ю. Съянов
АЛГОРИТМ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Представлен алгоритм и описано программное обеспечение для определения условий электрофизической
обработки в зависимости от требуемых параметров качества поверхностного слоя при минимальной себестоимости и максимальной производительности.
Ключевые слова: алгоритм; программа; производительность; себестоимость; электрофизическая обработка;
износ.
Результаты теоретических исследований образования параметров качества поверхностного слоя, износа инструмента и производительности при электрофизической обработке, математическое их описание, экспериментальная проверка позволяют установить
взаимосвязь параметров качества поверхности, износа инструмента и производительности
процесса с условиями электроэрозионной обработки [1; 2]. Это дает возможность научно
обоснованно подойти к управлению параметрами качества поверхностного слоя деталей,
т.е. путем целенаправленного изменения условий их обработки с учетом производительности процесса и экономической целесообразности его проведения.
Разработаны алгоритм (рис.1) и программа для автоматизированного определения
условий электрофизической обработки деталей, обеспечивающих требуемые значения параметров качества поверхностного слоя при минимальной себестоимости и максимальной
производительности.
Исходными данными являются:
1. Марка обрабатываемого материала.
2. Наличие предварительной обработки.
3. Параметр
качества
поверхности,
который
необходимо
обеспечить
преимущественно.
4. Требуемые параметры качества поверхности.
При наличии предварительной обработки необходимо ввести исходные волнистости поверхностей детали и инструмента.
Вводятся исходные данные. После этого введенные требуемые параметры качества
сравниваются с параметрами, находящимися в банке данных возможностей электрофизической обработки. По результатам сравнения либо выдается сообщение о том, что электрофизическими методами нельзя получить введенные параметры качества, либо происходит дальнейшее выполнение алгоритма. В банке инструментальных материалов содержится информация о марках, характеристиках и стоимости материалов. Из банка материалов инструмента выбирается первый материал, и в зависимости от того, какой параметр
качества поверхности необходимо обеспечить преимущественно, рассчитывается энергия
импульса, при которой данный параметр можно получить. Далее рассчитываются остальные параметры качества поверхностного слоя для полученной энергии импульса и взятого
материала инструмента. Из банка данных инструментальных материалов выбирается следующий материал, и процедура расчета повторяется заново. Расчет идет до тех пор, пока
не будут перебраны все инструментальные материалы. Далее рассчитывается производительность обработки с полученными условиями с учетом износа инструмента. Затем рассчитывается себестоимость процесса при полученных условиях электрофизической обработки. На выходе рекомендуются те условия электрофизической обработки, при которых
обеспечиваются требуемые параметры качества поверхностного слоя, производительность
имеет максимальное значение, а себестоимость - минимальное.
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Для работы технолога по
обеспечению качества поверхностей
деталей было разработано проБанк данны х возможностей электрофизической
граммное обеспечение, позволяюобработки по обеспечению параметров качества
щее определить условия электрофизической обработки в зависимости
от требуемых параметров качества
Банк данны х инструментальны х материалов
поверхностного слоя при минимальной себестоимости и максимальной
Расчет энергии импульса
производительности. Данное программное обеспечение разработано в
Расчет показателей качества поверхностного
среде Delphi 5 и использует базу
слоя
данных Interbase 6.0. Вид диалогового окна программы представлен на
Да
Материал инструментов
рис. 2.
в банке данны х есть?
Программа работает следующим
образом:
вводятся исходные
Нет
данные, затем при нажатии кнопки
Расчет производительности обработки
с учетом износа инструмента
«Далее» программа выполняет либо
запрос дополнительных данных (при
Расчет себестоимости обработки
наличии предварительной обработки) (рис. 3), либо расчет по указанВыбор условий обработки деталей, позволяющих
ному алгоритму и вывод условий
получить требуемые значения параметров качества
обработки и ожидаемых параметров
поверхности с максимальной производительностью и
качества
поверхностного
слоя
минимальной себестоимостью; вывод ожидаемых
параметров качества поверхности
(рис. 4). Если параметр качества, который необходимо обеспечить преРис. 1. Алгоритм определения условий электрофизичеимущественно,
выходит за рамки
ской обработки в зависимости от требуемых параметвозможностей
электрофизической
ров качества поверхностного слоя
обработки, то программа выдает сообщение о невозможности обеспечения данного параметра (рис. 5).
Ввод исходны х данны х
Рис. 2. Диалоговое окно программы для расчета
условий электроэрозионной обработки
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Рис. 3. Вид диалогового окна при запросе дополнительных условий
Рис. 4. Вид диалогового окна при выводе условий электрофизической
обработки и ожидаемых параметров качества поверхностного слоя
Рис. 5. Вид диалогового окна при выдаче сообщения
о невозможности обеспечения требуемого параметра
Таким образом, разработанные алгоритм и программное обеспечение позволят определять оптимальные условия электрофизической обработки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Федонин, О.Н. Методика определения технологических остаточных напряжений при механической и
электрофизической обработке /О.Н. Федонин, С.Ю. Съянов //Обработка металлов.–2002. - № 4.–С. 32–33.
2. Съянов, С.Ю. Связь параметров электрофизической обработки с показателями качества поверхности, износа инструмента и производительностью процесса / С.Ю. Съянов // Вестн. БГТУ. – 2008. - №1.–
С. 14–19.
Материал поступил в редколлегию 8.10.08.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
УДК 621.961
Ю.С. Степанов, Г.В. Барсуков, А.В. Михеев
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЧИСЛА АБРАЗИВНЫХ ЗЕРЕН, УЧАСТВУЮЩИХ В ПРОЦЕССЕ
ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ ПРИ РЕЗАНИИ СВЕРХЗВУКОВОЙ
ГИДРОАБРАЗИВНОЙ СТРУЕЙ
Разработана математическая модель числа абразивных зерен, участвующих в процессе формирования поверхности детали при резании сверхзвуковой гидроабразивной струей, что позволяет в зависимости от давления истечения струи, скорости подачи сопла, размеров абразивного зерна и физико-механических свойств
материала определить необходимую концентрацию абразива.
Ключевые слова: гидроабразивная струя; резание; абразив; моделирование; разрушение.
Влияние технологических факторов гидроабразивного резания на финишное состояние поверхности детали можно объяснить изменением числа абразивных зерен, участвующих в процессе резания. Количество единичных актов контактного взаимодействия
абразива с поверхностью детали обусловлено расходом абразива в единицу времени через
сопло, скоростью истечения струи, диаметром сопла и скоростью его подачи относительно обрабатываемого материала. Так, чем больше давление истечения струи и меньше подача сопла, тем большее число зерен участвует в работе, что в конечном счете приводит к
уменьшению шероховатости.
Трехкомпонентную гидроабразивную струю (воздух, жидкость, абразив) будем
рассматривать упрощенно - в виде однокомпонентного потока невзаимодействующих
абразивных частиц.
Количество актов контактного взаимодействия абразивного зерна с материалом является последовательностью независимых испытаний. Примем, что наступлением элементарного события А является контакт абразивного зерна с материалом. Очевидно, что в последовательных испытаниях интересующее нас событие А может как наступить, так и не
наступить.
Отнесем наступление события А к единице, а ненаступление - к нулю. Тогда элементарным событием для n абразивных зерен будет последовательность из n нулей и единиц.
Множество всех элементарных событий при этом состоит из 2n элементов.
Введем вероятностную меру на множестве элементарных событий. Вероятность наступления события А при падении k-го абразивного зерна равна p, а ненаступления q = 1 − p . Согласно схеме Бернулли, при падении абразивных зерен с разными номерами
наступление и ненаступление события А независимы.
Согласно теореме умножения вероятностей, вероятность того, что событие А наступит при прохождении m определенных абразивных зерен (например, при прохождении
зерен с номерами s1 , s 2, ..., s m ), а при остальных n − m не наступит (рис. 1), равна
(1)
P = p m q n −m .
Эта вероятность не зависит от очередности взаимодействия абразивных частиц с номерами s1 , s 2, ..., s m .
Определим вероятность того, что из общего числа абразивных зерен в струе n в
формировании состояния поверхностного слоя детали участвует m зерен ( 0 ≤ m ≤ n ).
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
v
По теореме сложения искомая
вероятность равна сумме вычисленных
по зависимости (1) вероятностей для
всех возможных m контактов абразива с
r
поверхностью материала и n − m непоявлений этого события среди общего
количества абразива в струе n.
•
h1
Число таких контактов можно опH
ределить из теории сочетаний:
h2 h
n!
.
(2)
С mn =
−
m
!
(
n
m
)!
2d
С учетом зависимости (1) искомая
вероятность равна
n!
Рис. 1. Схема для определения числа абразивных
Р n ( m) =
p m q n −m . (3)
зерен, участвующих в процессе формирования
m! (n − m)!
поверхности детали
Вероятность участия в формировании состояния поверхности k-го абразивного зерна р определим как геометрическую вероятность попадания абразива на выделенную на поверхности реза площадку ( h1 − h 2 ).
Для определения искомой вероятности предположим следующее.
Распределение вероятностей расположения абразивного зерна на уровне h, где h –
непрерывная случайная величина ( 0 ≤ h ≤ H , Н – толщина обрабатываемого материала),
подчиняется экспоненциальному закону
f ( x ) = λ e − λh ,
где λ - постоянная положительная величина.
Выделим на боковой поверхности реза на уровне h квадратную поверхность со сторонами 2d, заключенную между двумя сечениями на уровнях h 1 и h 2 (рис. 1).
h1 = h − d ,
h2 = h + d ,
где d – диаметр зерна.
Вероятность попадания абразивного зерна на периферию струи между сечениями h 1
и h2:
S
P2 d = P(h 1 < h < h 2 ) = e −λh1 − e −λh 2 = 2e −λh
e λd − e − λd
≅ 2 λd − λ2 hd .
2
(
)
Отсюда получим уравнение для определения параметра λ:
λ2 − λ / h + P2 d / 2hd = 0 .
Из этого уравнения получим
2hP2 d 
1 
,
(4)
λ=
1
+
1
−
2h 
d 
откуда будем иметь условие ограничения для величины вероятности P 2d :
d
.
P2 d <
2h
Для вычисления параметра λ по формуле (4) следует определить вероятность P 2d ,
исходя из того, что абразивные зерна, расположенные в периферии гидроабразивной
струи, имеют неправильную форму. Вследствие этого в качестве d следует иметь в виду
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
его среднее значение d для группы периферийных абразивных зерен в течение промежутка времени ∆t (при ∆t → 0).
Тогда на уровне h = H / 2 выражение (4) будет иметь вид
HР 2 d 
1
,
(5)
λ = 1 + 1 −
Н 
d 
где P 2 d - вероятность попадания абразивного зерна, усредненного по форме, на периферию струи между сечениями h 1 и h 2 .
Выражение (5) учитывает размеры абразивной частицы, а именно вероятность ее попадания на поверхность шириной 2d, хотя в большинстве вероятных моделей абразивная
частица трактуется как материальная точка.
Рассмотрим пример.
Геометрическая вероятность попадания абразивного зерна на выделенную площадку
контакта струи с материалом
2(Н − h1 − h 2 ) d с − r 2
(6)
,
πd с Н
где d с – диаметр струи в воздухе; r – расстояние от центра струи до поверхности реза.
В нашем примере при Н = 100 мм, h 1 = 49 мм, h 2 = 51 мм, d с = 1 мм, r = 0,5 мм в соответствии с формулой (6) геометрическая вероятность попадания абразивного зерна на
выделенную площадку контакта струи с материалом равна 0,009097.
Тогда в соответствии с формулой (3) вероятность того, что из общего числа абразивных частиц n = 8000 шт. в процессе формирования состояния поверхности на выделенной
площадке участвует не более m = 100 зерен, равна
2
p=
P{µ ≤ 100} =
100
m
⋅ 0,9918000 − m ⋅ 0,009 m .
∑ C 8000
m=0
(7)
Зависимостью (2) удобно пользоваться при небольшой концентрации абразива в
струе или малом времени взаимодействия струи с материалом. При больших значениях n
и малых m вычисление числа абразивных зерен, формирующих параметры состояния поверхностного слоя при гидроабразивном резании, по формуле (7) превращается в технически сложную задачу.
Поэтому применим локальную предельную теорему Муавра-Лапласа. Если при общем количестве абразива n вероятность попадания абразивной частицы на поверхность
контакта периферии струи с материалом постоянна и равна р, то вероятность Р n (m) того,
что в формировании поверхностного слоя детали при гидроабразивном резании участвует
m абразивных зерен, удовлетворяет следующему соотношению:
1
1 − 2 x2
(8)
npq Pn (m) :
e

→ 1 .
2π
Для всех m, для которых
m − np
,
(9)
x=
npq
находится в каком-либо конечном интервале.
Тогда для нашего примера необходимо вначале вычислить значение по формуле (9),
1
1 − 2 x2
затем определить табличное значение ϕ( х ) =
и вероятность участия абразивного
е
2π
зерна в формировании состояния поверхности при гидроабразивном резании.
Установлено, что количество абразивных частиц, воздействующих на микрообъемы
материала, уменьшается в радиальном к подаче направлении и определяется не столько
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
концентрацией абразива в струе, сколько скоростью подачи струи, что не учитывается известными зависимостями [1].
Объем стружки, снимаемой единичным абразивным зерном (рис. 2), определим по
следующей формуле:
2
2
0
2 d(η − H 0 ) − (η − H 0 )
2 d(η − H 0 ) − (η − H 0 )
d 2  π
−
×
U=
arcsin
4 ∫L  180
d
d

2
 2 d(η − H ) − (η − H )2  
0
0
 dx ,
× 1− 
 

d
 

где η - проекция осевой составляющей скорости, η = V sin α ; L - длина царапины от выступов микрорельефа зерна; H 0 = η − ∆ , ∆ = f (V , d , α, β, µ ) - глубина врезания зерна в поверхность [2].
V
z
α
ξ
β
L
•
y
O2
H0
x
ψ
η
•
O1
∆
z
1 ∆
3 tgβ
zmax
•
d∆ − ∆
2
O3
ξ
Рис. 2. Схема взаимодействия абразивной частицы с
поверхностью обрабатываемого материала
18
Объем разрушенного материала в
единицу времени можно выразить как
V = btSН ,
где S – скорость подачи сопла; b - ширина реза; t – время воздействия на участок
материала.
Отсюда число абразивных зерен,
обеспечивающих резание материала,
равно
V
m= .
U
За время резания t в направлении
подачи сопла S число абразивных частиц,
воздействующих на материал в периферийной области реза, будет меньше, чем
действующих за то же время в центре зоны реза, т.е. количество воздействий
уменьшается в радиальном к подаче направлении.
Рассмотрим пример расчета числа
абразивных зерен, формирующих параметры состояния поверхностного слоя
детали при гидроабразивном резании на
выделенной площадке, расположенной на
глубине h.
Если толщина обрабатываемого материала H = 100 мм, то при ρ = 1000
кг/м3, d = 0,1 мм, v = 600 м/c, с = 1500
м/с, σ сж = 400 МПа, S = 1м/мин, t = 0,2
мин число абразивных зерен на глубине
h, воздействующих на выделенную пло-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
щадку поверхности детали, вычислим по формуле (8). Вероятность Р n (m) попадания абразивных частиц на поверхность контакта периферии струи с материалом представлена на
рис. 3.
Рn(m)
Pn(m)
0,6
0,6
0,5
0,5
0,4
0,4
0,3
0,3
0,2
0,2
0,1
0,1
0
100
95
90
85
80
а)
75
70
65
60
55
50
0
2000
2500
m, шт
3000
3500
б)
4000
4500
5000
5500
m, шт
Рис. 3. Вероятность попадания абразивных зерен на поверхность реза: а - число зерен на выделенной площадке; б – общее число периферийных зерен (m пл = 75 шт., размер площадки - 2×2 мм)
Анализ полученных зависимостей показал, что число абразивных зерен, проходящих
через центр реза, примерно в 10 раз больше, чем через периферию. Установлено, что для
обеспечения стабильности ширины реза, точности формы и расположения поверхности
реза при повышении скорости реза, например с 0,5 до 1 м/мин, необходимо увеличить
число абразивных зерен в струе или скорость ее истечения в 2 раза. При критических технологических режимах это условие выполнить невозможно, поэтому наблюдается уменьшение ширины реза.
Полученные зависимости для определения числа абразивных зерен, участвующих в
процессе формирования поверхности детали при резании сверхзвуковой гидроабразивной
струей, позволяют решить технологические задачи по поиску наиболее выгодных режимов резания на уровне проектирования операции, что особенно важно при освоении новых материалов и деталей.
Используя полученные данные, технолог может оценить влияние нескольких параметров процесса (обрабатываемый материал, давление истечения струи, диаметр отверстия сопла, подача сопла относительно материала, толщина материала, свойства абразива
и др.) на производительность обработки. Полученные данные можно использовать не
только для случая резания по прямой линии, но и для обработки криволинейного контура
детали, где режимы резания постоянно корректируются, что практически невозможно
обеспечить, пользуясь только таблицами для выбора режимов резания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Барсуков, Г.В. Управление качеством и дискретное регулирование технологической системы гидрорезания / Г.В. Барсуков // Справочник. Инженерный журнал. - 2004. - № 7. - С. 53 - 57.
2. Барсуков, Г.В. Определение производительности гидроабразивного резания с учетом характеристик абразивного зерна / Г.В. Барсуков, А.В. Михеев // Справочник. Инженерный журнал. - 2008. - № 1. С. 9 – 14.
Материал поступил в редколлегию 8.10.08.
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
УДК 621.01
А.В. Рыбаков, А.А. Окунькова
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА
ДЕТАЛЕЙ, ПОЛУЧАЕМЫХ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ
ПРОВОЛОЧНОЙ ОБРАБОТКИ (НА ПРИМЕРЕ ДЕТАЛЕЙ
ПРЕСС-ФОРМ В PRO/ENGINEER)
Рассмотрены существующие методы получения формообразующих поверхностей деталей пресс-форм, особенности и различия механических и электроэрозионных проволочных (ЭЭП) методов обработки, способы
представления зоны обработки детали в САМ-системе и пример применения методов поверхностного моделирования в качестве универсального подхода при формировании траектории движения режущей проволоки
при 4-осевой ЭЭП обработке.
Ключевые слова: ТПП; электроэрозионная проволочная обработка; оборудование с ЧПУ; детали прессформ.
Электроэрозионная проволочная (ЭЭП) обработка незаменима в инструментальном
производстве при изготовлении: матриц и пуансонов штампов для операций вырубкипробивки; формообразующих поверхностей пресс-форм для литья пластмасс; шаблонов,
фасонных резцов и т.п. [1; 2].
Область применения ЭЭП обработки обусловлена двумя ее главными преимуществами:
1. Электроэрозионная обработка является очень эффективной технологией при обработке твердых и высокопрочных сплавов [2; 3].
2. На электроэрозионном станке с ЧПУ по одной и той же программе без коррекции
можно изготовить идентичные изделия (вследствие того, что инструмент – непрерывно
перематывающаяся проволока - имеет постоянное сечение).
На мировом рынке металлообработки представленные предложения от производителей электроэрозионного (ЭЭ) оборудования значительно расширяют возможности ее применения. На международных выставках количество стендов с ЭЭ станками с ЧПУ и комплектующими свидетельствует об активном развитии этой области. Так, на международной выставке металлообработки «EMO-2007», которая проходила с 17 по 22 сентября
2007 г. в Ганновере (Германия), было представлено 29 стендов в одном павильоне площадью в 4 футбольных поля [4].
Только на рынке металлообрабатывающего оборудования Тайваня сейчас представлено более 50 фирм-производителей ЭЭ оборудования, а в Китае их более 450 [5]. И это
не считая предложений Японии (где сосредоточен на текущий момент мировой центр ведущих производителей оборудования с ЧПУ), Европы и Индии (их ЭЭ оборудование не
только отвечает всем современным стандартам, но и обладает доступными ценами).
На данный момент производители ЭЭ оборудования расширяют возможности по обработке деталей применением дополнительных поворотных столов и поворотных головок
[6].
На сегодняшний день геометрия резания на ЭЭ оборудовании позволяет получить
конфигурацию деталей такой сложности, которая не может быть обеспечена никаким другим видом обработки (рис.1).
Также бурный рост область ЭЭ обработки получила вследствие развития применения новых диэлектриков [7], которые увеличивают производительность обработки и обладают хорошими экологическими показателями.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Предложения на рынке CAM-систем делают возможной реализацию практически
любой геометрии деталей, изготовляемых методами ЭЭ обработки. На международной
выставке металлообработки «EMO-2007» два павильона было отведено под стенды с
предложениями по САМ-системам (48 стендов). Представленные мировые производители
универсальных CAD/САМ-систем предлагают использовать специализированные пакеты
для программирования 2- и 4-осевой ЭЭП обработки.
Кроме этого, многие производители ЭЭ оборудования снабжают системы ЧПУ своих станков встроенными простейшими САМ-системами, построенными по принципу преобразования отрисованной геометрии зоны обработки детали в управляющую программу
(УП).
Это делает возможным и
доступным применение недорогого ЭЭ оборудования для небольших предприятий, где нет
возможности купить специализированный пакет САМ-систем
для программирования ЭЭ обработки деталей.
Поэтому на текущий момент актуальна задача совершенствования
использования
средств технологической подготовки производства (ТПП) деталей, изготовляемых методом
ЭЭ обработки. Это могут быть
детали пресс-форм, инструмент
2-го порядка (фасонные резцы,
электроды), штампы для листовой штамповки (для операций вырубки-пробивки, вытяжки), а также элементы формы деталей, недоступные для фрезерной обработки, и детали,
изготовленные из трудно обрабатываемых резанием материалов (твердых сплавов).
В современном мире все больше нас окружают изделия, изготовленные из пластмасс
методом литья под давлением. Это связано с развитием технологий литья и процессов
создания формообразующих поверхностей деталей пресс-форм (ПФ).
Детали ПФ можно условно разделить на 2 группы (рис.2):
1. С наличием формообразующих поверхностей (матрицы, пуансоны, инструмент 2го порядка, формирующий указанные поверхности).
2. Без формообразующих поверхностей (плиты, втулки, толкатели и т.п.).
Изготовление формообразующих поверхностей деталей ПФ составляет до 80% трудоемкости ее создания и часто требует использования методов ЭЭ обработки, в частности
ЭЭП обработки.
Первая группа деталей ПФ (формообразующие детали – ФОД) характеризуется наличием уникальной по своей форме зоны обработки, сформированной требованиями,
предъявляемыми к конечному пластмассовому изделию и его технологичности при литье.
Если к тому же зона обработки характеризуется тем, что ее образующая – прямая линия,
то получить такую поверхность можно только двумя способами: фрезерной или ЭЭП обработкой (часто 4-осевой из-за наличия технологических уклонов на поверхности изделия).
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Рис. 2. Методы программирования системы ЧПУ в зависимости от характера зоны обработки
и назначения детали ПФ
В данном случае программирование движений инструмента в зоне обработки детали
затруднительно реализовать без использования средств автоматизированной ТПП деталей, в частности без использования CAM-систем тяжелого уровня, таких, как
Pro/ENGINEER, UG, DELCAM и т.п.
Вторая группа деталей ПФ (плиты и т.п.) характеризуется наличием простых по геометрии зон обработки. Часто это сквозные цилиндрические отверстия, отверстия прямоугольного сечения (отверстия под толкатели особой формы). Цилиндрические отверстия
можно получить механическими способами обработки. Однако если отверстие относительно небольшого размера (меньше диаметра фрез в наличии), если отношение его диаметра к длине больше 10 или оно не цилиндрической формы, единственный способ его
получения – 2-осевая ЭЭП обработка.
При программировании в системе ЧПУ движений инструмента в зонах обработки
такого типа наибольшее распространение получило использование ручного ввода (ввод
кодов УП непосредственно со стойки станка) и простейших САМ-систем (встроенных в
систему ЧПУ или установленных как отдельное приложение на ЭВМ). Простейшие САМсистемы построены по принципу преобразования эскиза геометрии зоны обработки в
текст УП (например, UNICAM). Также возможно программирование системы ЧПУ посредством параметризованных макроподставок.
Применение методов ЭЭП обработки при получении поверхностей деталей ПФ имеет ряд преимуществ перед механическими способами на основе физических и геометрических особенностей.
Перечислим особенности применения ЭЭП обработки:
1. Возможно получение поверхности без видимого следа от инструмента.
2. Основное требование к обрабатываемому материалу – электропроводимость.
3. Режущий инструмент – бесконечно перематывающаяся проволока.
4. Создается особая фактура поверхности, которая предпочтительна на ФОД ПФ
при литье пластмасс [8].
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
5. Поверхность детали после применения обработки насыщена углеродом и обладает повышенной прочностью, что препятствует быстрому износу ПФ.
6. Скорость обработки довольно низкая (порядка 1…3 мм/мин на черновых режимах обработки), но возможно обеспечение круглосуточной работы оборудования.
Результаты сравнения применения фрезерной и ЭЭП обработки при получении ФОД
ПФ приведены в таблице.
Таблица
Сравнение применения методов фрезерной и ЭЭП обработки при получении
формообразующих поверхностей деталей ПФ
Особенности методов обработки
1. Режущая поверхность инструмента
2. Особые требования по жесткости
обрабатываемого
материала
3. Изнашиваемость
инструмента
4. Качество поверхности после обработки
5. Дополнительная доработка
поверхности
6. Скорость обработки
Примечание:
Фрезерная обработка
Точка
ЭЭП обработка
Прямая
Есть
Нет
Есть
Нет
Наличие заусенцев и задиров
Требуется
Равномерные бугорки особой
фактуры
Не требуется
Высокая
Низкая
- имеет преимущество при сравнении;
- имеет недостаток при сравнении.
При анализе геометрии поверхностей, получаемых методом ЭЭП обработки, можно
выделить следующие типы зон обработки (рис.3):
1. Вертикальная стенка – верхний и нижний контуры зоны обработки идентичны,
угол наклона образующей - 0º, такой тип зоны обработки можно отнести к 2-осевой ЭЭП
обработке.
2. Наклонная стенка с постоянным углом наклона – верхний и нижний контуры зоны обработки идентичны по геометрии (по форме), но разные по габаритам (по масштабу), угол наклона образующей – постоянный, такой тип зоны обработки можно отнести к
3-осевой ЭЭП обработке.
3. Наклонная стенка с переменным углом наклона – верхний и нижний контуры зоны обработки разные по геометрии и габаритам, угол наклона образующей – переменный,
такой тип зоны обработки можно отнести к 4-осевой ЭЭП обработке.
Однако это деление условно, так как 3-осевой ЭЭП обработки отдельно от 4-осевой
не существует. И тот и другой типы зон обработки реализуются при помощи 4-осевого
ЭЭП оборудования.
Рассмотрим подробнее особенности геометрической реализации указанных типов
ЭЭП обработки на оборудовании с ЧПУ.
При 2-осевой обработке на 2-осевом ЭЭП оборудовании режущая проволока располагается перпендикулярно плоскости рабочего стола (X-Y), а ось Z параллельна ей. Инструмент перемещается по координатам X,Y; ось Z в обработке не участвует, ее значение
постоянно и соответствует толщине заготовки.
При 3- и 4-осевой обработке режущая проволока находится под наклоном относительно оси Z и не перпендикулярна плоскости рабочего стола. Для контроля расположения инструмента вводят 2 условные плоскости: основную (X-Y) и вспомогательную (UV). Они располагаются относительно рабочего стола ЭЭП станка (Z=0) на определенном
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
расстоянии. Расстояние между основной и вспомогательной плоскостями соответствует
толщине обрабатываемой детали.
Рис. 3. Геометрическая классификация поверхностей деталей, получаемых методом ЭЭП обработки,
и особенности реализации их геометрии на ЭЭП оборудовании с ЧПУ
При ТПП ФОД ПФ, получаемых методом ЭЭП обработки, наиболее полно решена
геометрическая задача подготовки УП по 3D-модели. При анализе существующих пакетов
САМ-систем с возможностью программирования ЭЭП обработки выяснилось, что способы представления зоны обработки схожи и этапы ее проектирования сводятся к идентичным действиям (рис.4).
При проектировании 2-осевой ЭЭП обработки существует 2 возможности представления зоны обработки: по эскизу; кромке.
Сущность этих способов сводится к следующему. При проектировании по эскизу на
этапе создания траектории движения инструмента (режущей проволоки) в САМ-системе
пользователем строится плоскость, соответствующая плоскости рабочего стола станка или
параллельная ей. В этой плоскости можно отрисовать в автоматическом режиме любую
траекторию движения инструмента (даже сплайновую). При проектировании ЭЭП обработки по кромке на 3D-модели пользователем указывается кромка (или элемент кромки),
по которой должен пройти инструмент.
При реализации последнего способа могут возникнуть трудности, если кромка 3Dмодели не лежит в плоскости, параллельной плоскости рабочего стола станка. Универсальным выходом из подобной ситуации может быть использование первого способа
представления зоны обработки.
При проектировании 4-осевой ЭЭП обработки существуют следующие возможности представления зоны обработки: по 2 эскизам и расстоянию между ними; поверхности
3D-модели.
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Рис. 4. Способы представления зоны обработки детали в САМ-системе (в CAD/CAM-системе
Pro/ENGINEER)
Сущность этих способов сводится к следующему. При проектировании по двум эскизам и расстоянию между ними на этапе создания траектории движения инструмента
(режущей проволоки) в САМ-системе пользователем строятся две плоскости, параллельные плоскости рабочего стола станка, соответствующие условным основной и вспомогательной плоскостям. Вводится расстояние между ними, соответствующее толщине детали.
Из построенных двух плоскостей выбирается основная. Последовательно строятся два
эскиза в каждой из них. Основное условие реализации способа – наличие одинакового количества сегментов контура в каждой из плоскостей. Если согласовать два контура не получается в автоматическом режиме, это можно выполнить вручную, указав соответствующие друг другу сегменты контуров в каждом из эскизов. Другим условием применения указанного способа является наличие лежащих в параллельных плоскостях кромок
3D-модели. Если это условие не выполняется, то возможно применение 2-го способа – по
поверхности 3D-модели.
При проектировании ЭЭП обработки по поверхности в САМ-системе пользователем
указывается поверхность (или «лоскут» поверхности), по которой должна пройти проволока. При реализации этого способа представления зоны обработки обязательным условием является то, что выбираемая поверхность должна состоять из вертикальных «лоскутов», по которым пройдет режущая проволока. Система воспринимает и выполняет «лоскуты» последовательно, стараясь сориентировать инструмент по ним. При горизонтальных «лоскутах» система начнет выполнять их последовательно, в результате инструмент
может несколько раз пройти по одному и тому же месту, вследствие чего на практике получим «зарез» детали. При наклонных «лоскутах» система будет стараться сориентировать проволоку в соответствии с наклоном «лоскута»; дойдя до его конца, инструмент
вернется назад для выполнения следующего «лоскута», результатом будет «зарез» и брак.
Кроме того, поверхность зоны обработки детали должна быть однородной – не содержать переломов, разрывов, щелей и т.п.
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Из перечисленных условий видно, что последний способ не может рассматриваться
как универсальный подход при проектировании в САМ-системе 4-осевой ЭЭП обработки.
Что же делать, если зона обработки детали не отвечает ни одному из условий?
Рассмотрим конкретный пример проектирования 4-осевой ЭЭП обработки в САМсистеме – получение формообразующей поверхности детали «Матрица» ПФ в
Pro/ENGINEER (рис.5). Из анализа 3D-модели детали видно, что в каждом из 4 углов
формообразующей поверхности детали «Матрица» есть области, не отвечающие условиям
применения существующих способов представления в САМ-системе:
1. Верхний и нижний контуры зоны обработки детали не лежат в параллельных
плоскостях, следовательно, применение 1-го способа затруднительно.
2. В верхней части зоны обработки в каждом из углов есть «лоскуты» поверхности
зоны обработки, не связанные с основной поверхностью, – «осколки».
3. На нижней кромке зоны обработки в каждом из углов есть горизонтальные «лоскуты» поверхности зоны обработки.
Поскольку условия применения способов представления поверхности для 4-осевой
ЭЭП обработки детали нарушены, возникает вопрос о том, можно ли обойти эти условия.
Иными словами, если зона обработки детали не отвечает указанным условиям, можно ли
ее изменить таким образом, чтобы она им соответствовала?
При твердотельном моделировании изменить зону обработки детали, не нарушив
геометрии самой детали, невозможно. Однако в современных CAD-системах существует
возможность как твердотельного, так и поверхностного моделирования.
Зону обработки детали можно представить средствами поверхностного моделирования независимо (как отдельную поверхностную 3D-модель), а твердотельную модель
скрыть, так как дальнейшее проектирование в ней осуществляться не будет.
Рис. 5. Пример использования методов поверхностного моделирования при представлении зоны обработки
детали в САМ-системе (в CAD/CAM-системе Pro/ENGINEER)
Далее, проанализировав расположение областей, не отвечающих известным условиям, воспользуемся методами поверхностного моделирования для корректировки зоны обработки. Достроим условные основную и вспомогательную плоскости, которые бы обрам26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
ляли зону обработки сверху и снизу. Затем расположим дополнительные плоскости, параллельные им, выше и ниже проблемных областей зоны обработки. С помощью инструмента «Обрезка» отсечем проблемные области от построенных дополнительных плоскостей. Получившаяся новая зона обработки виртуальна и не соответствует полностью геометрии, необходимой для получения поверхности детали ПФ. Новые кромки зоны обработки с помощью инструмента «Протяжка» продолжим по поверхности зоны обработки в
обе стороны до пересечения с основной и вспомогательной плоскостями. Получившаяся
зона ЭЭП обработки не только отвечает необходимым условиям применения любого из
предложенных в САМ-системах способов представления, но и полностью соответствует
геометрии твердотельной 3D-модели детали.
На основе изложенного способа была спроектирована обработка для ФОД «Матрица» и «Пуансон» ПФ на изделие «Ящик молочный» (рис.6). Особенность этой задачи заключалась в получении двух согласованных деталей из одной заготовки. Применение механических способов получения этих деталей из двух заготовок предполагает, что как минимум половина материала заготовок перейдет в стружку. Применение метода ЭЭП обработки исключило бы подобные растраты (320 кг металла, или ≈100 000 руб.). Однако
раньше ЭЭП обработка не могла быть реализована из-за трудностей представления 4осевой зоны обработки (рис.5). Кроме этого, ни одна CAM-система не ориентирована на
проектирование зоны обработки сразу по двум твердотельным 3D-моделям деталей. С
помощью средств поверхностного моделирования была не только спроектирована общая
для двух согласованных деталей зона обработки, по которой они были разъединены, но и
исключены возможные проблемные зоны 3D-моделей деталей.
Применение предложенного способа представления зоны обработки при проектировании 4-осевой ЭЭП обработки (средствами поверхностного моделирования) позволяет
получить следующие преимущества:
1. Обеспечить универсальность подхода, так как подобным образом можно представить зону обработки практически любой сложности.
2. Исключить ошибку ориентирования инструмента (режущей проволоки) на этапе
проектирования зоны обработки.
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
3. Расширить возможности представления зоны обработки в САМ-системе (необязательно создавать твердотельную 3D-модель детали, если таковой нет).
4. Обеспечить наглядность представления зоны обработки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Справочник по электротехническим 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.
2. Косевич, Ю.А. Нетрадиционные методы обработки материалов : учеб. пособие для вузов / под ред. А.Д.
Гладуна. – М. : СТАНКИН, 1997. - 163с.
3. Основы электротехнологии и ее новые разновидности / Л.Я. Попилов // Библиотечка электротехнолога. Л.: Машиностроение, 1971. – Вып.1. – 216 с.
4. http://www.emo-hannover.de/exhibitorsproducts
5. Electrical Discharge Machine, High-end EDM Suppliers Focus on Innovation // Machine Tools. – 2007, Jul.
6. http://www.jauchschmider.com/Seiten_RT10085D--105.aspx
7. http://www.oel-held.de/main.html
8. Rees, H. Mold engineering / Herbert Rees. – Munich ; Vienna ; New York : Hanser; Cincinnati : Hanser / Gardner, 1995.
Материал поступил в редколлегию 25.12.08.
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
ТРАНСПОРТНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 621.873
Л.И. Блейшмидт, Н.С. Парфенов
ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА КРАНА-ЛЕСОПОГРУЗЧИКА КБ-572,
НАХОДЯЩЕГОСЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ В ОАО «ДЯТЬКОВО-ДОЗ»
Представлены результаты исследований по оценке остаточного ресурса ферменных металлоконструкций
крана-лесопогрузчика КБ-572 с использованием целевого программного комплекса.
Ключевые слова: остаточный ресурс; ферменные металлоконструкции; грузоподъемные краны.
Кран-лесопогрузчик КБ-572Б [1], изготовленный Никопольским краностроительным
заводом в 1993 г., установлен на складе древесного сырья ОАО «Дятьково-ДОЗ» и предназначен для выполнения разгрузочно-перегрузочных работ.
Паспортная грузоподъемность крана - 10 т при максимальном вылете стрелы 30 м,
паспортный режим работы [2] - 4К-5К (А4-А5). Данный кран предназначен для работы с
температурой окружающей среды -40...+40о С, что соответствует температуре среды его
эксплуатации.
Грузоподъемная машина отработала нормативный срок службы [3] и в 2006 г. прошла экспертную проверку ООО «Промбезопасность». Замечания, сделанные в
заключении экспертизы промышленной безопасности, были устранены.
Кран-лесопогрузчик подвергался ремонту металлоконструкции в 1997, 2000, 2001,
2006 гг. [1]. В июне 2007 г. ООО «Промбезопасность» и ООО «Мехтехмонтаж» был выполнен капитально-восстановительный ремонт крана [4].
Одной из мер, повышающих безопасность эксплуатации грузоподъемных сооружений, отработавших нормативный срок службы, является требование рассчитывать
остаточный ресурс металлоконструкций сооружений при проведении экспертизы промышленной безопасности [15].
Оценка остаточного ресурса данного крана проведена в соответствии с руководящей
документацией [5 - 7], которая в числе прочих ставит как основную задачу выявление
наиболее вероятных зон возникновения отказов и повреждений, приводящих к ресурсному отказу.
Применительно к металлоконструкциям лесопогрузчика К-572Б выявление этих
мест, определение параметров напряженно-деформированного состояния (НДС) в них и
оценка остаточного ресурса проведены с использованием методики [8], которая учитывает
группу режима работы крана, историю нагружения, текущее состояние металлоконструкций ферм, величину коррозионного износа.
К наиболее опасным сечениям элементов конструкции крана (рис. 1) относятся:
- место крепления расчала к стреле крана (сечение I-I), середина вылета стрелы (сечение II-II);
- место крепления стрелы к опорно-поворотному устройству (в дальнейшем ОПУ),
сечение III-III;
- шарнир крепления консоли противовеса к ОПУ (сечение IV-IV);
- место крепления башни к ОПУ (сечение V-V);
- место крепления башни к порталу (сечение VI-VI);
- шарнирный узел крепления расчала стрелы и противовеса к оголовку (сечение VIIVII).
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Эти сечения следует считать
опасными, так как из-за конструктивных
особенностей
и
условий
эксплуатации в них наиболее часто
встречаются дефекты в виде усталостных трещин и очагов коррозии.
Оценка остаточного ресурса лесопогрузчика КБ-572 была проведена в
следующей последовательности [8]:
1. Подготовка исходной информации, которая включает сведения об
истории загрузки крана и состоянии
металлоконструкций крана. При этом
использованы данные справки о характере работы крана и результаты
хронометрирования работы крана в течение нескольких смен.
Рис. 1. Наиболее опасные сечения элементов конструк2. В результате наблюдения опреции крана
делены
типовые
технологические
операции крана: подъем груза, перемещение крана с грузом и без груза, поворот стрелы
крана с грузом и без груза.
3. Рассчитаны относительные частоты выполнения типовых технологических операций крана с грузами разной массы при различных положениях на стреле.
4. Рассчитаны эквивалентные значения характерных нагрузок, действующих при
различных типовых технологических операциях.
5. Рассчитаны напряжения, действующие в ферменных металлоконструкциях крана
при различных комбинациях нагрузок.
6. С использованием линейного закона суммирования усталостных повреждений [9]
определены приведенные эквивалентные напряжения.
7. Определен запас по усталости в наиболее нагруженных сечениях и рассчитан остаточный ресурс работоспособности в этих сечениях.
Остаточный ресурс ферменных металлоконструкций крана-лесопогрузчика рассчитывался с использованием программного комплекса «Kran-572».
В данном комплексе реализован общий алгоритм нахождения остаточного ресурса с
учетом следующих особенностей:
1. В качестве метода определения НДС металлоконструкций ферм использовался
метод конечных элементов. Этот аппроксимирующий метод наиболее применим в данном
случае, так как позволяет проводить расчет с достаточной степенью точности, учитывать
дефекты ферменных металлоконструкций и приспособлен для алгоритмизации на ЭВМ
[10], что соответствует рекомендациям к расчету металлических конструкций [11].
2. Программный комплекс позволяет учитывать данные о прошлых ремонтах металлоконструкций крана, имеющихся дефектах (дефекты сварки, дефекты прямолинейности
стержней и дефекты формы сечения стержней) и различиях в толщине элементов, возникших в результате ремонтов либо коррозии.
По результатам расчетов, выполненных с помощью программного комплекса
«Kran-572», были найдены элементы, в которых значения эквивалентных напряжений
наиболее высоки. Это элементы верхнего пояса стрелы в месте крепления расчала. Величины напряжений, действующих в этих элементах при типовом технологическом цикле,
приведены в таблице.
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Таблица
Напряжения (МПа), действующие в элементах фермы стрелы в сечении,
соответствующем месту крепления расчала
Положение
грузовой тележки
Количество
циклов
Верхний пояс
Нижний пояс
Раскос
Стойка
Комбинация 1а
1-й
ΣΘiZi
2-й
ΣΘiZi
3-й
ΣΘiZi
В
σ СТ min
σ 1 Вmax
114,41
18,30
122,00
σ СТ Нmax
σ СТ Нmin
σ 1 Нmax
37,95
5,50
42,80
σ СТ Рmax
σ СТ Рmin
σ 1 Рmax
92,67
14,70
97,34
σ СТ Сmax
σ СТ Сmin
σ 1 Сmax
14,35
6,50
21,34
σ 1 Вmin
100,00
σ 1 Нmin
33,20
σ 1 Рmin
77,03
σ 1 Сmin
17,49
цикл Тележка на кон- σ СТ max
соли с Q и без Q
цикл Тележка на консоли с Q (1-е
колебание)
В
В
цикл Тележка на кон- σ 2 max
117,00
σ 2 min
102,18
соли с Q (2-е
колебание)
В
В
1-й цикл Σ(1- Тележка в сред- σ 0СТ max
нем положении с
Θi)Zi
σ 0СТ Вmin
Q и без Q
В
14,00
13,56
Н
σ 2 max
Н
σ 2 min
42,46
33,59
Р
σ 2 max
Р
σ 2 min
Н
σ 0СТ max
Н
Р
σ 0СТ max 44,00
σ 0СТ min
Н
σ 0СТ min
Р
11,70
12,63
С
σ 2 min
С
σ 0СТ max
С
σ 0СТ min
С
13,13
6,60
5,39
σ 01 min
14,00
σ 01 min
4,40
σ 01 min
11,30
σ 01 min
6,52
3-й цикл (1- Тележка в среднем положении с
Θi)ΣZi
Q (2-е колебание)
σ 02 Вmax
14,10
σ 02 Нmax
4,30
σ 02 Рmax
11,60
σ 02 Сmax
6,80
В
σ 02 min
Н
Н
4,30
Р
Р
11,20
σ 01 max
21,19
σ 01 max
14,10
σ 01 max
77,75
σ 2 max
2-й цикл Σ(1- Тележка в среднем положении с
Θi)Zi
Q (1-е колебание)
В
σ 01 max
1,62
Р
98,74
С
С
С
6,80
14,00
σ 02 min
4,00
σ 02 min
11,30
σ 02 min
6,50
135,00
σ 3 Нmax
60,00
σ 3 Рmax
118,00
σ 3 Сmax
34,60
Комбинация 1б
В
4-й
цикл Тележка на кон- σ 3 max
соли с Q едет
ΣγiΘiZi
σ 3 Вmin
вперед
5-й
цикл
ΣγiΘiZi
Тележка на консоли без Q едет
обратно
В
σ 3 min
Н
50,00
Р
σ 3 min
Р
96,60
С
σ 3 min
С
31,20
σ 4 max
50,91
σ 4 max
19,00
σ 4 max
49,73
σ 4 max
20,85
σ 4 Вmin
49,59
σ 4 Нmin
8,91
σ 4 Рmin
48,67
σ 4 Сmin
20,79
В
4-й
цикл Тележка в сред- σ 03 max
нем положении с
Σγi(1-Θi)Zi Q едет вперед
σ 03 Вmin
В
Тележка в сред- σ 04 max
5-й
цикл нем положении
Σγi(1-Θi)Zi без Q едет обрат- σ 04 Вmin
но
Вmax
напряже- σ Э
σ Э Вmin
Максимальное значение σ Э
Эквивалентные
ния σ Э
122,00
Н
47,50
47,00
Н
σ 03 max
Н
σ 03 min
Н
19,00
19,00
Р
σ 03 max
Р
σ 03 min
Р
42,70
42,80
С
σ 03 max
С
σ 03 min
С
23,80
22,90
45,60
σ 04 max
19,00
σ 04 max
44,20
σ 04 max
20,30
45,50
σ 04 Нmin
19,00
σ 04 Рmin
44,10
σ 04 Сmin
20,30
153,51
125,13
153,51
σ Э Нmax
σ Э Нmin
57,80
45,32
57,80
σ Э Рmax
σ Э Рmin
127,31
97,02
127,31
σ Э Сmax
σ Э Сmin
30,86
26,69
30,86
Колебания напряжений в верхнем поясе стрелы при типовом технологическом цикле
представлены на графике (рис. 2).
Остаточный ресурс работоспособности крана для элемента верхнего пояса стрелы в
месте крепления расчала рассчитывался по формуле [8]
nmin m
ΔA1 = A1 ��
� − 1�,
(1)
[n]
где
ΔА 1 – остаточный ресурс работоспособности; А 1 –количество лет работы крана;
[n]=1,4 – нормативный запас по усталости, принятый в краностроении [9]; n min – запас по
усталости в расчетном сечении [9].
n min =σ RKN /σ Э max,
где σRKN – ограниченный предел усталости, МПа.
m Z
Б
σRKN = ασRK � ,
Z
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
здесь Z Б =5·105 – базовое число циклов, соответствующее σ RK ; Z – расчётное число циклов, которое металлоконструкция крана испытала за весь срок службы; σ RK – предел
усталости при заданном коэффициенте асимметрии цикла r=σ min /σ max =125/153=0,82 (таблица) и эффективном коэффициенте концентрации напряжений k=2,5 для сварного узла
фермы, в районе крепления расчала [9]; α – коэффициент, для малоуглеродистой стали
(Ст.3) равный [8] α=σ В /380, где σ В = 380 МПа – предел прочности для стали Ст.3 [12];
m=4,8 – показатель степени вёллеровской кривой усталости для сварных решётчатых конструкций [9; 13].
Рис. 2. График изменения напряжений в верхнем поясе стрелы
Расчетный остаточный ресурс составил 9,4 года. Величина остаточного ресурса,
назначенного по заключению экспертизы промышленной безопасности (с учетом действующих условий эксплуатации крана на предприятии) - 8 лет.
Аналогичный расчет был выполнен при проведении экспертизы промышленной
безопасности башенного крана лесопогрузчика КБ-572 [14] в 2008 г.
При расчете остаточного ресурса его ферменных металлоконструкций были получены следующие результаты. Наиболее опасным, ввиду схожести технологического
цикла, также оказалось сечение верхнего пояса ферменных металлоконструкций стрелы в
месте крепления расчала. Уровень напряжений при типовом технологическом цикле в
этом сечении в среднем на 15% выше, чем у первого крана. Расчетный остаточный ресурс
работоспособности крана, найденный по формуле (1), составил 7 лет. Величина остаточного
ресурса,
назначенного
по
заключению
экспертизы
промышленной
безопасности-6 лет.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
Паспорт крана-лесопогрузчика КБ-572Б (завод. №1138) / Никоп. краностроит. з-д. – Никополь, 1993.
Справка о характере работы крана-лесопогрузчика КБ-572Б // Заключение экспертизы промышленной
безопасности по результатам технического диагностирования крана-лесопогрузчика КБ-572Б (завод.
№1138, рег. №12845), принадлежащего ОАО «Дятьково-ДОЗ», 2007 г. / ООО «Промбезопасность».-2007.
РД 10-112-96. Методические указания по обследованию грузоподъемных машин с истекшим сроком
службы.
Ремонтная документация крана-лесопогрузчика КБ-572Б (завод. №1138, рег. №12845) / ООО «Промбезопасность».-2007.
РД 09-102-95. Методические указания по определению остаточного ресурса потенциально опасных
объектов, поднадзорных Госгортехнадзору России.
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
РД 03-484-02. Положение о порядке продления срока безопасной эксплуатации технических устройств, оборудования и сооружений на опасных производственных объектах.
РД 10-112-3-97. Методические указания по обследованию грузоподъемных машин с истекшим сроком службы. Ч. 3. Башенные, стреловые несамоходные и мачтовые краны, краны-лесопогрузчики
(взамен РД 22-318-91 и в доп. РД 10-112-96. Ч. 1).
Мельников, А.И. Методика расчета лесопогрузчика КБ-572 на остаточный ресурс работоспособности
/ А.И. Мельников, О.А. Бардышев, Е.И. Картузов, Е.Б. Свентицкий // НДЭ-10[56]-001-02-КБ-572.
Нормативная документация по экспертизе технического состояния стрелового крана-лесопогрузчика
КБ-572 и его модификаций / С.-Петерб. техн. эксперт. компания ЗАО «СТЭК». – СПб., 2002. – 72 с.
Гохберг, М.М. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин / М.М. Гохберг. – Л.:
Машиностроение, 1973. – 456 с.
Спицына, Д.Н. Строительная механика стержневых машиностроительных конструкций / Д.Н. Спицына. – М.: Высш. шк., 1977. - 248 с.
СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. Методы проектирования.
ГОСТ 10705-80. Трубы стальные электросварные. Технические условия.
Коллинз, Дж. Повреждение материалов в конструкциях: [пер. с англ.] / Джек А. Коллинз. – М.: Мир,
1984. – 624 с.
Заключение экспертизы промышленной безопасности по результатам технического диагностирования
крана-лесопогрузчика КБ-572Б (завод. №626, рег. №12407), принадлежащего ОАО «Дятьково-ДОЗ»,
2008 г. / ООО «Промбезопасность».-2008.
РД 10-112-1-04. Рекомендации по экспертному обследованию грузоподъемных машин.
Материал поступил в редколлегию 12.11.08.
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 621.355
Ю.И. Фокин, В.С. Янченко, В.В. Журавлёв
ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ШИРОКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Приведены теоретические основы работы топливных элементов, рассмотрена подробная их классификация.
Проанализированы основные преимущества электрохимических генераторов, даны примеры их использования.
Ключевые слова: электрохимический генератор; топливный элемент; электролит; электрод; горючее; окислитель.
В течение нескольких десятилетий ученые многих стран совершенствуют конструкции устройств, осуществляющих прямое преобразование различных видов энергии в электрическую: термоэлектрических, термоэмиссионных, магнитогидродинамических и электрохимических (ЭХГ). В последние годы больших успехов удалось добиться в создании
надежных и долговечных электрохимических генераторов, или, как их еще называют, топливных элементов (ТЭ), в которых химическая энергия окислительно-восстановительной
реакции непосредственно преобразуется в электроэнергию [1-4].
ТЭ (англ. fuel cell) по принципу действия является гальваническим элементом. Но, в
отличие от обычного гальванического элемента, в частности цинко-медного, восстановитель и окислитель - не металлические электроды, а непрерывно подводящиеся к электродам топливо и окислитель (например, водород и кислород).
Рассмотрим работу топливного элемента на примере водородно-кислородного элемента,
в котором химическая энергия реакции окисления водорода превращается в электрическую.
Основная химическая реакция:
2Н 2 + О 2  2Н 2 О + N электр .
Энергия реакции N электр равна 284 кДж/моль при ρ H 2 = ρ O2 = 1 атм. и температуре
298К.
Схема ТЭ приведена на рис. 1.
Суммарная реакция:
2Н 2 4Н + +4е−,
4Н + +О 2 + 4е−  2Н 2 О.
Как и гальванический элемент,
ТЭ имеет электроды: анод и катод –
пористые перегородки, проницаемые
для газов, но не пропускающие жидкость (электролит). К аноду подается
топливо - водород, к катоду – окислитель, обычно чистый кислород или ки-
Рис.1. Схема действия топливного элемента
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
слород воздуха. Между электродами находится электролит - раствор щелочи.
Схема водородно-кислородного ТЭ может быть записана в виде
Н 2 , Ме || КОН || Ме, О 2 ,
(1)
где Ме – проводник первого рода, играющий роль катализатора электродного процесса и
токоотвода.
Во внешней цепи происходит движение электронов от анода к катоду, а в растворе –
движение ионов ОН- от катода к аноду. В результате протекания реакции (1) в цепи генерируется постоянный электрический ток. Химическая энергия непосредственно превращается в электрическую энергию. Электроды элемента в процессе работы не изменяются,
и ТЭ работает непрерывно, пока подводятся реагенты и выводятся продукты реакции.
Первый работоспособный топливный элемент, в котором осуществлялась электрохимическая реакция водорода с кислородом и генерировался электрический ток, был изготовлен В. Гроувом в 1839 г. Полвека спустя Л. Монд и К. Лэтер существенно усовершенствовали изобретение предшественника, предложив использовать в качестве катализатора платиновую чернь. В двадцатые годы прошлого века Э. Бауэр разработал высокотемпературный топливный элемент, в котором в качестве электролита использовались
щелочные карбонаты при температуре 1000°С. В пятидесятые годы XX века в СССР,
США и Англии были созданы работоспособные топливные элементы, получившие применение в космической и военной областях [1-3].
Строгая и четкая классификация топливных элементов связана с определенными
трудностями ввиду разнообразия их характеристик и параметров. На рис. 2 представлена
предложенная авторами классификация существующих топливных элементов.
По назначению ТЭ можно отнести к транспортным или стационарным установкам. К
последним относятся ТЭ космических аппаратов.
По температуре работы ТЭ разделяются на высокотемпературные, среднетемпературные и низкотемпературные. К первым относятся элементы, использующие в качестве
электролита расплавленные соли при температурах 600…650оС, ко вторым - водороднокислородные элементы, работающие при 200оС, а к третьим — ТЭ, работающие при температуре кипения водного электролита.
ТЭ можно классифицировать по типу применяемого электролита на щелочные и кислотные, а по состоянию электролита - на элементы с жидким, твердым электролитом и
электролитом в мембранах. В последнем случае применяются капиллярные и ионообменные мембраны.
По агрегатному состоянию топлива ТЭ подразделяются на газообразные, жидкие и
твердые.
В качестве окислителей в ТЭ применяются в основном кислород, воздух, перекись
водорода и активные газы, например хлор.
Важным элементом классификации ТЭ является их разделение по свойствам элемента: термически нерегенерируемые и термически регенерируемые. Последние после нагрева до определенной температуры восстанавливаются до исходных веществ и вновь могут
быть использованы.
Основные требования для идеального топливного элемента можно подразделить на
две главные категории. К первой категории относятся требования к регенерирующим веществам: единственными стехиометрическими продуктами реакции должны быть вода и
углекислый газ, при этом необходима высокая активность электродов и высокая плотность тока. Требования второй категории: отсутствие коррозии и побочных реакций, отсутствие изменений в электролите и электродах, долговечность.
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Классификация топливных элементов
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
По назначению
Транспортные установки
Стационарные установки
По температуре
работы
Высокотемпературные
Среднетемпературные
Низкотемпературные
Щелочные
Кислотные
По типу
электролита
По состоянию
электролита
Жидкие
Твердые
В мембранах
По агрегатному
состоянию
Газообразные
Жидкие
Твердые
Кислород
Воздух
Перекись водорода
Активные газы
По виду
окислителя
По свойствам
элемента
Термически нерегенерируемые
Термически регенерируемые
Первого рода
Второго рода
Третьего рода
Газовые
По виду
электрода
Рис. 2. Классификация топливных элементов
ТЭ могут быть вполне приемлемыми, даже если не полностью отвечают этим требованиям. Например, можно допустить медленное изменение состава электролита. Добиться
высокой активности электрода и высокой плотности тока пытались увеличением поверхности, понижением рабочей температуры, увеличением давления и использованием катализаторов.
Требования, предъявляемые к реагирующим веществам, наиболее легко удовлетворяются, когда в качестве топлива применяют водород. В тех случаях, когда топливом является окись углерода и тяжелые углеводороды, реакция идет медленнее, чем с водородом. Метан является наиболее инертным из этих газов. Уголь и углерод взаимодействуют
медленно, при этом наблюдается тенденция к восстановлению электролита.
Определим идеальный коэффициент полезного действия (кпд) ТЭ, для чего рассмотрим реакцию
Топливо + Кислород = Продукт окисления.
36
(2)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Реакция (2) написана в общем виде, поэтому может быть применена к любому топливу, но всегда лишь для 1 г/моль топлива (12 г углерода или 2 г водорода). На основе
первого и второго законов термодинамики определяем максимальную полезную работу
ΔG, которая может быть получена в процессе изотермической и обратимой химической
реакции:
∆G = ΔН − ТΔS,
(3)
где ΔН - приращение энтальпии; ΔS - приращение энтропии; Т - температура, член ТΔS
характеризует теплообмен с окружающей средой.
Во всех топливных элементах, даже работающих изотермически и обратимо, обычно
выделяется тепло. Это тепло не обязательно теряется, так как кпд ТЭ увеличивается при
повышении температуры.
На основании уравнения (3) идеальный кпд ТЭ равен
η i = ΔG / ΔН = 1−ТΔS/ΔН.
Электрохимический элемент является очень ценным устройством, так как может
превращать химическую энергию непосредственно в работу, минуя неэкономичное промежуточное превращение ее в тепло.
Имеется важное соотношение
ΔG = E Ω It
между максимальной полезной электрической работой ΔG и обратимой электродвижущей
силой (эдс) E Ω . В этом случае E Ω - обратимая эдс ТЭ, в котором реакция (2) происходит
изотермически и обратимо с силой тока I в течение времени t, требуемого для потребления 1 г/моль топлива. Идеальный кпд можно записать в виде
η i = E Ω It/ΔН.
E Ω является той движущей силой, которая заставляет электроны двигаться от анода
к катоду.
В топливном элементе под нагрузкой реальная эдс Е a станет ниже обратимой эдс E Ω
вследствие некоторых причин:
1) протекания нежелательных реакций на электродах или в другом месте ТЭ;
2) помех протеканию основных реакций на электродах;
3) наличия градиентов концентрации в электролите;
4) выделения в электролите тепла.
Первые две причины связаны с самой сущностью химических процессов, третья не
имеет существенного значения.
Согласно первому закону термодинамики,
E a It = ΔН − q,
где a - выделенное тепло – будет больше, чем ТΔS в уравнении (3), из-за факторов, способствующих необратимости процесса.
Реальный кпд равен
η a = E a It / ΔН.
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Этот кпд относится только к самому топливному элементу, а не к системе, в которую ТЭ входит как составная часть.
Отношение Е a /E Ω , которое уменьшается с увеличением плотности тока, является
подходящим индексом необратимости. Разность между q и ТΔS является другой мерой
необратимости; чем ниже η a , тем больше эта разность. Иногда целесообразно работать
при низких плотностях тока, для того чтобы поднять η a до величины, при которой и не
нужно принимать специальных мер для удаления тепла.
Чтобы свести выделения тепла до минимума, электролит должен иметь высокую
ионную проводимость при полном отсутствии электронной проводимости и электроды
должны быть сближены.
Рассмотрим некоторые из преимуществ наиболее распространенных низкотемпературных ТЭ.
1. Экономичность. В ТЭ химическая энергия топлива превращается непосредственно в электрическую, минуя промежуточную стадию превращения в тепловую энергию.
Поэтому в ТЭ отпадают ограничения, определяемые циклом Карно, и теоретически возможен термический кпд до 90%. Кроме того, превращение химической энергии не сопровождается потерями, обусловленными наличием таких элементов установки, как котлы,
турбины и генераторы. Кпд ТЭ не зависит от его размера, и маленький элемент столь же
экономичен, как и большой. Сравнение кпд различных энергетических установок иллюстрируется диаграммой (рис.3).
80
70
50
45
40
35
50
50
40
35
40
35
40
35
30
30
25
40
20
15
1
2
10
3
4
5
6
7
- перспективные значения
- достигнутые значения
Рис. 3. Кпд различных преобразователей энергии и двигателей:
1 – топливные элементы; 2 – солнечные элементы; 3 – бензиновые ДВС с генераторами;
4 – дизель-генераторы; 5 – газотурбогенераторы; 6 – паротурбогенераторы;
7 – магнитогидродинамические (МГД) генераторы
2. Компоновка установки. В связи с тем, что напряжение одного элемента невелико,
для получения желаемого напряжения приходится соединять элементы последовательно.
Для увеличения тока установки необходимо увеличивать размеры электродов или соединять элементы параллельно. При проектировании установки большое количество элементов облегчает компоновку при различных условиях ее размещения на объекте. В частности, на автомобилях ТЭ могут располагаться снаружи и внутри шасси, обеспечивая пере38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
распределение веса и имеющихся объемов.
3. Технологичность производства. В ТЭ, в отличие от двигателей, нет движущихся
частей, нет высоких требований к точности обработки, отсутствуют затруднения, связанные с наличием уплотнений. Трубопроводы и каналы для подвода топлива и окислителей
могут изготовляться прежними технологичными способами – штамповкой или отливкой
из пластмасс.
4. Эксплуатация. Отсутствие движущихся частей существенно упрощает эксплуатацию установок с ТЭ. Электрохимическим батареям не присущи износ, усталость, вибрации. Серьезной проблемой высокотемпературных ТЭ является коррозия, в низкотемпературных - это меньшая проблема.
5. Габариты и вес. Сравнение весогабаритных показателей ТЭ с жидкими кислородом и водородом, мотор-генераторов на водороде и бензине, серебряно-цинковых и свинцово-кислотных батарей при сроке действия более 50 ч показывает, что ТЭ имеет убедительное преимущество.
6. Шум и вибрации. Поскольку у ТЭ отсутствуют движущиеся части, их можно считать бесшумными источниками электроэнергии.
7. Тепловыделение. При рациональном проектировании потери, свойственные рабочему процессу ТЭ (в виде тепловыделения), могут быть сведены к минимуму. Это преимущество низкотемпературных ТЭ особенно ценно в военной технике, где требуется минимальное лучеиспускание в инфракрасной области.
8. Экологическая безопасность. Конечными продуктами реакции в ТЭ обычно являются вода, углекислота и азот. Непрореагировавшие топливо и окислитель можно рециркулировать в системе, электролит же полностью герметизирован или изолирован от системы удаления продуктов реакции.
9. Способность к перегрузке. Главными преимуществами ТЭ с точки зрения применения их на транспорте следует считать генерацию постоянного тока и высокую способность элементов к перегрузкам. ТЭ могут выдерживать кратковременные перегрузки до
100%. Таким образом, номинальная мощность ТЭ для транспортных средств может быть
значительно ниже, чем номинальная мощность двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Единственным параметром, на который воздействует кратковременная перегрузка, является кпд элемента.
10. Требования к режиму холостого хода. ТЭ расходует топливо и окислитель только
при съеме мощности с системы. Следовательно, в режиме холостого хода топливо не расходуется. А вот на ДВС и газовых турбинах режим холостого хода является самым неэкономичным.
11. Надежность. В большинстве случаев современные ТЭ еще не доведены до высокого уровня технического совершенства. Однако полученный опыт показывает, что надежность водородно-кислородного элемента эквивалентна надежности лучших образцов
аккумуляторных батарей.
В настоящее время разработаны ЭХГ на основе топливных элементов со щелочным
(ЩТЭ), твердополимерным (ТПТЭ), фосфорнокислым (ФКТЭ), расплавленным карбонатным
(РКТЭ) и твердооксидным (ТОТЭ) электролитом. Для транспортных средств лучше использовать топливные элементы со щелочным или с твердополимерным электролитом [5-9].
Основные характеристики современных ТЭ приведены в таблице.
Показатель
Температура, 0С
Горючее
Основные характеристики современных ТЭ
ЩТЭ
ТПТЭ
ФКТЭ
80…97
70…90
190…217
Чистый Н 2 Технический Н2 Технический Н2
39
РКТЭ
620…650
Н 2 +СО,
СН 4
Таблица
ТОТЭ
800…1000
Н 2 +СО, СН 4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Материал анода
Ni(C)+Pt
Показатель
ЩТЭ
Материал катода
Ni(C)+Pt
Плотность тока, кА/м2
1,5…3,0
Напряжение, В
0,9…0,85
Единичная мощность, кВт До 100
Ресурс, ч
До 10000
Ресурс в ЭУ, ч
До 5000
C+Pt
C+Pt
Ni+Cr
Ni+ZrO 2
ТПТЭ
C+Pt
3…5
0,8…0,75
До 250
До 20000
До 10000
ФКТЭ
C+Pt
2,5…3,5
0,75…0,65
До 1100
До 50000
До 40000
РКТЭ
NiO+Li 2 O
1,5…2,0
0,8…0,75
До 200
До 20000
До 10000
ТОТЭ
LaxSr1xMnO 3
2,0…4,0
0,8…0,75
До 300
До 60000
До 20000
Окончание таблицы
В нашей стране разработкой как топливных элементов, так и ЭХГ на их основе занимаются несколько ведущих научных и научно-производственных предприятий.
Уральским электрохимическим комбинатом совместно с ракетно-космической корпорацией «Энергия» им. С.П. Королева в 1971 г. для лунной программы был создан отечественный топливный элемент типа ЩТЭ «Волна» (рис. 4): мощность – 1 кВт, напряжение
– 27 В, ресурс – 1000 ч, вес – 60 кг.
Рис. 5. Топливный элемент «Фотон»
Рис. 4. Топливный элемент «Волна»
Этим же предприятием с 1978 по 1988
г. был разработан и установлен на
КА «Буран» ЩТЭ
«Фотон» (рис. 5)
с ресурсом 2000 ч, мощностью 10 кВт, весом
145 кг.
Российский научный центр «Курчатовский институт» успешно разрабатывает ЭХГ
типа ТПТЭ. Один из ТЭ – с использованием
протонообменной мембраны, разработанной
учеными института, – приведен на рис. 6.
Во ВНИИТФ им. акад. Е.И. Забабахина
(г. Снежецк) разработан и успешно испытан
Рис. 6. Экспериментальный топливный элемент
Курчатовского института на протонопроводящей
(2003 г.) ЭХГ типа ТОТЭ. Эта установка
мембране
снабжена риформером, в котором водород
получается из природного газа. В качестве
окислителя используется кислород воздуха (рис. 7). Мощность экспериментальной установки – 1кВт, ресурс – до 50 тыс. ч.
В ФГУП «Центр Келдыша» разработана резервная энергетическая установка с элек40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
трической мощностью 1 кВт на основе батареи
твёрдополимерных
водородновоздушных топливных элементов (ТПТЭ),
предназначенная для обеспечения потребителей в случае возникновения аварийных
ситуаций с основным источником электроснабжения (рис. 8). Запас водорода, содержащегося в композитных баллонах высокого давления, достаточен для выработки
электроэнергии и тепла в течение 12 ч. Вырабатываемый батареей постоянный ток
преобразуется на выходе из ЭХГ в переменный (220В, 50 Гц). Предусмотрена возможность использования выделяемого батареей тепла для обогрева помещения.
В ГНЦ РФ «Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского» также разрабатываются ТОТЭ (рис. 9). С целью отработки и оптимизаРис. 7. Установка с твёрдооксидным
ции
технологии
элементом
испытано
более
двухсот экспериментальных ТОТЭ.
Достигнута максимальная
плотность электрической
мощности
около 700 мВт/cм2
при температуре
950°C, что соответствует мировым
достижениям для
ТОТЭ этого типа.
Несмотря на
значительные успехи в научных
исследованиях
в
области ТЭ и успешные разработки единичных ЭХГ
специального назначения, российские предприятия уступают зарубежным фирмам, прежде всего во внедрении топливных элементов в реальную энергетику, транспорт и товары широкого потребления.
Вице-президент РАН академик Г. Н. Месяц в своём выступлении сказал: «Мы сильно отстали от Запада в области традиционных технологий. Между тем огромные вложения до сих пор не позволили Западу и
Японии создать топливные элементы коммерческого уровРис. 8. ЭХГ, разработанная в ФГУП
ня. Нам надо не
«Центр Келдыша»
догонять Запад, а
41
Рис. 9. Твёрдооксидный топливный элемент, разработанный в институте имени
А.И. Лейпунского
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
обгонять его. Для этого у нас есть хороший задел в области нанотехнологий, направленного синтеза материалов, тонкопленочных, лучевых технологий. Необходимо объединить
мощный потенциал Российской академии наук, отраслевых институтов, Минатома РФ,
чтобы быстро продвигаться вперед».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Топливные элементы / Г. Д. Янг; пер. с англ. под ред. В.С. Болоцкого. – М.: Изд-во иностр. лит., 1963.–
216 с.
2. Топливные элементы / В. Митчелл; пер. с англ. под ред. А. А. Азовцева. – Л.: Судостроение, 1966.–376 с.
3. Баранов, А. П. Судовые системы электродвижения с генераторами прямого преобразования теплоты /
А.П. Баранов. – Л.: Судостроение, 1990.–232 с.
4. Локомотивные энергетические установки: учеб. для вузов / А. И. Володина. – М: Желдориздат, 2002.–718 с.
5. Николаева, И. Н. Альтернативные источники энергии для автомобилей / И.Н. Николаева // Автомобильный транспорт. – 2002.–№3.–С. 43 - 47.
6. Коротеев, А. С. Водородное топливо, или Новая автомобильная революция / А. С. Коротеев, В. А. Смоляров // Мир транспорта. – 2003.–№4.–С. 32-43.
7. Вельд, М. Экономичность водородного топлива / М. Вельд // В мире науки. – 2004.–№8.–С. 39-45.
8. Андриевский, Р. А. Наноструктурные материалы: учеб. пособие для студентов вузов / Р.А. Андриевский.
– М., 2005.–192 с.
9. Пустыльник, Я. Н. Привод на топливных элементах автомобиля «Даймлер - Крайслер» / Я.Н. Пустыльник //
Автостроение за рубежом. – 2007.–№8.–С. 20.
Материал поступил в редколлегию 22.05.08.
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
УДК 621.1656
И.Г. Гоголев, А.В. Осипов, А.В. Бирюков
СТРУКТУРА ПОТОКА В МЕЖСТУПЕНЧАТОМ ЗАЗОРЕ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ
РЕЖИМАХ РАБОТЫ МОДЕЛИ ОТБОРНОГО ОТСЕКА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ
Представлены результаты экспериментального исследования структуры потока между ступенями модели
отборного отсека теплофикационной паровой турбины. Рассмотрены опытные поля распределения по длине
лопатки полного и статического давлений и углов потока в тангенциальной и радиальной плоскостях при
нескольких значениях расхода воздуха в отбор и переменных режимах работы предотборной ступени.
Ключевые слова: неосесимметричное течение; отборный отсек; теплофикационная турбина; структура потока.
Перспективным направлением в развитии теплофикации является широкое использование паровых турбин для комбинированной выработки электрической и тепловой
энергии. В этих турбинах важное место занимают отборные двухступенчатые отсеки
(ОДО).
Отбор пара из проточной части турбины оказывает существенное влияние на работу
ступеней, примыкающих к камере отбора (КО). Это связано с окружной и радиальной неравномерностью параметров потока, сложным, нестационарным характером турбулентного течения в межступенчатом зазоре (МСЗ) и в КО [1;2]. Указанные факторы ведут к снижению экономичности работы и вибрационной надежности околоотборных ступеней
(ОС).
Влияние конструктивных и режимных параметров на работу двухступенчатых отсеков с отбором рабочего тела (РТ), имеющее важное значение в рабочем процессе паровых
турбин, до настоящего времени остается малоизученным, а в отдельных случаях носит
противоречивый характер. Поэтому экспериментальные исследования влияния отбора РТ
на структуру потока, экономичность и надежность отборных отсеков и использование их
результатов для совершенствования теплофикационных паровых турбин являются достаточно актуальными и представляют практический интерес.
В статье обсуждаются результаты экспериментального исследования структуры потока в проточной части модели ОДО (рис.1). Конструкция отсека является широко распространенной в паровых теплофикационных турбинах отечественного и зарубежного
производства. Модель ОДО состоит из моделей околоотборных ступеней средней верности без бандажа рабочих лопаток и КО между ними, выполненных в масштабе 1:4. Проточную часть КО отсека образуют три кольцевые камеры МСЗ и примыкающие к ним по
внешней и внутренней границам камеры А и Б (камера А имеет два патрубка для отбора
воздуха, симметрично расположенных относительно плоскости 0 − 180î ). На входе в послеотборную ступень у корня направляющего аппарата 2 (НА2) установлен обтекатель
длиной примерно 0,5 ∆ z . Основные конструктивные параметры моделей ступеней 1 и 2
представлены в таблице.
Таблица
Основные конструктивные параметры моделей ступеней
Ступень 1
Ступень 2
Параметр
НА1
РК1
НА2
РК2
Средний диаметр d 1 , d 2 , мм
371,0
371,2
385,7
386,2
Длина лопатки l 1 , l 2 , мм
70,0
71,2
72,2
73,75
Хорда профиля по средней окружности b 1 ,
b 2 , мм
31,0
17,65
35,37
15,88
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Параметр
Шаг решетки по средней окружности t 1 , t 2 ,
мм
Число лопаток z 1 , z 2 , шт.
Угол выхода потока на средней окружности α 1 , β 2
Площадь проходного сечения f 1 , f 2 , cм2
Отношение d 1 /l 1 , d 2 /l 2
Профиль НЛ, РЛ
Ступень 1
НА1
РК1
Окончание таблицы
Ступень 2
НА2
РК2
20,81
56
12,96
90
22,94
52
11,03
110
18 о
252,1
5,3
БТ198755
23 о 50’
361,8
5,21
БТ190827
14 о
212,1
5,34
БТ194398
19 о 36’
301,2
5,24
БТ192705
Исследования структуры потока в проточной части модели ОДО выполнялись на
двухвальной воздушной турбине с индукторным тормозом [1]. Отбор воздуха из проточной части осуществлялся через расходомерное устройство в атмосферу, а выход воздуха
из послеотборной ступени ОДО – непосредственно в атмосферу. Уровень начальных параметров воздуха перед опытной турбиной во всех опытах обеспечивал работу ОДО и
его элементов в области автомодельности.
В процессе испытаний поток траверсировался пятиканальными аэродинамическими зондами в контрольных сечениях модели ОДО (при θ=0°): в сечении 2-1 на расстоянии 5 мм от выходных кромок рабочих лопаток (РЛ) ступени 1 и в сечении 0-2 на расстоянии 7 мм от выходных кромок направляющих лопаток (НЛ) ступени 2 (рис.1). При
этом использовалось специально спроектированное устройство [3].
Результаты траверсирования потока показаны (рис. 2, 3) в виде эпюр распределения параметров потока p*= p* p 0-1* , p= p p 0-1*, α и γ по радиусу в пределах длины лопаток. Здесь p* и p - соответственно полное и статическое давления в точке измерения;
α и γ - углы, образованные вектором абсолютной скорости потока соответственно с
радиальной (ru) и тангенциальной (uz) плоскостями (угол α отсчитывается от отрицательного направления оси u; угол γ >00 означает течение с радиальной составляющей
абсолютной скорости, направленной от центра к периферии, γ <00- от периферии к центру). Значки параметров потока указывают на их принадлежность к плоскостям измерений 0-1, 2-1 или 0-2 (рис.1).
Влияние расхода воздуха в отбор на распределение параметров потока по радиусу
в МСЗ исследовалось при его относительных значениях G T = G T G1 = 0 ; 0,14; 0,26; 0,42
(здесь G1 и G T - расходы воздуха через ступень 1 и в отбор соответственно). В этих
опытах режимы работы ступеней 1 и 2 поддерживались постоянными при характеристических отношениях скоростей x1 = ( u C0 )1 ≈ 0,58 и x 2 = ( u C0 )2 ≈ 0,57 , близких к соответствующим оптимальным (здесь u - окружная скорость на среднем диаметре рабочих
колес (РК) 1 и 2; С 0 – изоэнтропийная скорость в ступенях 1 и 2).
1. G T = 0 . Это безотборный режим работы ОДО. При этом режиме весь поток G1
из предотборной ступени 1 поступает в послеотборную ступень 2. Он представляет собой
кольцевую структуру в МСЗ, которая взаимодействует с массами воздуха в камерах А и
Б. Эти массы находятся в сложном вихревом движении в обеих камерах в результате
эжекционного действия сквозного потока G1 , а во внутренней центральной камере Б,
кроме этого, - под влиянием насосного эффекта вращающегося диска РК1 предотборной
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
ступени 1.
*
Во входном сечении 2-1 МСЗ полное давление p2-1
в средней части длины лопатки
остается практически одинаковым (рис.2а, кривая 1). У периферии оно заметно возрастает вследствие протечек воздуха через радиальный зазор над безбандажными рабочими
*
лопатками предотборной ступени 1. Некоторое повышение полного давления p2-1
от середины длины лопатки к корню является, по-видимому, результатом воздействия вихре*
вых масс в центральной камере Б. Эпюра полного давления p0-2
перед послеотборной
*
ступенью 2 по сравнению с эпюрой p2-1
в ступени 2 несколько сглаживается (рис.2б,
кривая 1). Из-за потери энергии на выравнивание структуры потока и потерь в погранич*
станых слоях на внешней и внутренней границах кольцевой струи полное давление p0-2
*
новится ниже p2-1
.
Рис. 1. Схема проточной части модели отборного двухступенчатого отсека паровой турбины
Статическое давление за предотборной ступенью p2-1 остается постоянным по
всей длине лопатки, хотя при практически осевом выходе из ступени 1 на её средней окружности в прикорневой области поток имеет значительную положительную закрутку
( α 2−1 > 90o ) в периферийной половине длины лопатки (рис. 2, кривая 1). Вероятно, что
возможное при закрутке (положительной или отрицательной) повышение давления по
радиусу от центра к периферии, согласно уравнению радиального равновесия, в определенной степени компенсируется действием пониженного давления в замкнутой периферийной камере А, обусловленного эжектирующим эффектом от сквозного потока G1 в
МСЗ. Опыты показывают, что статическое давление перед послеотборной ступенью p0-2
мало отличается от давления p2-1 по величине и характеру распределения вдоль лопатки.
Результаты измерений углов потока α 2-1 и α 0-2 свидетельствует об идентичности
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
их распределения по высоте лопатки при рассматриваемом режиме ( G T = 0 ) (рис. 2а, б,
кривые 1). Вместе с тем при малом различии их величин в корневой области сечения О-2
наблюдается более заметное отклонение от осевого направления, чем в сечении 2-1.
Можно предположить, что этому способствуют вращающиеся вихревые массы воздуха,
заполняющие камеру А и закрученные сквозным потоком G1 .
Следует отметить некоторое различие эпюр распределения углов радиальных перетеканий γ 2-1 и γ 0− 2 по длине лопатки (у корня γ 2−1 < 0î , а γ 0− 2 > 0î ). Это обусловлено
наличием обтекателя и разностью диаметров корневых обводов предотборной и послеотборной ступеней. Отмеченное свидетельствует об искривлении линий тока при пересечении потоком МСЗ и, следовательно, о возникновении потерь энергии, связанных с деформацией потока.
2. G T = 0,14; 0, 26 è 0, 42 . Результаты этих опытов иллюстрируются на рис.2 кривыми 2, 3 и 4 соответственно. Они показывают, что с увеличением отбора G T полное и
статическое давления в КО снижаются, так как в опытном ОДО отбираемый воздух вытекает через расходомерное устройство в атмосферу. Это обстоятельство несколько отличает условия опыта от натурных в паровых теплофикационных турбинах, где давление
в КО поддерживается постоянным на заданном уровне с помощью автоматической системы регулирования. Тем не менее обсуждаемые результаты эксперимента вполне достоверны, ибо получены они при соблюдении условий моделирования и находятся в области
автомодельности.
Рис. 2. Эпюры параметров в сечениях 2-1 (а) и 0-2 (б) в МСЗ по высоте лопатки l при θ=0º
и нескольких значениях отбора Gm: 1- GT = 0; 2 - GT = 0,14; 3 - GT = 0,26; 4 - GT = 0,42
Анализируя эпюры распределения параметров в сечении θ = 00по длине лопатки
при разных значениях G T >0 , можно заметить их отличия от эпюр при безотборном режиме (рис.2; кривые 2, 3 и 4 отличаются от соответствующих кривых 1). В частности, с
увеличением расхода в отбор G T несколько возрастает отрицательный радиальный гра46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
*
диент полного ( p2-1
) и статического ( p2-1 ) давлений в МСЗ, а давление в камере А снижа*
, обусловленная
ется. При этом уменьшается деформация эпюры полного давления p0-2
протечками воздуха через радиальный зазор над торцами безбандажных рабочих лопаток, который удаляется из КО в отбор.
С увеличением расхода G T возрастают радиальные течения от корня к периферии,
занимая всё большую часть длины у периферии лопатки, в плоскости 2-1 за предотборной ступенью и особенно в плоскости 0-2 перед послеотборной ступенью. Вместе с тем
при приближении к корневой области влияние расхода G T на радиальные течения ослабевает и практически исчезает у корневого обвода проточной части.
В опытах не обнаружено сколько-нибудь заметного влияния отбора G T на направление выхода потока из предотборной ступени ( α 2-1 )по сравнению с безотборным режимом. В то же время углы входа в послеотборную ступень α 0-2 уменьшаются. Это означает, что в периферийной области МСЗ направление потока приближается к осевому, а в
прикорневой - наоборот (рис. 2б, кривые 3 и 4).
Влияние режима работы предотборной ступени 1 на структуру потока в МСЗ было
исследовано траверсированием перед послеотборной ступенью 2 (сечение 0-2 при θ-0°).
Опыты проводились при наибольшем из исследованных значений относительного расхода воздуха в отбор G T = 0, 42 и трех режимах работы ступени 1: режим 1- при отношении
скоростей x 1 ≈ x 1î ï ò ; режим 2- x 1 ≈ 0, 47 ; режим 3- x1 ≈ 0, 42 .
При этих режимах угол выхода потока из РК1 ( α
2 −1
) на средней окружности был
равен соответственно 90, 45è 30 . Режим работы послеотборной ступени 2 в этой серии
опытов поддерживался постоянным за счет частоты вращения автономного ротора ступени 2 при x 2 = x 2î ï ò .
Результаты опытов представлены на рис.3. Из него отчетливо видно, что условия
входа потока в послеотборную ступень 2 существенно зависят от режима работы предотборной ступени 1. Так, при отклонении отношения х 1 ступени 1 от оптимального значения поток из РК1 выходит не в осевом направлении.
Наиболее заметные изменения претерпевают поля распределения угла входа потоî
ка α 0 − 2 в НА2. Если при режиме 1 поток в средней части длины лопатки имеет отрицательную закрутку, а у корня и периферии - положительную, то при режимах 2 и 3 по всей
длине лопатки (особенно в периферийной области) наблюдается значительная отрицательная закрутка, т.е. значительное отклонение потока от осевого направления. Это приводит к большим положительным углам атаки, возникающим на входе в НА2. В связи с
этим сопротивление ступени 2 возрастает, и статическое давление p0− 2 становится выше,
чем при режиме 1. Отклонение вектора скорости с 2-1 от оси z сопровождается его увеличением и соответствующим увеличением кинетической энергии. Поэтому полное давление p0*− 2 при режимах 2 и 3 выше, чем при режиме 1 (рис.3, кривые 2, 3 и 1). Вместе с
тем углы радиальных течений сравнительно мало зависят от режима работы ступени 1. В
опытах отклонение угла γ 0− 2 не превышало ± 5о. Обращает на себя внимание разница
углов γ 2−1 − γ 0− 2 > 0 , т.е. в МСЗ поток получает дополнительную закрутку, обусловленную эжектирующим действием потока G T2 в отборный патрубок.
Отмеченные изменения структуры потока в МСЗ при отклонении режима работы
ступени 1 от оптимального вызваны взаимодействием потоков в МСЗ и камерах А и Б. В
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
половине камеры А 1 (от θ=0° до θ=180°) течение отбираемого воздуха G T1 в патрубок 1
совпадает с отрицательно закрученным сквозным потоком в МСЗ, а в половине камеры
А 2 (от θ=180° до θ=360° эти потоки имеют противоположные направления. Это приводит к перераспределению массы отбираемого воздуха по патрубкам отбора.
Рис. 3. Параметры потока в различных сечениях по окружности проточной части и
сечении 2-1 на выходе из ступени 1 при Gт=0,42, α2-1ср≈90о(x=0,58) и нескольких
значениях координаты θ по окружности: 1- θ=0º; 2- θ=135º; 3- θ=191º; 4- θ=281,5º
При x1 < x1oï ò расход G T1 >G T2 [4]. При x1 =x1oï ò , т.е. при осевом выходе из РК1,
расходы G T1 и G T2 равны. При режимах x1 >x1oï ò опытным путем установлено, что
G T1 <G T2 .
Таким образом, представленный анализ результатов экспериментального исследования структуры потока в МСЗ модели ОДО при переменных режимах работы предотборной ступени и разных значениях расхода воздуха в отбор дает определенные представления об изменении условий течения рабочего тела в проточной части. Это позволяет конструктору теплофикационных паровых турбин обоснованно проектировать камеры
отбора пара и лопаточные решетки околоотборных ступеней. Представленные результа48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
ты физического эксперимента необходимы при моделировании течения численными методами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гоголев, И.Г. Аэродинамические характеристики ступеней и патрубков тепловых турбин / И.Г. Гоголев,
А.М. Дроконов.- Брянск: Грани, 1995.-258с.
2. Голощапов, В.Н. Влияние конструктивных элементов проточной части на распределение параметров за
направляющим аппаратом/ В.Н. Голощапов, Ю.В. Гречаниченко // Теплоэнергетика. – 1979. -№10.-С.5357.
3. А.с.1716174 СССР. Установка для исследования параметров потока в отсеках турбин / И.Г. Гоголев, Р.В.
Кузьмичев, А.А. Кочегаров, А.В. Осипов, В.А. Дьячков.- Зарег. в ГРИ СССР 01.11.91; Бюл. №8.
4. Гоголев, И.Г. Исследование пространственной структуры потока в камере отбора теплофикационной
паровой турбины / И.Г. Гоголев, В.Т. Перевезенцев, А.В. Осипов, В.В. Тарасов// Теплоэнергетика.1979.- №3. –С.48-51.
Материал поступил в редколлегию 1.10.08.
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
УДК 658.512.011.56
А.Л. Сафонов
ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ
РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНИТЕЛЕЙ
Приведены методики для расчета тепловых режимов работы электрических соединителей. Рассмотрено
применение метода конечных элементов для определения температурных полей в сечении электрического
соединителя.
Ключевые слова: электрический соединитель; температурный расчет; стационарное температурное поле;
метод конечных элементов.
В связи с уменьшением размеров компонентов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА)
и одновременным увеличением их энергонасыщенности остро встает вопрос об обеспечении равных условий работы всех контактных пар и создании равномерной тепловой нагрузки по всему сечению компонента.
Существующая в настоящее время методика определения предельно допустимых
значений электрических параметров и режимов эксплуатации электрических соединителей имеет ряд недостатков. По данной методике определяются, в частности, максимально
допустимый ток, который может проходить через конкретный контакт соединителя с учетом допустимого перегрева и теплостойкости материала изолятора, группы контактов и
ток, проходящий через них. Затем находится допустимая суммарная токовая нагрузка на
соединитель в целом. Дополнительно уточняется величина максимального тока на одиночный контакт при 10%-й нагрузке от величины максимального тока, приходящегося на
остальные контакты. Вносятся ограничения по нагружению током соседних контактов (в
основном по результатам испытаний и ранее накопленным статистическим данным, полученным в процессе эксплуатации соединителей-аналогов).
Результаты испытаний показывают, что практически у всех соединителей имеется
возможность увеличения суммарной токовой нагрузки на 10-15 % при обеспечении всех
требований по надежности и сроку эксплуатации. Это указывает на необходимость уточнения методики определения предельно допустимых значений электрических параметров
и режимов эксплуатации соединителей. Создание рационального теплового режима работы электрических соединителей позволит решить целый ряд технических проблем, возникающих при их эксплуатации в составе РЭА [1].
Рабочая температура электрического соединителя складывается из температуры окружающей среды и температуры перегрева контактов:
t c = t ос + t пк ,
где tc – температура соединителя, оС; tос – температура окружающей среды, оС; t пк – температура перегрева контактов, оС.
Температура окружающей среды – внешний фактор, который необходимо учитывать
при расчете теплостойкости материалов изоляторов, контактов, покрытий, припоев и соединителя в целом. Минимально возможная рабочая температура соединителей обеспечивается путем снижения температуры перегрева контактов, максимального отвода тепла от
соединителя, оптимального распределения токовой нагрузки на контакты в зависимости
от их расположения в соединителе.
Температуру перегрева контактной пары при конкретной токовой нагрузке можно
снижать путем применения материалов с повышенной электро- и теплопроводностью, покрытий с малым удельным сопротивлением и температурным коэффициентом сопротив50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
ления, стойких к агрессивным средам, а также путем повышения контактных давлений,
способных разрушать в процессе работы окисные пленки.
Максимальный отвод тепла от соединителя в окружающую среду достигается применением материалов контактных пар, изоляторов и корпусов с высокой теплопроводностью, а также применением дополнительных конструктивных элементов в изоляторах и
корпусах, обеспечивающих наибольшую поверхность теплоотдачи.
И, безусловно, важным фактором обеспечения нормальной работы соединителя является рациональное распределение токовой нагрузки на его контакты. Контакты в соединителе ввиду их различного расположения (в крайних рядах или в центре соединителя) в
процессе эксплуатации испытывают разные тепловые нагрузки из-за неравных условий
теплоотвода и взаимного влияния их температурных полей друг на друга. Это относится и
к участкам изолятора, находящимся вокруг данных контактов. В связи с этим возникает
необходимость такого распределения требуемой суммарной токовой нагрузки между
контактами, чтобы во всем объеме соединителя и на всех его участках обеспечивалась
примерно равная температура.
Требования по надежности к электрическим соединителям предусматривают определенную минимальную наработку соединителей в определенных температурных режимах.
По сложившимся на сегодня нормам она устанавливается в пределах от 500 до 20000 ч в
допустимом температурном режиме эксплуатации. Каждому значению минимальной наработки соответствуют допустимые значения температурных режимов эксплуатации соединителя, которые рассчитываются по формуле [2]
t мi =
(t мо
B(t мо + 273)
− 273 ,
+ 273)(ln τ нi − ln τ но ) + В
где i = 1…n – порядковый номер указанных в общих технических условиях (ОТУ) значений минимальной наработки соединителя; t мi – допустимые значения температурных режимов эксплуатации соединителя, оС; τ нi – значения минимальной наработки, ч; В –
энергетический параметр (для основной массы соединителей этот параметр принимается
равным 7000); τ но – нижнее из указанных в ОТУ значений минимальной наработки соеди-
нителя (принимается равным 100 ч), ч; t мо – максимальная температура эксплуатации соо
единителя, С.
t мo =
(t мтз
B(t мтз + 273)
− 273 ,
+ 273)(ln τ но − ln τ нтз ) + В
где t мтз – максимальная температура эксплуатации соединителя, указанная в техническом
задании (ТЗ), оС; τ нтз – минимальная наработка соединителя по ТЗ, ч.
Указанные в ТЗ значения t мтз и τ нтз являются исходными данными для расчета минимальной наработки в других температурных режимах, включая максимально допустимые температурные режимы соединителя. При анализе зависимости величины минимальной наработки соединителей от допустимых значений температурных режимов их эксплуатации, которая выражается в виде функции
τ нi = F (t мi ) ,
можно установить следующее: для основной массы соединителей снижение температуры
эксплуатации в 1,5 раза позволит увеличить минимальную наработку в 7-8 раз и довести
ее до 150…180 тыс. ч. Эту зависимость можно проследить на примере соединителей серии
СНП-268 [3] (аналог серии D-Sub):
Температурный режим, оС
115
110
95
51
92
89
85
82
75
72
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Гамма-процентная
наработка до отказа х103,ч
20
25
30 40 50 80 100 130 150 175
С учетом изложенного трудно переоценить значение создания оптимального теплового режима эксплуатации для электрических соединителей.
Материалами, для которых рассматриваются температурные ограничения, являются
термопластичные материалы для изготовления изоляторов и материалы покрытий контактных пар. В некоторых случаях в этот ряд включаются и материалы для изготовления
контактных электродов. Для изготовления изоляторов широкое применение – как на отечественных предприятиях, так и за рубежом – нашли такие термопластичные материалы,
как поликарбонаты и техномиды (пластмассы на основе полиамидных смол ПА-6 и ПА-66
с различным процентным содержанием наполнителя-стекла). По теплостойкости они
удовлетворяют указанному диапазону температур эксплуатации соединителей.
Для подавляющего большинства металлов, используемых для изготовления и покрытия контактов, допустимую максимальную температуру эксплуатации приходится ограничивать, потому что повышенная температура приводит к прогрессивному образованию
плохопроводящих окислов, увеличивающих переходное сопротивление контактов. На основе проведенных исследований Международная электротехническая комиссия (МЭК)
установила, что для серебряных и серебросодержащих покрытий контактов в воздухе допустимая температура эксплуатации ограничивается только теплостойкостью изоляционных и пружинных частей [4]. Основанием для этого послужило то, что серебро ведет себя
иначе, чем другие контактные материалы: окислы серебра с повышением температуры
разрушаются, а переходное сопротивление контактов при этом не увеличивается, а наоборот, уменьшается. Поверхностные пленки при этом легко разрушаются при контактном
нажатии в несколько десятков граммов. Это подтверждено и многолетней практикой применения серебряных покрытий на ФГУП «Электродеталь» [5].
Однако для электрических соединителей, за исключением соединителей с нулевым
усилием сочленения, необходимо иметь в виду, что в процессе их сочленения и расчленения контакты скользят относительно друг друга, поэтому приходится учитывать так называемое явление заедания. При повышенном нагреве скользящих контактов, покрытых серебром, трение между ними возрастает настолько, что их трудно бывает расчленить. Это
происходит из-за того, что окислы, находящиеся на поверхности контактов и являющиеся
своеобразной смазкой, при повышенной температуре разрушаются, трение резко возрастает, и при достаточном контактном нажатии в течение определенного времени на контактах в результате диффузии возникают очаги холодной сварки [6].
Результаты исследований ряда институтов и работы, проводимые на ФГУП «Электродеталь», позволили определить оптимальные значения
температур, в интервалах которых целесообразно использовать серебро и серебряные покрытия электрических контактов, работающих в режиме сочленения и расчленения. Зависимость коэффициента трения серебряных контактов от температуры определялась по схеме, изображенной на рис. 1.
Контакты 1 и 2, прижатые друг к другу силой P, нагревались
посторонним источником 3. Определялась сила F, необходимая для перемещения контакта 1 относительно контакта 2. На
рис. 2 приведена полученная зависимость коэффициента
Рис. 1. Схема определения зависимости коэффициента трения от температуры
трения μ =
F
от температуры. Установлено, что при темпеP
ратуре выше 120 ˚С коэффициент трения серебра резко возрастает. Поэтому в электрических соединителях целесообразно использовать серебряные
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
покрытия для контактных пар при температуре до 120˚С. Применение серебряных покрытий с добавкой сурьмы позволяет несколько повысить температуру эксплуатации контактов.
Что касается покрытия контактов золотом и его сплавами, то здесь допустимая температура эксплуатации может достигать более высоких значений (без значительного
ухудшения электрических и механических
параметров контактов) и находиться в пределах 160…180˚С.
Существующая практика применения
в радиоэлектронной аппаратуре электрических соединителей с изоляторами из термопластичных материалов – как зарубежного,
так и отечественного производства - показывает, что на современном этапе максимальная температура эксплуатации в пределах 115…125 ˚С (с учетом перегрева конРис. 2. Зависимость коэффициента трения
тактов) является достаточной. Эти значения
от температуры
температур фактически регламентированы
и в действующей нормативно-технической
документации (НТД) [7].
В данной статье рассмотрены основные принципы и подходы к решению задачи определения теплового режима работы электрического соединителя. Решение этой задачи
позволит оценить работоспособность электрического соединителя с точки зрения обеспечения требуемых температурных режимов эксплуатации на стадии проектирования и тем
самым исключить экономические издержки по устранению несоответствий при изготовлении опытных серий соединителей.
При определении реального теплового режима электрического соединителя необходимо учитывать следующие основные факторы: температуру окружающей среды; количество тепла, выделяемого на каждой контактной паре соединителя; суммарное количество
тепла, выделяемого на соединителе; количество тепла, которое может рассеять соединитель в окружающую среду; технические характеристики материалов, из которых изготовлен соединитель. Все эти факторы должны определяться и учитываться при установившемся режиме работы соединителя. За установившийся режим работы соединителя принимается такой режим, при котором в течение 15 мин температура перегрева контактов
изменяется не более чем на 1˚C. Под температурой перегрева контактов понимается разность температуры контактов электрического соединителя и температуры окружающей
среды при прохождении через них электрического тока.
При прохождении электрического тока через контакт на нем выделяется мощность в
виде тепла, равная произведению квадрата силы тока на сопротивление контакта:
P = I 2 Rк ,
(1)
где Р – мощность, выделяемая на одной контактной паре соединителя, Вт; I – ток, проходящий через контактную пару, А; R к – полное сопротивление контактной пары, Ом.
Необходимо различать два тепловых режима работы контактов. Первый режим характеризуется температурой локального перегрева, второй – температурой перегрева контактных электродов, т.е. тела контактов. Для надежной работы электрических соединителей в составе РЭА необходимо, чтобы тепловые режимы работы контактов под токовой
нагрузкой не приводили к физико-химическим изменениям, как в самой контактной паре,
так и в изоляторе, в котором они установлены [8].
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
При прохождении электрического тока через контактную пару температура в зоне
контактирования почти мгновенно достигает своего максимального значения. Уже через
1∙10-4…5∙10-3 с тепло, выделяемое в области контактирования, компенсируется теплом,
отдаваемым областью контактирования контактным электродам [4]. Разность между температурой в точках контактирования и температурой контактных электродов называется
температурой локального перегрева контакта. Температура локального перегрева контакта не должна достигать значений, при которых значительно изменяются механические
свойства материала контакта или его покрытия (наступает размягчение или плавление и
т.п.), повышается химическая активность, вызывающая повышенное пленкообразование.
Соотношение между температурой локального перегрева и падением напряжения на
переходном сопротивлении контакта [1]:
θ1 = −T + T +
2
2
U пер
,
4L
где θ1 – температура локального перегрева, К; Т – температура контактного электрода, К;
U пер – падение напряжения на переходном сопротивлении, В; L – коэффициент Видемана-
Лоренца, равный 2,4∙10-8 В2/K.
Падение напряжения на переходном сопротивлении определяется согласно закону
Ома:
U пер = Rпер I ,
где Rпер – сопротивление переходной зоны, Ом; I – сила тока, проходящего через контакт, А.
Допустимая температура перегрева контактных электродов электрических соединителей также ограничивается физико-химическими и электрическими свойствами применяемых материалов. Критичными в этом отношении являются металлы покрытий контактов и пластмассы изоляторов (особенно термопластичные материалы).
Для определения температурных полей в изоляторе электрического соединителя
предлагается использовать метод конечных элементов (далее МКЭ) [9–11] – один из самых эффективных современных методов численного решения инженерных, физических и
математических задач с применением вычислительной техники. Этот метод с успехом используется для решения различных физических задач и может быть эффективно применен
в нашем конкретном случае. Он основан на минимизации функционала, математически
эквивалентного дифференциальному уравнению, описывающему задачу теплопроводности. Основная идея МКЭ состоит в том, что любую непрерывную величину, в нашем случае температуру, можно аппроксимировать дискретной моделью, которая строится на
множестве кусочно-непрерывных функций, определенных на конечном числе подобластей. В конечном итоге необходимо решить систему линейных алгебраических уравнений:
[ K ] ⋅ {T } = {P} ,
(2)
где [К] – матрица теплопроводности; {P} – вектор узловых нагрузок; {Т} – искомый вектор температур в узлах.
Для решения задачи определения температурных полей в изоляторе электрического
соединителя предлагается использование двухмерной задачи стационарного теплового
поля. Переход к двухмерной задаче от реального трехмерного тела соединителя (рис. 3)
связан со значительным упрощением задачи. Для упрощения дальнейших расчетов сделаем следующие допущения, которые не повлияют в значительной степени на конечный результат:
1. Контактную пару «гнездо-штырь» считаем сплошным металлическим стержнем,
на котором при пропускании через него электрического тока выделяется определенная
мощность в виде тепла, согласно формуле (1).
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
2. Изолятор соединителя считаем цельным и однородным.
3. Считаем, что контакты плотно прилегают к изолятору.
4. Коэффициент теплопередачи от металла (контакта) к пластмассе (изолятору) принимаем равным постоянной величине, не зависящей от разности температур между металлом и пластмассой.
5. Коэффициенты теплопередачи от пластмассового изолятора и хвостовиков контактов в окружающую среду (в большинстве случаев это воздух) принимаем равными постоянным величинам.
6. Температуру окружающей среды считаем постоянной и не изменяющейся из-за рассеивания определенного количества тепла от электрического соединителя.
На основании изложенного разработан программный модуль, реализующий задачу теплопроводности
МКЭ. Результаты работы модуля представлены на рис. 4.
Созданная программа выполняет разбиение области на
треугольные элементы (триангуляцию) с задаваемой степенью дискретизации. После разбиения области составляются матрица теплопроводности и вектор узловых нагрузок. Их формирование широко освещено в литературе
[9–11]. Далее система линейных алгебраических уравнений (2) решается любым из известных методов (в нашем
случае применялись модифицированный метод Гаусса и
Рис. 3. Конструкция электрического
метод градиентного спуска), и находится вектор узловых
соединителя: 1– розетка; 2 – вилка;
температур.
3 – контакт вилки (штырь); 4 –
Очень важным моментом в применяемой методике
изолятор вилки; 5 – изолятор ронахождения температурных полей является учет граничзетки; 6 – контакт розетки (гнездо)
ных условий. В нашем случае рассматривались два вида
граничных условий:
1. Конвективный теплообмен с внешней средой (отдача тепла электрическим соединителем в окружающую среду через боковые и торцевые грани изолятора соединителя).
Тепловой поток, теряемый при конвекции, Вт/м2:
q = h(T − T∞ ) ,
o
где h – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м∙ С), зависящий от большого числа факторов (при
естественной конвекции на воздухе рекомендованное значение его равняется 15Вт/(м∙oС)
[10]); Т – температура точки боковой грани изолятора, oС; Т ∞ - температура окружающей
среды, oС.
Учет конвективного теплообмена достигается добавлением соответствующих выражений к компонентам матрицы теплопроводности и вектора нагрузок, соответствующих
граничным узлам [9].
2. Точечный источник тепла в узлах соответствующих контактов. Как уже отмечалось, полное количество тепла (Вт), генерируемое одной контактной парой «штырьгнездо» электрического соединителя при прохождении через нее электрического тока, определяется выражением
Qкон = I 2 Rк ,
(3)
где I – сила тока, проходящего через контактную пару, А; R к – полное сопротивление
контакта (сумма омического сопротивления контактных электродов и переходного сопротивления), Ом. На данном этапе работы величина сопротивления контактной пары использовалась как заданная; в дальнейшем же эту величину предполагается определять
расчетным методом по формулам, основанным на работах Герца, Хольма и др.
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Применительно к принятому двухмерному упрощению зависимость (3) будет выглядеть следующим образом:
Q=
Qконт
η,
s
где s – толщина соединителя (расстояние между плоскостями, на которых располагаются хвостовики контактов), м; η – безразмерный коэффициент, показывающий, какая часть
выделенного контактной парой тепла рассеивается в окружающую среду через боковые
грани соединителя (остальная часть тепловой энергии отводится через хвостовики контактов и присоединенные к ним провода, а также через торцевые грани соединителя). Коэффициент определяется эмпирически для каждого типа контактных пар. В данном случае
для ножевой контактной пары (плоский штырь – плоское гнездо) был установлен коэффициент 0,52. Для определения величины коэффициента была проведена серия экспериментов. Предстоит серьезная работа по созданию методологии определения коэффициента η
(как экспериментальной, так и теоретической его составляющих частей):
1) определение коэффициента η для основных типов контактных пар (плоских (ножевых), цилиндрических, гиперболоидных, комбинированных и др.);
2) создание методики учета основных параметров контактной пары (размеров, материала контактных электродов и их покрытия, усилий контактного давления и т.д.) в величине коэффициента η.
Величина Q добавляется к вектору нагрузки, точнее, к его компоненте, которая соответствует глобальной степени свободы, отнесенной к данному узлу.
Разработанный модуль позволяет рассчитывать температурное поле, устанавливающееся в наиболее температуронагруженном сечении соединителя. Если температуру окружающей среды принять за нулевую отметку (температура среды равна 0), то результат
расчета следует считать перегревом соединителя – разницей между температурой точки
соединителя и температурой окружающей среды.
На рис. 4 проиллюстрирован результат расчета. В данном примере электрический
соединитель нагружался электрическим током равномерно (сила тока на каждый контакт
соединителя – 1А). На рис. 4, 5 приведена температура перегрева. Как и следовало предположить, при равномерной токовой нагрузке наиболее нагретой частью является центр
соединителя, о чем свидетельствует цветовая гамма.
Рис. 4. Распределение температурных полей в соединителе
Появляется возможность корректировки схемы токового нагружения по результатам
расчета температурного поля электрического соединителя и анализа графического изображения его распределения. В областях с критическими температурами следует снижать
токовые нагрузки на контакты, а в областях с пониженными температурами перегрева –
увеличивать. Такая корректировка схемы нагружения с учетом конкретных условий позволяет обеспечить рациональную токовую нагрузку по всему соединителю. На рис. 5
представлена картина температурных полей для откорректированной схемы токового на56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
гружения контактов (крайние левый и правый ряды нагружены вдвое большей силой тока). Как видно из результатов расчета, повышение суммарной токовой нагрузки привело
лишь к незначительному увеличению максимальной температуры.
Рис. 5. Распределение температурных полей в соединителе
для откорректированной схемы токовой нагрузки
Результатом анализа конкретного соединителя в конечном счете является оценка его
пригодности, с точки зрения температурного режима эксплуатации, к работе в заданных
условиях. Разработанный метод определения фактических температур в соединителе показал достаточную точность прогноза режима работы. Разница максимальных температур,
определенных расчетным путем на стадии проектирования с использованием этого метода, и результатов реальных инструментальных замеров, полученных на натурных образцах соединителей, не превышает 8…10%
По мнению автора, такие результаты, достигнутые уже на данном этапе разработки,
позволяют применять описанную методику при проектировании новых типоконструкций
электрических соединителей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Сафонов, Л. Электрические прямоугольные соединители. Рекомендации по практическому применению
в РЭА / Л.Сафонов, А.Сафонов // Технологии в электронной промышленности. – 2007. – №5. – С. 58-63.
ОСТ 869-92. Прямоугольные соединители. Общие технические условия.
Шаманов, Н. Прямоугольные соединители ФГУП «Карачевский завод «Электродеталь» / Н. Шаманов,
И. Носов, В. Пивоваров // Электронные компоненты. – 2003. – №1. – С. 44-47.
Левин, А.П. Контакты электрических соединителей радиоэлектронной аппаратуры (расчет и конструирование) / А.П. Левин. – М.: Советское радио, 1972. – 216 с.
Сафонов, Л. Электрические прямоугольные соединители. Электролитическое получение серебряных и
золотых покрытий повышенной твердости и износоустойчивости / Л.Сафонов, А.Сафонов // Технологии
в электронной промышленности. – 2007. – №7. – С. 54-59.
Хольм, Р. Электрические контакты / Р. Хольм. – М.: Изд-во иностр. лит., 1961. – 464 с.
Сафонов, Л. Электрические прямоугольные соединители. Анализ физических процессов, происходящих
в контакте / Л. Сафонов, А.Сафонов // Компоненты и технологии. – 2007. – № 7. – С. 43-48.
Белоусов, А.К. Электрические разъемные контакты в радиоэлектронной аппаратуре / А.К. Белоусов,
В.С. Савченко. – М.: Энергия, 1975. – 320 с.Мельников, С.И. Технология производства электрических
соединителей / С.И. Мельников. – М.: Энергия, 1979. – 110 с.
Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич. – М.: Мир, 1975. – 543 с.
Галлагер, Р. Метод конечных элементов / Р. Галлагер. – М.: Мир, 1984. – 428 с.
Сегерлинд, Л. Применение метода конечных элементов / Л. Сегерлинд. – М.: Мир, 1979. – 393 с.
Лариков, Н.Н. Теплотехника: учеб. для вузов / Н.Н. Лариков. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1985. – 432 с.
Фокин, В.М. Основы технической теплофизики / В.М. Фокин, Г.П. Бойков, Ю.В. Видин. – М.: Изд-во
иностр. лит., 2004. – 464 с.
Материал поступил в редколлегию 12.11.08.
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
МАШИНОСТРОЕНИЕ
ТЕХНОЛОГИЯ, ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
УДК 685.6
И.А. Барабанова
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К СОДЕРЖАНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ
СТАНДАРТОВ НА РАЗМЕРНЫЙ РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
Рассмотрены вопросы стандартизации размерных режущих инструментов. Предложен новый методологический подход к содержанию и оформлению стандартов на инструменты. На примере метчиков разработаны
проекты новых стандартов, устанавливающие современные научно обоснованные положения и требования к
изготовлению и применению размерных режущих инструментов, которые могут явиться основой для разработки стандартов организаций или обновления действующих национальных стандартов.
Ключевые слова: стандартизация; размерные режущие инструменты; метчики; стандарт изготовителя; стандарт приобретателя.
Требования стандартов формируют качество и конкурентоспособность машиностроительной продукции, однако в настоящее время значительная их доля требует пересмотра и обновления. Недостаточный научно-технический уровень стандартов на размерный режущий инструмент в производственных условиях зачастую приводит к невозможности гарантированного обеспечения заданной точности обработки деталей, что определяет объективную необходимость и актуальность обновления положений этих документов.
Для повышения эффективности применения стандартов основные показатели и характеристики размерных режущих инструментов целесообразно регламентировать двумя
основными видами документов, в одном из которых содержатся требования к потребительским свойствам и техническим характеристикам инструмента (стандарт приобретателя), а в другом – требования к его изготовлению (стандарт изготовителя). Структурная
схема формирования стандартов на размерные режущие инструменты представлена на
рис.1.
Параметры инструмента подразделяются на три основные категории: конструктивные (номинальный, габаритные, присоединительные и др. размеры), параметры точности
(исполнительные размеры, предельные отклонения исполнительных размеров, классы
точности инструмента) и технические условия.
К основным потребительским характеристикам размерного режущего инструмента в
общем случае относятся:
- показатели назначения, характеризующие способность объекта выполнять его основные функции (предназначение) при заданных условиях (для инструмента – параметры
точности, определяющие точность обрабатываемого размера);
- конструктивные требования, определяющие конкретные конструктивные решения,
обеспечивающие наиболее эффективное выполнение объектом его функций (для инструмента – номинальный, габаритные и присоединительные размеры, типы и конструктивные
исполнения).
Кроме того, потребителю необходимо знать условия и правила хранения и транспортирования, эксплуатации, технического обслуживания, ремонта и утилизации объекта
стандартизации, соблюдение которых обязательно для сохранения его заявленных потребительских свойств.
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таким образом, стандарт приобретателя включает минимальные оптимальные требования к объекту стандартизации, обеспечение которых гарантирует безопасность и высокое качество его использования в соответствии с назначением.
Стандарт изготовителя, в свою очередь, основываясь на требованиях стандарта приобретателя, содержит основные положения и требования по изготовлению объекта стандартизации с заданными потребительскими свойствами. Для размерных режущих инструментов в таком документе регламентируются:
1) классификация, основные параметры и размеры;
2) технические требования к изготовлению, в том числе к самому инструменту, материалам и комплектующим изделиям, технологическому оборудованию и оснастке, общие требования к организации и осуществлению технологических процессов производства и др.;
3) требования к маркировке, упаковке, транспортированию и хранению;
Параметры размерного режущего инструмента
конструктивные
точности
технические условия
- номинальный размер;
- габаритные и присоединительные
размеры;
- другие
- исполнительные
размеры;
- предельные отклонения;
- классы точности
инструмента
- материал и его физикохимические и механические
свойства;
- шероховатость рабочих
поверхностей инструмента;
- отклонения формы и расположения поверхностей;
- правила маркировки, упаковки, транспортирования и
хранения;
- правила приемки;
- методы контроля и испытаний;
- условия эксплуатации
Методики выбора
и расчета конструктивных размеров
инструмента
Методики расчета
допусков и исполнительных размеров
инструмента
Стандарт приобретателя
Методики
назначения
технических
условий
Стандарт изготовителя
Комплект стандартов на размерный инструмент
Рис.1. Структурная схема формирования стандартов на размерные режущие инструменты
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4) правила приемки, определяющие порядок проверки инструмента на соответствие
установленным требованиям с указанием видов испытаний (приемосдаточные, периодические, типовые, квалификационные и др.) и нормативной документации;
5) требования к методам контроля (испытаний, анализа, измерений), в том числе к
условиям и средствам контроля, порядку его подготовки и проведения, правилам обработки и оформления результатов и др.
Таким образом, стандарт изготовителя включает минимальные оптимальные по составу и содержанию технические и технологические требования к объекту стандартизации
на стадии его изготовления.
Методическое обеспечение выбора и расчета конструктивных размеров инструментов, а также назначения параметров технических условий с научной точки зрения исследовано достаточно полно, подтверждено практически и успешно применяется в стандартах. В то же время методическое обеспечение стандартизации точности исполнительных
размеров требует дополнительного научно-методологического исследования для каждого
конкретного вида размерного инструмента (метчика, протяжки, сверла, зенкера, развертки) с учетом специфики его применения и изготовления.
Одним из самых сложных размерных режущих инструментов является метчик, который имеет несколько исполнительных размеров, переносимых на деталь при обработке.
Анализ требований действующих стандартов на метчики выявил целый ряд их недостатков в части назначения допусков на изготовление исполнительных размеров, на практике
приводящих к невозможности обеспечения заданной точности внутренних резьб стандартными метчиками при машинной обработке.
Для устранения выявленных несоответствий положений стандартов разработаны новый научно-методологический подход и методика расчета допусков и исполнительных
размеров метчиков, учитывающие все особенности резьбообразования [1]. Допуски и исполнительные размеры инструментов рассчитываются исходя из величины допуска формируемого отверстия, наличия запаса на размерный износ метчика и возможности осуществления контроля отверстия резьбовыми калибрами, а также с учетом влияния разбивки,
погрешностей изготовления собственного среднего диаметра, шага и угла профиля резьбы
инструмента и способа его подачи при обработке.
На основе методологического подхода к содержанию и оформлению стандартов на
размерный режущий инструмент разработаны проекты новых документов, а именно стандарта приобретателя «Метчики режущие машинно-ручные для метрической резьбы. Основные параметры и технические характеристики» и стандарта изготовителя «Метчики
режущие машинно-ручные для метрической резьбы. Технические условия», включающие
минимально необходимые требования по изготовлению и применению метчиков.
Проект стандарта приобретателя «Метчики режущие машинно-ручные для метрической резьбы. Основные параметры и технические характеристики» распространяется на
машинно-ручные метчики для формирования метрической резьбы по ГОСТ 24705-81
«Резьба метрическая. Основные размеры», устанавливает основные конструктивные размеры и технические характеристики машинно-ручных метчиков 1, 1А, 2, 3 и 4 классов
точности, условия их эксплуатации, хранения, транспортирования и включает два основных раздела:
1. Основные параметры и технические характеристики (устанавливает основные
конструктивные размеры, классы точности и рекомендации по их применению, необходимые для эффективного использования инструментов в соответствии с назначением):
1.1. Типы, габаритные и присоединительные размеры машинно-ручных метчиков
для метрической резьбы из ГОСТ 3266-81 «Метчики машинно-ручные. Конструкция и
размеры» без изменений.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.2. Классы точности машинно-ручных метчиков и рекомендации по их применению
в зависимости от способа подачи инструмента при обработке – принудительно (с подачей,
равной шагу резьбы) или самозатягиванием – в соответствии с вновь разработанными научно обоснованными положениями [1] (табл. 1).
Таблица 1
Рекомендации по применению метчиков
Степень точности
Класс точности
и поле допуска
Способ подачи метчика
формируемой резьбы
1
4Н
Самозатягивание
1А
4Н
Принудительная подача
1А
5Н
2
6Н; 5G
Любой
3
7Н; 6G; 7G
4
7Н
Самозатягивание при ручной обработке
Примечание. Разделение метчиков классов 1 и 1А в зависимости от способа подачи инструмента при
обработке: класс 1 – для работы самозатягиванием; класс 1А – для работы с принудительной подачей, равной шагу резьбы. Метчики классов точности 2 и 3 предназначены для работы любым методом.
2. Условия эксплуатации, транспортирования и хранения (устанавливает основные
условия эксплуатации, транспортирования и хранения, соблюдение которых необходимо
для сохранения потребительских свойств инструмента):
2.1. Условия эксплуатации из ГОСТ 3449-84 «Метчики. Технические условия» в новой редакции.
Выбор переднего угла метчиков показан в табл.2.
Таблица 2
Передний угол метчика
Угол γ ,°
Обрабатываемый материал
Чугун, бронза, сталь ( σв > 800 МПа)
Сталь ( σв = 500...800 МПа)
Сталь ( σв < 500 МПа)
Легкие сплавы
Скорость резания и обрабатываемый материал выбираются
чики. Технические условия» (табл.3).
5
10
15
20
из ГОСТ 3449-84 «Мет-
Таблица 3
Скорость резания и обрабатываемый материал для машинно-ручных метчиков
Номинальный
Скорость резания,
Обрабатываемый
диаметр d, мм
м/мин
материал
От 1,0 до 1,8
2,0±0,3
От 1,8 до 2,5
3,5±0,5
Сталь марки 45
От 2,5 до 5,5
по ГОСТ 1050-88,
4,5±0,7
НВ 197…212
От 5,5 до 12,0
10,0±1,5
От 12,0 до 52,0
12,0±1,5
В качестве смазочно-охлаждающей жидкости применяется 5%-й (по массе) раствор
эмульсола в воде (с расходом не менее 5 л/мин), 5%-я эмульсия «Укринол-1», масляная
СОЖ МП-IV или аквол.
2.2. Транспортирование и хранение по ГОСТ 18088-83 «Инструмент металлорежущий, алмазный, дереворежущий, слесарно-монтажный и вспомогательный. Упаковка,
маркировка, транспортирование и хранение».
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ТPc=
=0,33ТD2
fPo
fPo
D2
0
Ти min=Σes(ПР)
es
eimin
fαo
ТP=0,33ТD2
fαo
fαo
es
Td2o
ei
Td2o
ei
Ти=0,33ТD2
eimin
Td2o
Td2o
fPo
Td2o
es
ei
fPo
es
fαo
Ти=0,33ТD2
es
fPo
d2o (1А)
fαo
ei
Ти min=Σes(ПР)
TD2
∑Td2o пр
4Н
(S=P)
d2o (4)= d2o (3)
Класс 1A
Ти=0,3ТD2(5)
Класс 1
(S≠P)
d2o (1)
5Н
ТPc=
=0,33ТD2
Метчик
d2o (2)
6Н
ТPc=0,33ТD2
Класс 2
d2o (3)
Гайка
ТPc=0,33ТD2
Проект стандарта изготовителя «Метчики режущие машинно-ручные для метрической резьбы. Технические условия» распространяется на машинно-ручные метчики для
формирования метрической резьбы по ГОСТ 24705-81 «Резьба метрическая. Основные
размеры», устанавливает конструктивные размеры метчиков, технические требования к их
изготовлению и включает пять основных разделов:
1. Конструктивные параметры метчиков:
1.1. Конструктивные размеры метчиков из ГОСТ 3266-81 «Метчики машинноручные. Конструкция и размеры» без изменений.
1.2. Предельные отклонения размеров метчиков из ГОСТ 3449-84«Метчики. Технические условия».
2. Технические требования (регламентирует требования к точности исполнительных
размеров метчиков, твердости и шероховатости поверхности инструментов, способам изготовления и др.):
2.1. Точность машинно-ручных метчиков для метрической резьбы в зависимости от
способа подачи при обработке (табл.1).
2.2. Исполнительные размеры режущих машинно-ручных метчиков в соответствии с
новым научно-методологическим подходом (рис. 2, табл. 4).
Класс 3
Класс 4
+ES
7Н
0
Рис. 2. Схема расположения полей допусков на исполнительные размеры
режущих машинно-ручных метчиков классов точности 1, 1А, 2, 3, 4
2.3. Технические требования к твердости, шероховатости поверхностей, материалам,
способам изготовления и обработки метчиков из ГОСТ 3449-84«Метчики. Технические
условия» в части машинно-ручных метчиков для метрической резьбы.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 4 (фрагмент)
Исполнительные размеры резьбы машинно-ручных метчиков (мм)
Номиналь
ный
диа
метр
резь
бы
D
1
1,1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
Шаг
резь
бы Р
Наружный
диаметр d о и его
предельное отклонение
Наибольший
Наименьший
1,020
1,022
1,120
1,022
1,220
1,222
1,420
1,424
1,620
1,627
1,820
1,827
2,024
2,028
Средний диаметр резьбы
d 2oнаиб.
Внутренний
диаметр
d 1о наиб.
и его нижнее предельное отклонение
для класса точности
1
1A (S=P)
2
3
4
0,888 -0,007
0,858 -0,009
0,988 -0,007
0,958 -0,009
1,088 -0,007
1,058 -0,009
1,288 -0,007
1,227 -0,011
1,489 -0,008
1,396 -0,010
1,689 -0,008
1,596 -0,010
1,860 -0,011
1,765 -0,012
0,893 -0,007
0,864 -0,009
0,993 -0,007
0,964 -0,009
1,093 -0,007
1,064 -0,009
1,293 -0,007
1,233 -0,011
1,494 -0,008
1,403 -0,010
1,694 -0,008
1,603 -0,010
1,866 -0,011
1,772 -0,012
0,902 -0,011
0,873 -0,012
1,002 -0,011
0,973 -0,012
1,102 -0,011
1,073 -0,012
1,302 -0,011
1,241 -0,011
1,503 -0,011
1,415 -0,015
1,703 -0,011
1,615 0,014
1,874 -0,011
1,785 -0,015
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
49,101 -
49,129 -
49,157 -
49,157 -
Предельные отклонения шага
резьбы ±∆Р о
для класса точности
Предельные отклонения половины угла профиля ±∆α о /2
для класса точности, мин
1
2
3
4
1
2
3
4
0,768
0,715
0,868
0,815
0,968
0,915
1,168
1,055
1,368
1,201
1,568
1,401
1,715
1,547
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,001
0,002
0,001
0,002
0,001
0,002
0,002
0,002
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
59
57
59
57
59
57
59
47
59
47
59
47
57
41
71
66
71
66
71
66
71
63
84
61
84
61
76
53
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
48,286
0,004
0,005
0,013
30
34
42
42
0,005
0,006
0,015
26
28
35
35
0,006
0,008
0,018
21
22
28
29
0,005
0,012
42
45
57
57
0,20
0,25
0,20
0,25
0,20
0,25
0,20
0,30
0,20
0,35
0,20
0,35
0,25
0,40
Не
задается
1,50
50,152 -0,084
49,082 0,029
0,029
0,033
0,043
0,080
2,00
50,192 -0,116
48,763 -
48,785 -
48,817 -
48,850 -
48,850 -0,92
47,725
0,005
3,00
50,272 -0,182
48,226 -
46,592
0,005
1,00
52,112 -0,052
50,868
0,004
...
50
52
–
0,033
0,033
0,038
0,049
48,125 -
48,152 -
48,188 -
48,226 -
0,042
0,042
0,044
0,057
0,108
51,398 -
51,416 -
51,445 -
51,466 -
51,466 -
0,029
0,029
0,032
0,038
0,071
0,005
0,004
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1,50
52,152 -0,084
51,082 0,029
0,029
0,033
0,043
0,080
2,00
52,192 -0,116
50,763 -
50,785 -
50,817 -
50,850 -
50,850 -
0,033
0,033
0,038
0,049
0,092
3,00
52,272 -0,182
50,125 -
50,152 -
50,188 -
50,226 -
50,226 -
0,042
0,042
0,044
0,057
0,108
4,00
52,342 -0,242
49,484 -
49,514 -
49,557 -
49,599 -
49,599 -
0,049
0,049
0,050
0,066
0,122
48,842 -
48,872 -
48,917 -
48,961 -
48,961 -
0,047
0,047
0,054
0,068
0,129
5,00
52,432 -0,326
51,101 -
51,129 -
51,157 -
51,157 -
50,286
0,004
49,725
0,005
48,592
0,005
47,450
0,006
46,317
0,006
0,005
0,013
0,005
0,006
0,006
0,007
0,005
0,007
30
34
0,015
26
28
0,008
0,018
21
22
0,008
0,020
17
19
0,009
0,021
14
16
42
42
35
35
28
29
24
24
20
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
3. Правила приемки по ГОСТ 23726-79 «Инструмент металлообрабатывающий и дереворежущий. Приемка».
4. Методы испытаний по ГОСТ 3449-89 «Метчики. Технические условия».
5. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение:
5.1. На хвостовик метчика должны быть четко нанесены: товарный знак предприятия-изготовителя; обозначение метчика (последние четыре цифры); обозначение резьбы;
класс точности метчика; номер метчика в комплекте (одна риска – на черновом метчике,
две – на среднем, чистовой метчик рисок не имеет); марка стали рабочей части; на метчиках с левой резьбой – буквы LH; знак обращения на рынке или знак соответствия при его
присвоении в установленном порядке подтверждения соответствия.
5.2. Транспортирование и хранение, транспортная маркировка, маркировка потребительской тары и упаковка по ГОСТ 18088-83 «Инструмент металлорежущий, алмазный,
дереворежущий, слесарно-монтажный и вспомогательный. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение».
Содержание проектов стандартов формировалось на основе комплексного методологического научно обоснованного и экспериментально подтвержденного подхода к обеспечению точности обработки внутренних резьб метчиками [1] с учетом актуальных положений действующих национальных стандартов РФ. Данные проекты стандартов могут послужить основой для разработки новой версии национальных стандартов РФ или стандартов организаций. Их практическое применение позволит повысить качество серийно выпускаемых метчиков, а следовательно, и резьбовых соединений, получаемых с их помощью. Аналогичным образом целесообразно обновить стандарты, устанавливающие требования к другим видам размерного инструмента, а именно бесстружечным метчикам, протяжкам, сверлам, зенкерам, разверткам, с учетом специфических особенностей их применения и изготовления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Барабанова, И.А. Научно-методологическое обеспечение стандартизации размерных режущих инструментов (на примере метчиков): дис. … канд. техн. наук: 05.02.23;05.03.01: защищена 06.10.05: утв.
10.02.06 / Барабанова Ирина Александровна.– Брянск, 2005.– 172 с.
Материал поступил в редколлегию 3.02.09.
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
УПРАВЛЕНИЕ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
И ИНФОРМАТИКА
УДК 681.3.068(03)
Н.В.Симкин
АРХИТЕКТУРА И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГРАФИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ НА БАЗЕ ПРОГРАММИРУЕМОЙ ЛОГИЧЕСКОЙ
ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ VIRTEX-II PRO
Разработаны архитектура и программное обеспечение графической системы в интегрированной среде автоматизации проектирования электроники Xilinx ISE Design Suite.
Ключевые слова: архитектура; программное обеспечение; графическая система; проектирование; PowerPC;
встроенный процессор.
Современный этап развития программного обеспечения вычислительной техники
характеризуется широким применением программно-аппаратных комплексов, которые
строятся по принципу «система на кристалле»(System-on-Chip). В первую очередь эта
тенденция проявляется в программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС) с
архитектурой FPGA [1-5]. При таком подходе кристалл ПЛИС рассматривается как свободный конфигурируемый логический ресурс, на базе которого реализуются все необходимые устройства вычислительной системы. Ведущими мировыми производителями
ПЛИС являются фирмы Xilinx и Altera, которые предоставляют и программное обеспечение для разработки проектов, а также для последующего конфигурирования кристаллов
[6;7].
Графические системы состоят из различных уровней аппаратного и программного
обеспечения, необходимого для того, чтобы вычислительная система отображала графическую информацию на LCD. Как правило, графическая система состоит из графического
процессора (GPU), выполняющего математические операции, необходимые для формирования изображения, которое сохраняется в области памяти, называемой «кадровый буфер»
(frame buffer), и контроллера LCD, считывающего содержимое кадрового буфера и передающего данные на вход LCD. Также необходимо программное обеспечение для управления аппаратурой и предоставления интерфейса программирования приложений (API) для
разработчиков прикладных программ. Современные графические контроллеры обычно
выполняются на специализированных микросхемах (ASIC) - главным образом из-за высоких требований к производительности, особенно в трехмерных приложениях.
В статье изложены результаты создания проекта графической системы на ПЛИС
Virtex-II Pro, включающего необходимые программные и аппаратные компоненты для
выполнения основных операций двухмерной графики.
Архитектура и программное обеспечение графической системы выполнялась в среде автоматизации проектирования электроники Xilinx ISE Design Suite, которая включает
следующие основные программы: Project Navigator, Xilinx Platform Studio, Xilinx Platform
Studio SDK [6].
Графическая система (рис.1) включает в себя процессор PowerPC 405, два контроллера памяти Sync RAM, контроллер LCD, контроллер памяти на кристалле Block RAM
Controller, блок памяти Block RAM, контроллер JTAG, генератор тактовых импульсов
Clock Generator, локальную процессорную шину PLB, шину регистров устройств DCR.
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Связи между компонентами графической системы выполнены на основе шинной архитектуры PLB и DCR, а их адреса и прерывания установлены с помощью программы Xilinx Platform Studio. С помощью программы Xilinx Platform Studio SDK разработаны приложения для демонстрации функционирования графической системы, которые используют функции прорисовки пикселей, линий, прямоугольников, окружностей и отображения
символьной информации.
Рис.1. Архитектура графической системы на ПЛИС Virtex-II Pro
Особенностью ПЛИС Virtex-II Pro является то, что она имеет интегрированный процессорный блок PowerPC 405, который состоит из ядра фирмы IBM PowerPC 405-D5
RISC, контроллера OCM, схемы синхронизации и интерфейса с ПЛИС Virtex-II Pro.
Встроенное процессорное ядро позволяет работать на частоте до 300 Mhz с малой потреб59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
ляемой мощностью. Специально разработанный интерфейс объединяет процессор с компонентами ПЛИС.
В разработанном проекте графической системы программа находится в памяти Block
RAM. Процессор исполняет коды программы и модифицирует содержимое видеобуфера.
Шина PLB представляет собой разделяемую шину, работающую по принципу «мастер-подчиненный» (Master-Slave). PLB имеет адресную шину, двунаправленную шину
данных и шину управления. В среде Xilinx Platform Studio контроллер LCD подключается
к шине PLB через интерфейс IPIC, включающий в себя шины Rd/Wr Req & Qualifiers,
Status Reply и Read Data. Основные задачи IPIС – декодирование адреса и генерирование
сигнала выбора устройства. Большинство сигналов шины PLB просто транслируются через IPIС. Принцип подключения контроллера LCD через IPIС показан на рис.2.
Рис. 2. Подключение контроллера LCD к шине PLB, работающей в режиме Master_Single
Разработанный контроллер LCD имеет три порта, с помощью которых он подключается к шинам IPIC Rd/Wr Req & Qualifiers, Status Reply и Read Data. Шина Rd/Wr Req &
Qualifiers включает в себя адресную шину и сигнал запроса на чтение данных. Шина
Status Reply используется для передачи статусных сигналов, которые указывают, что адрес распознан и на шине достоверные данные. Шина Read Data используется для передачи
данных на контроллер LCD. Данные передаются за один цикл шины одним 32-битным
блоком.
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Шина DCR, аналогично PLB, работает по принципу «мастер-подчиненный» (MasterSlave) и используется для исключения конфигурационных регистров контроллера LCD из
адресного пространства шины PLB, что повышает пропускную способность шины PLB.
Контроллер LCD состоит из модуля управления LCD, модуля прямого доступа к памяти и модуля генерирования прерывания. Алгоритмы работы модулей контроллера LCD
реализованы с использованием языка описания аппаратуры Verilog [8].
Модуль управления LCD генерирует сигнал горизонтальной синхронизации hsync,
сигнал вертикальной синхронизации vsync, сигнал разрешения DE и сигналы R[5:0],
G[5:0], B[5:0], несущие данные соответственно о красной, зеленой и синей составляющих
пикселя. Сигналы горизонтальной (hsync) и вертикальной (vsync) синхронизации обеспечивают регенерацию изображения на экране монитора 60 раз в секунду.
На рис.3 представлена диаграмма формирования сигнала горизонтальной синхронизации hsync, а на рис.4 – диаграмма формирования сигнала вертикальной синхронизации
vsync. Из рис.3 следует, что сигнал hsync имеет интервалы thp, thb, DE и thf, длительность
которых составляет соответственно 96, 48, 640 и 16 тактовых импульсов CLK. Поэтому
длительность интервала hsync равна длительности 800 тактовых импульсов CLK. Сигнал
вертикальной синхронизации vsync состоит из интервалов tvp, tvb, DE и tvf, длительность
которых составляет соответственно 2, 31, 480, 12 импульсов hsync. Таким образом, длина
интервала vsync равна 525 hsync и при частоте тактового сигнала, которая для данного
LCD с разрешением 640x480 равна 25Mhz, составляет 16 мс. На рис.3, 4 представлен сигнал DE, который управляет передачей данных о пикселях LCD, и имеет длительность активного интервала, равную 640 тактовым импульсам CLK. Длительность пассивного интервала составляет 160 тактовых импульсов CLK во время горизонтальной развертки и 45
импульсов hsync во время вертикальной синхронизации.
Рис. 3. Диаграмма формирования сигнала горизонтальной синхронизации hsync
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Модуль прямого доступа к памяти состоит из спроектированных элементов: счетчика адреса, управляющего автомата и интерфейса с шиной PLB. Асинхронное FIFO (First
Input First Output) связывает между собой модуль прямого доступа к памяти и контроллер
LCD, работающие соответственно на частотах 100 и 25 Mhz. Кроме этого, FIFO буферизует данные о пикселях, чтобы обеспечить их непрерывное считывание в LCD, а также преобразует данные из 32-битного формата в 8-битный. Так как для хранения данных о цвете
каждого пикселя используется палитра, то данные с выхода FIFO, прежде чем попасть на
вход LCD, декодируются. Декодирование осуществляется с помощью таблицы цветов
(CLUT). Вход разрешения чтения из FIFO управляется сигналом разрешения DE модуля
синхронизации LCD. Вход разрешения записи, вход заполнения и вход данных FIFO
представляют собой выходы управляющего автомата, который непрерывно и циклически
обеспечивает поток данных из видеобуфера для регенерации изображения на LCD. Модуль асинхронного FIFO был сгенерирован в программе CoreGenerator [6], настроен и
инициализирован в ISE Project Navigator.
Связь модуля прямого доступа к памяти с шиной PLB реализована на базе управляющего автомата, который обеспечивает протокол шины PLB и непрерывно, циклически
считывает данные из видеоОЗУ, инкрементируя содержимое счетчика адреса. Так как
контроллер LCD имеет интерфейс шины PLB, то он считывает данные из видеоОЗУ с любого адреса в пределах адресного пространства шины. Чтобы считывать данные по нужному адресу и знать объем видеобуфера, используются два регистра: регистр адреса и регистр размера буфера. Данные в регистры загружаются программно процессором через
шину DCR. Доступ к регистрам DCR осуществляется посредством ассемблерных инструкций mtdcr, mfdcr, и макросов mtdcr(addr,data), mfdcr(addr), которые описаны в заголовочном файле xpseudo_asm_gcc.h среды Xilinx SDK. Управляющий автомат контроллера
LCD имеет четыре состояния: ожидания, запроса на чтение, квитирования команды и завершения команды.
Рис. 4. Диаграмма формирования сигнала вертикальной синхронизации vsync
Модуль генерирования прерывания формирует сигнал прерывания после отображения кадра одного из двух буферов. Это необходимо для того, чтобы выполнять переста62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
новку кадров в тот момент, когда кадр не считывается контроллером LCD. В этом случае
искажения на экране монитора отсутствуют.
В разработанной графической системе процессор PowerPC 405 использует таблицу
векторов прерываний [6]. При написании программ на языке С/C++ в Xilinx Platform Studio SDK инициализируется таблица прерываний с помощью функции void XExc_Init (void)
и регистрируется собственный обработчик прерываний void XExc_RegisterHandler (Xuint8
ExceptionId, XExceptionHandler Handler, void *DataPtr) [5].
Разработанный контроллер памяти, имея интерфейс шины PLB, обеспечивает операции чтения и записи в микросхемы памяти CY7C1381C [9], расположенные на печатной
плате, процессором PowerPC и контроллером LCD.
В программе Project Navigator создан проект графической системы, главный модуль
которого включает в себя микропроцессорную систему, созданную в Xilinx Platform
Studio, в виде подмодуля. Также в главном модуле реализованы порты с z-состоянием, а в
файле ограничений проекта порты главного модуля назначены на соответствующие выводы микросхемы.
На этапе отладки архитектуры графической вычислительной системы, созданный
проект компилируется с целью получения файла конфигурационной последовательности,
который с помощью программы iMPACT загружается через интерфейс JTAG в конфигурационную статическую память ПЛИС Virtex-II Pro[5]. После загрузки конфигурационного файла, созданные в среде Xilinx Platform Studio SDK демонстрационные приложения,
загружаются через интерфейс JTAG с помощью отладчика XMD в оперативную память
Block RAM. Затем осуществляется сброс процессора и запуск программы на исполнение.
Результат работы программы представлен на рис. 5.
Рис. 5. Тест графических примитивов
В результате экспериментальных исследований разработанного проекта графической
системы было установлено, что максимальная скорость построения графических примитивов ограничивается пропускной способностью контроллера памяти видеоОЗУ и разделяемой шины PLB. Это обусловлено тем, что шина PLB имеет разделяемую архитектуру,
которая поддерживает сложные схемы арбитража и поэтому вносит задержки при обращении процессора к видеоОЗУ. Кроме того, процессор и контроллер LCD, являющиеся
мастерами шины PLB, могут обращаться к видеоОЗУ только последовательно, что также
увеличивает время построения графических примитивов.
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Ограничение доступа к памяти обусловлено ещё и тем, что запись и чтение данных
из памяти происходит только блоками по 32 бита. При этом если для хранения данных об
одном пикселе используется 32 бита, например при формате RGBA8888, этот вариант оптимально подходит. Но если для хранения данных об одном пикселе используется другой
формат, например RGB565 или палитра, то для изменения значения одного пикселя необходимо выполнить два цикла обращения к памяти (чтение и запись) и использовать битовые маски и сдвиги, что приводит к замедлению работы графической системы. Время построения графических примитивов на LCD-панели представлено в таблице.
Таблица
Время построения графических примитивов на LCD-панели
Время
Функция
выполнения
Вывод линии по алгоритму Брезенхема
67 мкс
Вывод символа с использованием таблицы шрифтов (8х11)
51 мкс
Вывод строки из 30 символов
1,2 мс
Вывод незакрашенной окружности радиусом 30 пикселей
159 мкс
Вывод закрашенной окружности радиусом 30 пикселей
2,1 мс
Вывод незакрашенной окружности на весь экран
650 мкс
Вывод закрашенной окружности на весь экран
112 мс
Вывод закрашенного треугольника
790 мкс
Вывод закрашенного треугольника на весь экран (640х480)
105 мс
Построение эллипса
1,1 мс
Расчет угла поворота
14 мкс
Вращение окружности со стрелкой вокруг другой окружности и вывод
текстовой строки
5,4 мс
Из анализа работы архитектуры вычислительной системы следует, что для уменьшения времени построения графических примитивов необходимо дополнительно спроектировать ускоритель двухмерной графики и мультиплексируемую шину, которая позволит
процессору и контроллеру LCD работать в параллельном режиме при обращении к видеоОЗУ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Грушвицкий, Р.И. Проектирование систем на микросхемах с программируемой структурой /
Р.И.Грушвицкий, А.Х.Мурасаев, Е.П.Угрюмов. - 2-е изд.,перераб. и доп.-СПб.: БХВ-Петербург, 2006. 736 с.
2. Симкин, Н.В. Разработка программного обеспечения обработки потока данных, поступающих с аналогоцифрового преобразователя с временным чередованием каналов/Н.В.Симкин, В.В. Симкин // Труды
факультета технической кибернетики «Практика применения научного программного обеспечения в
образовании и научных исследованиях».-СПб.: СПбГПУ, 2006.-С.128-129.
3. Симкин, Н.В. Разработка реконфигурируемого персонального компьютера на базе синтезируемого
процессорного ядра NIOS II и LCD WINSTAR/Н.В.Симкин//Материалы 61-й студенческой научной
конференции.- Брянск: БГТУ, 2006.-277 с.
4. Симкин, Н.В. Разработка архитектуры и программного обеспечения видеосистемы осциллографа на базе
синтезируемого процессорного ядра NIOS II/Н.В.Симкин//Труды факультета технической кибернетики
«Практика применения научного программного обеспечения в образовании и научных исследованиях».СПб: СПбГПУ, 2007.-С.118.
5. Зотов, В.Ю.Проектирование встраиваемых микропроцессорных систем на основе ПЛИС фирмы
Xilinx/В.Ю.Зотов.-М.: Горячая линия-Телеком, 2006.-520 с.
6. http://www.xilinx.com
7. http://www.altera.com
8. Verilog HDL Reference manual/IEEE 1364 standard.- 1997.
9. http://www.cypress.com
Материал поступил в редколлегию 18.11.08.
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
УДК 378.147:515
Е.В.Афонина, Р.К.Антипова
ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ ОБЪЕМНЫХ МОДЕЛЕЙ
ЧЕРВЯЧНОЙ ПАРЫ В СИСТЕМЕ КОМПАС-3D
Рассмотрены особенности выполнения объемных моделей червячных передач в системе трехмерного
твердотельного моделирования Компас-3D. Предложен алгоритм создания 3D-моделей червяка и червячного колеса.
Ключевые слова: объёмная модель; червячное колесо; цилиндрический архимедов червяк; профиль зуба;
червячный редуктор.
65
hf ha
d1
da1
При создании 3D-моделей редукторов часто возникают сложности с построением
моделей червячной передачи. Это вызвано особенностями конструкции червячного вала и
червячного колеса [1].
Червячная пара служит для передачи вращения от ведущего вала (червяка) к ведомому (валу червячного колеса), когда требуется уменьшить частоту вращения ведомого
вала в 8…80 раз в одной ступени. При этом частота вращения колеса уменьшается в передаточное число раз.
Передаточное число рассчитывается по формуле
u = z2 / z1 ,
где z 2 - число зубьев червячного колеса; z 1 - число заходов червяка.
Червяк представляет собой винт, однозаходный или многозаходный. В курсе инженерной графики рассматривается построение объемной модели только для цилиндрического архимедова червяка (тип ZA).
Профиль зуба архимедова червяка в осевом сечении прямолинейный и представляет
собой равнобокую трапецию с углом 2α = 40°, где α – угол зацепления в червячной паре
(α = 20°).
Название «архимедов червяк» связано с тем, что в нормальном сечении винтовой
поверхности, образующей зубья червяка, получается архимедова спираль.
Как известно из теории машин и механизмов, в зацепление могут входить зубчатые
колеса с одинаковым окружным шагом. Следовательно, в червячной паре червяк и червячное колесо также должны иметь одинаковый шаг р. Но в червячном колесе шаг измеряется по дуге делительной окружности в плоскости симметрии колеса (окружной шаг р),
а в червяке – вдоль оси вала (осевой шаг р x ). Для нормального зацепления они должны
быть равны.
40

Окружной шаг рассчитывается по формуле
р = mπ,
R
Делительный
где m - модуль зацепления.
диаметр
Этому же значению будет соответствовать осевой шаг червяка р x .
Профиль витка архимедова червяка
p=m⋅π
(рис.1) строится по следующим соотношениям:
h a = m;
Рис. 1. Профиль витка архимедова червяка
h f = 1,2m;
R = 0,38m,
где h a - высота головки зуба (витка); h f - высота ножки зуба.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
66
Hэ
hf ha
a
hf ha
40

Архимедов червяк может быть нарезан на
Инструмент
токарном станке, так же как и трапецеидальная
резьба; при этом угол профиля трапецеидальной
резьбы составляет 30°, а угол профиля трапецеиДелительный
дальных витков червяка равен 40°. Профиль индиаметр
R
R
струмента для нарезания витков червяка должен повторить профиль впадины между соседДеталь
ними витками в осевом сечении (рис. 2).
mπ/ 2
Для выполнения объемной модели червяка
(червяк)
в системе Компас–3D можно предложить следующий алгоритм:
Рис. 2. Профиль инструмента для нарезания
витков червяка
1. Создать объемную модель вала со
всеми предусмотренными чертежом ступенями
([2]). Ступень, на которой будут нарезаны витки червяка, построить диаметром, равным
d a1 = d 1 + 2m .
Здесь d а1 - диаметр вершин витков червяка; d 1 - делительный диаметр червяка,
d 1 = mq,
где q - коэффициент делительного диаметра червяка.
Значение коэффициента q выбирается из стандартного ряда по ГОСТ 2144-76 и
увеличивается с уменьшением модуля m. Коэффициент q может быть равен 8; 10; 12,5;
16 и т.д.
2. Построить цилиндрическую спираль с шагом, равным шагу (для многозаходных червяков – ходу) винтовой линии, и диаметром, равным делительному диаметру. Рекомендуемое направление спирали – правое.
Шаг цилиндрической спирали однозаходного червяка рассчитывается по формуле
р = mπ.
Эскиз контура
Ход спирали многозаходного червяка равен
впадинызубьев
р z1 = mπz 1 = pz 1 .
3.
Создать эскиз контура впадины зубьев
R
(рис. 3). Высота эскиза Нэ рассчитывается по
R
формуле
Hэ = h a + h f + а,
где h a = m;h f = 1,2m;а = 1…2 мм (размер а
mπ/ 2
предусмотрен для того, чтобы полностью прорезать
профиль впадины на червяке).
Рис. 3. Эскиз контура для прорезания профиля
зубьев на объемной модели червяка
4. Кинематической операцией вырезать построенным эскизом профиль червяка
по заранее выбранной траектории –
спирали. Угол наклона эскиза к траектории движения по спирали должен
сохраняться постоянным.
5. Если червяк многозаходный, построить витки, используя операцию «Массив по концентрической
сетке», задав все необходимые компоненты массива.
На рис. 4 изображен построенный по изложенному алгоритму двухРис. 4. Объемная модель червяка
заходный червяк.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Червячное колесо имеет параметры, определяющие размеры
зуба в среднем сечении зубчатого венца плоскостью, перпендикулярной оси колеса (рис. 5). В этом сечении модуль называется окружным и обозначается m t . Для червячной пары m t = m .
Высоты головки и ножки зуба колеса равны соответствующим высотам витка червяка: h a = m; h f = 1,2m.
Рис. 5. Профиль зубьев
и впадин цилиндриДелительный диаметр червячного колеса в среднем сечеческого прямозубого
колеса
нии равен
d 2 = mz 2 .
Диаметр вершин зубьев в той же плос1
1
кости:
d a2 = d 2 +2h a =m(z 2 + 2).
Плоскость α
Диаметр впадин зубьев:
d f2 = d 2 – 2h f = m (z 2 – 2,4).
Угол наклона винтовой линии к оси колеса:
z
p
γ = arctg
= arctg 1 .
πd1
q
А ′ =A′
C′ =C′
da2
d2
df2
В″
Направление винтовой линии на червячном колесе противоположно направлению
винтовой линии на червяке, т.е. если направление витков на червяке выбрано правое, то
на червячном колесе оно будет левым.
При построении объемной модели червячного колеса допустима замена короткого
участка винтовой линии с большим шагом
плоской кривой линией (эллипсом), так как
Плоскость β
погрешность при этом будет невелика.
Боковая поверхность зуба червячного
γ
колеса в нормальном сечении – эвольвента.
1
Профиль впадин в нормальном сечении соответствует профилю впадин цилиндрического прямозубого колеса с таким же модулем и числом зубьев (рис. 5). Поэтому при
Проекция эллипса
1
построении эскиза профиля, которым вырезаются зубья, можно создать цилиндрическое
Рис. 6. Схема для построения траектории
прямозубое колесо с таким же модулем и
движения эскиза
числом зубьев, а затем из него скопировать
профиль впадин для червячного колеса в одну из плоскостей, перпендикулярных траектории движения эскиза (плоскость α на рис. 6).
Объемная модель червячного колеса может быть построена в системе Компас-3D по
следующему алгоритму:
1. Создать заготовку для червячного колеса с торовой поверхностью (рис. 6).
2. Построить проекцию окружности впадин колеса на фронтальную плоскость,
проходящую через ось колеса (на рис.6 окружность проходит через точки А, В, С).
O″
А′
А′
67
С′
В′=O′
С′
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
3. Построить линию пересечения плоскости симметрии торовой поверхности с
фронтальной плоскостью, проходящей через ось червячного колеса (ВО).
4. Ввести плоскость β, проходящую через построенную линию пересечения плоскостей (линию ВО) под углом γ к фронтальной плоскости.
5. Спроецировать в эту плоскость окружность впадин колеса. При проецировании
окружности, обозначенной на рис. 6 точками А, В,
1
Большая ось эллипса
С, должен получиться эллипс А 1 , В, С 1 , который
будет являться траекторией движения эскиза.
6. Через точку А 1 в начале траектории поОсь колеса
строить плоскость α, параллельную горизонтальной плоскости.
Эскиз профиля впадины
7. В построенной плоскости создать эскиз
впадины колеса, предварительно скопированный с
1
профиля впадины прямозубого колеса (рис. 5).
Плоскость симметрии эскиза должна находиться в
Рис. 7. Построение впадины зуба колеса
плоскости β (рис. 7).
8. Вырезать впадину зуба построенным эскизом по траектории (эллипсу), при этом эскиз касается траектории в точке А 1 .
9. Используя операцию «Массив по концентрической сетке», вырезать остальные впадины
зубьев колеса.
На рис.8 показано червячное колесо, построенное по изложенному алгоритму.
Предложенный алгоритм построения червячных передач может быть использован при изучении курса «Инженерная графика», а также друРис. 8. Объемная модель червячного колеса
гих дисциплин инженерно-графического цикла.
С
B
A
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 2.406-76. Правила выполнения чертежей цилиндрических червяков и червячных колес.
2. Потемкин, А. Трехмерное твердотельное моделирование/ А.Потемкин. – М.: Компьютер-Пресс, 2004. –
298с.
Материал поступил в редколлегию 07.10.08.
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
УДК 621.9
А.Н. Заикин, Е.А. Памфилов, Е.Г. Изюмова
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСЧЕТА РЕЖИМОВ РАБОТЫ КОМПЛЕКТОВ МАШИН
Проанализированы основные факторы, влияющие на повышение работоспособности комплектов технических средств. Рассмотрены особенности методики автоматизированного расчета режимов функционирования комплектов технических средств.
Ключевые слова: работоспособность; технологическая система; комплект машин; режимы работы.
Повысить работоспособность технологической системы можно несколькими способами: резервированием внезапно отказавших машин и оборудования, путем определения оптимальной периодичности и объема технического обслуживания и ремонта технических средств (ТС) и назначения обоснованных режимов их функционирования. Суть
первого способа заключается в том, что на каждое ТС, находящееся в эксплуатации, необходимо иметь резервное, которое вступит в работу в случае отказа основного. Но так
как приобретение и содержание дополнительного парка ТС обходится весьма дорого, то
использование этого способа малоприемлемо. Вместе с тем, согласно второму способу,
сведение времени пребывания ТС в ремонте из-за внезапных отказов к нулю практически
невозможно.
Последний способ является наиболее приемлемым из перечисленных, так как он не
требует больших экономических затрат и может быть быстро внедрён в производство.
Методика реализации данного способа сводится к следующему. Режимы функционирования машин должны обеспечивать: требуемые сроки и качество работ; производительность ТС, равную максимальной выработке ведущего ТС при минимальных удельных затратах и снижении времени на выполнение задания.
Для этого необходимо объединение всех ТС, выполняющих комплекс операций, в
соответствующие комплекты, которые характеризуются числом ТС каждого типа, структурой и характером их взаимодействия при выполнении смежных операций. Комплекты
ТС, обеспечивающие выполнение всех операций конкретных технологических процессов,
представляют собой поточные линии (рис.1). Причем особенностью выполнения большинства технологических процессов является то, что между смежными операциями создаются запасы объектов труда (ОТ), которые обеспечивают гибкие связи между ТС каждой операции. Поэтому на производстве наибольшее распространение получили комплекты ТС, отвечающие линиям смешанного агрегатирования с гибкими связями.
Проведенный анализ позволяет сделать вывод, что схема пополнения и выработки
оперативных запасов между парой операций в общем виде представляет собой схему
смешанного агрегатирования, когда запас пополняют n и потребляют m ТС. Это заключение будет справедливо и для любых вариантов, так как n и m могут принимать значения
целых чисел (n=1,2,3,…., N; m=1,2,3,…, M). На основании этой модели с учетом особенностей каждой операции можно анализировать процессы потребления и пополнения оперативных запасов между всеми технологическими операциями.
Как показали проведенные исследования, межоперационные запасы - многоуровневые. Любые ТС ненадежны в работе, требуют технического ухода, т.е. каждое ТС имеет
свой коэффициент технического использования. Наиболее невыгодна ситуация для пары
смежных ТС, когда выходит из строя предыдущее ТС, а объем запасов или на минимальном уровне, или отсутствует. Техническая причина, вызывающая необходимость создания такого типа запасов, определяет их название – технические. С другой стороны, этот
объем запасов ОТ предупреждает простои последующего ТС, когда предыдущее простаивает. Поскольку эти запасы только страхуют бесперебойную работу ТС, то правомер69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
но называть их страховыми. После создания объема технических (страховых) запасов ОТ
предыдущими ТС вступают в работу ТС на следующей операции (Q i > Q S ). С этого вреЗ1
1
З2
2
З3
3
З4
4
а)
11
З1
З2
12
З1
22
З3
3
З1
2
б)
З3
З2
З5
6
З2
З2
З6
51
З3
22
5
7
31
З1
1
З
4
4
в)
21
З4
42
3
1
З4
41
21
З4
4
32
52
З4
г)
№
Зi
- технические средства для выполнения операций
- оперативный запас объектов труда
- запас сырья неограниченного объема
Рис. 1. Графические модели взаимосвязи ТС в комплекте: а) схема
последовательного агрегатирования с гибкими связями; б, в) то же
ветвящиеся и сходящиеся; г) то же смешанного типа с гибкими и
жесткими связями
мени запасы ОТ начнут расти с интенсивностью (Q i - Q S )t (рис. 2). Во втором случае (Q i <
Q S ), прежде чем начнется работа ТС на следующей операции, необходимо создать дополнительный объем запасов. Поскольку такой объем запасов будет зависеть от организации
выполнения работ, он может быть назван организационным. Организационный объем запасов (Q О ) дополняет страховой до объема, гарантирующего бесперебойную работу ТС,
поэтому правомерно называть его гарантийным.
Отсюда следует также, что межоперационные запасы объектов труда имеют какуюто предельную для конкретных условий величину Q Г , гарантирующую бесперебойную
работу ТС, и в общем виде могут быть рассчитаны по формуле
QГ = QС + QО ,
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
где Q С – объем страховых запасов, м 3; Q Г – объем гарантийных запасов, м 3.
Первый период (Т(1)) работ включает число дней, необходимое: t 1 - для создания
запасов (t 1 = Q С / Q i при Q i > Q S ; t 1 = Q Г / Q i при Q i < Q S ); t 2 - их потребления и пополнения основными ТС без увеличения численности (сменности) технических средств
(УЧТС) (t 2 = (Q Г – Q C )/(Q i – Q S ) при Q i >Q S ; t 2 = (Q Г – Q C )/(Q S – Q i ) при Q i <Q S ); t 3 совместной работы основных и дополнительных ТС (ДТС). Второй и j -й (Т(j)) месяцы
(в расчетном периоде j = 1, 2, 3, .., J месяцев) содержат число дней t 2 и t 3 (работа
только основного оборудования и основного и ДТС). Последний месяц (Т(J)) характеризуется числом дней t 2 , t 3, t 4 , где t 4 – число дней, необходимое основным s-м ТС, вырабатывающим запасы ОТ для реализации после завершения i-ми ТС (пополняющими
запасы) работ по изготовлению определенного для конкретных условий объема выпускаемых ОТ .
Момент
времени
T1
Q, м3
1
2
соответствует началу совместной работы основных ТС на
QГ
предыдущей операции (с объеОрганизационный
мом пополнения запасов Q i ) и
уровень
последующей (с объемом их
QС
потребления Q S ). Если объемы
пополнения
запасов меньше
Технический
объемов их потребления (Q i <
уровень
Q S ), то объемы запасов с момента T 1 начнут уменьшаться, а
если Q i > Q S - увеличиваться.
Т2
Т4
Т3
Т0
Т1
Для ограничения роста или
снижения объемов запасов неt
t1
t3
t4
2
обходимо на отстающих операТ(1)
циях в момент времени T 2
(j)
подключать ДТС с объемом поТ
Т(j)
полнения (Q iD) или потребления (Q SD ) запасов или УЧТС.
Рис. 2. Изменение запасов ОТ в течение всего
После изменения численности
периода выполнения заданного объема производства в
или сменности работы s-х ТС
зависимости от соотношения объемов их пополнения и
при Q i > Q S объем выработки
потребления: 1 - при Qi ‹ QS; 2 - при Qi › QS
Qs запаса увеличится до величины Q S (D) =Q S +Q DS , которая
должна быть больше объема пополнения (Q i < Q S (D)). Тогда объем запасов начнет снижаться и за время t 3 достигнет уровня страхового запаса Q С (момент T 3 ).
После УЧТС (i-х) при Qi < Qs объем пополнения Q i запаса увеличится до величины Q l (D)=Q i +Q Di , которая должна быть больше объема потребления (Q l (D) > Q S ). Тогда
объем запасов начнет расти и за время t 3 достигнет величины гарантийного запаса Q Г
(момент T 3 ). Такой режим работы ТС дает возможность начать второй и j-й месяцы
работ, имея величину оперативного запаса, равную Q С (Q i > Q S ) или Q Г (Qi < Qs).
В соответствии с рис. 2 и анализом общепринятого показателя отчетности - числа
дней работы ТС (месяц) для определения оптимальных объемов гарантийных запасов и
поддержания их на определенном для конкретных условий уровне за счет подключения
дополнительного оборудования (с учетом обеспечения максимальной выработки комплекта ТС) разработаны математические и аналоговая модели (рис.3) [1]. Значительно
снизить трудоемкость расчетов по этим моделям позволяет соответствующее программное обеспечение, которое было разработано на кафедре «Информационные технологии»
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
БГИТА.
Программное обеспечение позволяет автоматизировать расчет режимов работы
комплектов ТС для конкретных производственных условий.
Например, программное обеспечение для расчетов режимов работы лесосечных
машин написано на языке Pascal в среде программирования Delphi 7. Программа для
удобства ее применения имеет визуальный интерфейс, понятный для пользователя.
Начало
Ввод
исходных
данных
Номер месяца увеличивается на 1
Формирование
исходных
параметров
да
t3=0
Qi=Qmax
да
да
Месяц
последний?
Расчет режимов
работы для
второго месяца
Месяц
первый?
Месяц
первый?
да
да
Расчет режимов
работы для
первого месяца
Расчет режимов
работы для
первого месяца
Расчет режимов
работы для последнего месяца
Объем
производства
выполнен?
Расчет режимов
работы для
второго месяца
Расчет режимов
работы для последнего месяца
Расчет объемов да
производства
да
Печать
результатов
Месяц
да
последний?
Операция
последняя7
Номер операции
увеличивается на 1
Конец
Рис. 3. Укрупненная аналоговая модель расчета режимов работы технических средств
на весь срок выполнения заданного объема производства
При обращении к программе на экране появляется информация о назначении программы (рис. 4).
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Рис. 4. Информационное окно программы
Для запуска программы необходимо подвести курсор к клавише «Запустить программу» и нажать левую клавишу мыши. После нажатия левой клавиши мыши на экране
появляется второе окно – главное меню программы (рис. 5). В этом окне имеются соответствующие ячейки для ввода значений переменных величин. Ввод исходных данных
начинается с планируемого количества месяцев, необходимого для разработки лесосеки.
Для этого курсор устанавливается в соответствующей ячейке, и вводится необходимое
значение. После окончания ввода общих данных ввод подтверждается, курсор устанавливается напротив схемы того технологического процесса, который соответствует планируемому, и нажимается левая клавиша мыши. На экране высвечиваются таблицы данных
по основным и дополнительным машинам с числом строк, соответствующим планируемому количеству месяцев.
Рис. 5. Главное меню
Далее вводятся данные по основным и дополнительным машинам. При вводе данных по дополнительным машинам необходимо следить за тем, чтобы объем выработки
машин на отстающих операциях в сумме с дополнительным был больше объема выработки на ведущей операции. После окончания ввода этих данных курсор подводится к строке
«Подтвердить ввод данных по основным и дополнительным машинам», и нажимается левая клавиша мыши. Если все исходные данные введены правильно, на экране появится
меню (рис. 6), в котором заполнены все необходимые параметры проектируемого процесса.
Рис. 6. Меню после подтверждения ввода данных по основным
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
и дополнительным машинам
После этого курсор подводится к кнопке «Выполнить расчет», и нажимается левая
клавиша мыши. Выполняется расчет, и на экране появляются его результаты (рис. 7). При
необходимости они могут выводиться на печать. Для этого курсор подводится к кнопке
«Вывод на печать», и нажимается левая клавиша мыши.
Рис. 7. Результаты расчета
Полученные режимы работы (оптимальные объемы оперативных запасов ОТ и режимы их пополнения и потребления) дают возможность организовать работу комплекта
ТС, обеспечивающую его выработку, равную выработке ведущего ТС в комплекте.Увеличение объема выработки комплекта ТС до максимально возможного уровня позволяет уменьшить продолжительность их работы по выпуску заданного объема продукции примерно на 30%, снизить удельные капитальные вложения на 15…20 руб./м3, а
эксплуатационные затраты - на 12…20% .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Заикин, А. Н. Технология лесозаготовок. Ч.1. Управление межоперационными запасами, расчет режимов работы машин и технико-экономических показателей: учеб. пособие / А. Н. Заикин. - Брянск: БГИТА, 2001. – 80с.
Материал поступил в редколлегию 22.12.08.
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
УДК 658.562.5:004
П.Ю.Шумский
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ: НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИНЦИП
РАБОТЫ И ПРЕИМУЩЕСТВА
Рассмотрена проблема оценки состояния технологического оборудования. Изложены назначение, принцип
работы и преимущества использования автоматизированной системы оценивания состояния технологического оборудования.
Ключевые слова: автоматизация; система; оценка; состояние; пригодность; технологическое оборудование.
Технологическое оборудование на сегодняшний день является неотъемлемой частью
окружающей среды в нашей жизни. Оно производится по всему миру и применяется во
всех уголках планеты, поэтому его можно встретить на каждом шагу. Оно представляет
собой и отдельный элемент конструкции, и целую цепочку производства.
Технологическое оборудование производится на базе установленных норм и правил,
а также в соответствии с заданными критериями, которые определяются климатическими
условиями, качеством сырья, областью применения и т.п. В связи с этим на территории
различных стран и континентов существуют отличия в свойствах и характеристиках образцов однотипного технологического оборудования. Отсюда следует, что при проведении оценки его состояния нельзя использовать зарубежные методы и средства в чистом
виде, так как они приведут к заведомо ложным результатам. В этом заключается одна из
проблем в данной области – неприменимость зарубежных методов оценки.
На этапе ввода в эксплуатацию технологическое оборудование проходит ряд контролирующих и проверяющих инстанций и поэтому выдерживает все требования, предъявляемые к нему на начальном этапе эксплуатации. На этапе эксплуатации технологическое
оборудование подвергается воздействию циклических нагрузок, а также влиянию окружающей среды, вследствие чего возникает износ. Технологическое оборудование, находящееся в длительной эксплуатации и подвергшееся разрушению, нередко несет в себе
потенциальную опасность. На сегодняшний день в России на производственных объектах
значительное количество технологического оборудования находится в эксплуатации длительный срок, и вероятность его износа более чем велика. В связи с этим возникла острая
необходимость диагностики, периодического контроля и мониторинга его состояния [1].
Теоретическая база для оценки и контроля состояния технологического оборудования, находящегося в эксплуатации и подвергшегося разрушению, существует и содержит
разработки и труды выдающихся российских ученых. Благодаря этому существуют определенные методики оценивания, ориентированные на российскую специфику [2]. Процедуры оценивания состояния технологического оборудования представляют собой длительный, кропотливый и трудоёмкий процесс. Вследствие этого возникла необходимость
создания прикладного программного продукта, который будет автоматизировать процедуры проведения оценок, выполнять основную массу математических вычислений, а также комплексный анализ результирующих параметров.
Результатом совместных трудов стало создание автоматизированной системы оценивания состояния технологического оборудования (АСОСТО), ориентированной на российские стандарты, нормы и правила. Данная система не является универсальной для всех
разновидностей технологического оборудования, а служит вспомогательным средством
для мониторинга и обслуживания наиболее распространенных его разновидностей. В
АСОСТО заложены основные геометрические формы технологического оборудования и
наиболее распространенные типы разрушений.
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Назначение АСОСТО. Автоматизированная система оценивания состояния технологического оборудования является прикладным программным средством, используемым
для облегчения и ускорения процесса оценивания.
Система предназначена для автоматизации и оптимизации процедур оценивания. На
начальном этапе проведения оценки технологического оборудования АСОСТО обеспечивает автоматизацию процессов сбора, ввода и систематизации данных об исследуемом
объекте. Система определяет конкретный перечень необходимых данных и параметров в
соответствии с выбранным типом дефекта, уровнем оценки и геометрической формой исследуемого объекта. Ввод данных об исследуемом объекте осуществляется в логической
последовательности, что позволяет их систематизировать и контролировать. АСОСТО
осуществляет проверку собранных данных об исследуемом объекте на приемлемость, а
также проверку условий его эксплуатации. В случае ввода некорректных данных или невыполнения обязательных условий система информирует об этом пользователя текстовым
сообщением. Помимо этого, АСОСТО содержит базу данных по характеристикам и свойствам материалов, из которых производится технологическое оборудование, – это облегчает процесс ввода исходных данных. База данных по материалам находится в открытом
доступе и при необходимости может быть дополнена.
В методиках оценки состояния технологического оборудования заложен мощный
математический аппарат. АСОСТО выполняет основную массу вычислений и предназначена для повышения качества и мобильности проводимых оценок. В процессе проведения
оценки АСОСТО обрабатывает исходные данные и просчитывает все приемлемые варианты методик оценивания. Благодаря этому у пользователя появляется возможность получить общую картину состояния исследуемого объекта. Результатом вычислений АСОСТО является набор ключевых показателей состояния технологического оборудования,
которые проходят контроль и проверку. Требования к этим показателям формируются исходя из обязательных условий эксплуатации технологического оборудования и его предельных состояний. На основе результатов проверки ключевых показателей формируется
предварительное экспертное заключение о состоянии исследуемого объекта.
АСОСТО позволяет рассчитывать и оценивать состояние исследуемого оборудования на любом этапе его эксплуатации. В связи с этим появляется возможность систематического мониторинга технологического объекта, что позволяет контролировать динамику
его износа и своевременно выявлять его предельные состояния. Для получения общей
картины динамики износа исследуемого оборудования в АСОСТО существует возможность сохранения введенных данных и дальнейшей их загрузки. Исходя из этих возможностей одним из назначений системы является хранение и формирование базы данных по
ранее проведенным оценкам. Помимо этого, в АСОСТО заложена возможность визуализации результатов проводимой оценки, благодаря чему эксперт может в автоматическом
режиме строить графики, отображающие соотношение текущих параметров технологического оборудования и оценочных критериев.
Одним из основных назначений АСОСТО является расчет и поиск альтернативных
вариантов в случае непригодности технологического оборудования к текущим условиям
эксплуатации. В предварительном экспертном заключении формируются рекомендации
по ремонту или замене неисправного узла, а также сниженные рабочие параметры технологического оборудования, при которых допускается эксплуатация.
Принцип работы автоматизированной системы оценивания состояния технологического оборудования. Основным предназначением АСОСТО является автоматизация
и оптимизация процедур оценивания. В связи с этим логика и принцип работы системы
строятся по единому обобщенному алгоритму оценивания (рис. 1). Для каждого типа экспертной оценки основным и неизменным остается алгоритм проведения этой оценки, меняются лишь исходные данные. В процессе работы АСОСТО адаптируется и корректиру76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
ет ход проводимой оценки в соответствии с выбранным типом дефекта, уровнем оценки и
геометрической формой исследуемого объекта.
1. Выявление поврежденного объекта, сбор информации об участке
повреждения
2. Определение типа дефекта
2.1. Оценка
общего коррозионного / эрозионного износа
2.2. Оценка
локальных
потерь металла
...
2.5. Оценка
трещиноподобных дефектов
3. Ввод и формализация исходных данных и предельно допустимых значений
4. Оценка повреждения
5. Формирование предварительного заключения
Нет
6. Результат оценки
удовлетворяет?
Да
7. Формирование окончательного заключения, содержащего полный отчет о проведенной оценке
Рис. 1. Алгоритм проведения оценки технологического оборудования
Результатом применения АСОСТО является то, что наиболее трудоемким и длительным этапом при проведении оценки становится п. 1. Изучение поврежденного объекта и
сбор информации об участке повреждения входит в обязанности эксперта, АСОСТО лишь
определяет перечень необходимых данных в зависимости от типа обнаруженного дефекта
и уровня оценки (рис. 2). Эксперт обязан перевести измеренные параметры поврежденного объекта в единицы измерения, используемые в АСОСТО, и затем ввести их (рис. 3).
При выборе материала, из которого изготовлено технологическое оборудование, система оценивания автоматически определяет и использует в расчетах свойства и характеристики этого материала. Также для проведения оценки необходимо определить геометрическую форму проблемного участка (рис. 4) и характеристики его износа (рис. 5).
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Рис. 2. Ввод уровня оценки
Рис. 3. Ввод исходных данных
Рис. 4. Определение геометрической формы
Рис. 5. Ввод параметров повреждения
Перед началом проведения оценочных расчетов АСОСТО проверяет все введенные
данные, а также данные, полученные в результате предварительных расчетов. В случае
обнаружения некорректных данных или кардинальных несоответствий АСОСТО извещает об этом эксперта с помощью текстового сообщения, в противном случае рассчитываются результирующие показатели. На основании этих показателей и оценочных критериев
формируется предварительное экспертное заключение (рис. 6). В случае неудовлетворительных результатов корректируются либо исходные данные, касающиеся условий эксплуатации, либо оценочные критерии, а затем выполняется повторная оценка поврежденного объекта. По завершении оценки эксперт имеет возможность получить графическое
отображение результатов оценки (рис. 7), а также возможность автоматически сформировать полный отчет о проведенном обследовании технологического оборудования.
После проведения оценки эксперт анализирует результирующие показатели, оценочные критерии, информацию, изложенную в предварительном экспертном заключении, и
исключительные обстоятельства (если такие есть). В случае получения удовлетворительных результатов эксперт составляет отчетную документацию, а в противном случае или
при возникновении каких-либо сомнений выполняет переоценку поврежденного технологического оборудования.
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Рис. 6. Формирование предварительного экспертного заключения
Рис. 7. Графическое отображение результатов проведенной оценки
Преимущества автоматизированной системы оценивания состояния технологического оборудования. Развитие современных информационных технологий на сегодняшний день привело к новому этапу исследований свойств и характеристик технологического оборудования, а именно его устойчивости к разрушающим воздействиям окружающей среды и физическому износу.
В процессе создания и эксплуатации АСОСТО принимали участие органы, компетентные в сфере оценивания пригодности к эксплуатации технологического оборудова79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
ния. В связи с этим система оценивания позволяет решать следующие задачи: подбирать
наиболее подходящий тип оценки для конкретных ситуаций, существенно сокращать время расчетов и подбора соответствующих параметров, получать доступ к информационным
ресурсам и использовать их для оптимизации процедур оценивания.
Любое технологическое оборудование со временем претерпевает износ. В результате
возникает риск его эксплуатации в текущих условиях. Требуется проведение детального
анализа с целью определить, какие действия необходимо предпринять в дальнейшем.
АСОСТО дает возможность рассчитывать и оценивать состояние исследуемого объекта на
любом этапе его эксплуатации. На основе результатов оценки состояния технологического оборудования эксперт может сделать несколько заключений:
1) исследуемый объект полностью соответствует нормам расчета на прочность и
пригоден к эксплуатации;
2) исследуемый объект не соответствует нормам расчета на прочность, поэтому необходимо снизить величину эксплуатационных нагрузок до определенного уровня;
3) исследуемый объект не соответствует нормам расчета на прочность, поэтому необходимо провести ремонт или замену.
АСОСТО содержит подсистему контроля и оповещения о некорректных данных
и/или некорректных действиях. Вследствие этого вероятность ошибочных или некорректных действий снижается до минимума. В связи с этим АСОСТО позволяет решить одну из
главных проблем – проблему негативного влияния человеческого фактора на процедуру
оценивания. В системе оценивания существует возможность сохранения и загрузки данных по ранее проведенным оценкам из базы данных, что позволяет получать общую картину состояния исследуемого объекта и проводить мониторинг износа технологического
оборудования за необходимый период времени.
АСОСТО позволяет значительно уменьшить трудозатраты и вероятность возникновения ошибки в расчетах при проведении оценки эксплуатируемого технологического
оборудования за счет автоматизации основного объема вычислений и повышает качество
оценок и заключений, выдаваемых экспертами. Эксперт, использующий данную систему
оценивания, исходя из предварительного экспертного заключения, получает несколько
вариантов дальнейших действий и в зависимости от сложившейся на данный момент ситуации выбирает наиболее эффективное решение. Помимо этого, в АСОСТО существует
возможность создания формализованного отчета, содержащего всю информацию о проведенной оценке состояния технологического оборудования.
Наличие АСОСТО в специализированных сервисных центрах или уполномоченных
оценочных организациях позволит:
1) повысить уровень и качество проводимых оценок состояния технологического
оборудования;
2) наиболее верно определять перечень мероприятий, необходимых для дальнейшего эксплуатирования исследуемого технологического оборудования;
3) сократить трудозатраты на проведение экспертной оценки;
4) значительно повысить рентабельность оценочной деятельности;
5) сократить материальные затраты на содержание технологического оборудования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гетман, А. Ф. Неразрушающий контроль и безопасность эксплуатации сосудов и трубопроводов давления
/ А.Ф. Гетман, Ю.Н.Козин. - М.: Энергоатомиздат, 1997. – 288 с.
2. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (ПНАЭ
Г-7-002-86) / Госатомэнергонадзор СССР. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 525с. – (Правила и нормы в
атомной энергетике).
Материал поступил в редколлегию 18.11.09.
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
УДК 004.89:004.4 (667.28:54.06)
Ю.В.Бугаев, П.Т. Суханов, А.В.Колесник
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПИЩЕВЫХ КРАСИТЕЛЕЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ
ПЛАНАРНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ИНФОРМАЦИИ О ЦВЕТЕ КРАСИТЕЛЯ
Рассмотрены методы идентификации пищевых красителей по результатам анализа планарной хроматографии. В качестве математического аппарата использован аппарат нечетких множеств. Построены функции
принадлежности тестового набора красителей в HSI-пространстве представления цвета.
Ключевые слова: цветовая классификация; нечеткие множества; планарная хроматография.
При производстве продуктов питания широко применяются пищевые добавки: красители, стабилизаторы, консерванты и др. [1], - так как их использование позволяет улучшить потребительские качества продукции, увеличить срок хранения, уменьшить затраты
на производство. Общеизвестно, что долговременное употребление продуктов с повышенной концентрацией данных веществ приводит к различным негативным последствиям
для здоровья человека: расстройству желудка, появлению новообразований пищеварительного тракта, аллергии и прочих осложнений. Именно поэтому предельно допустимая
концентрация пищевых добавок жестко нормируется санитарными нормами. Задача контроля качества продуктов питания очень актуальна в настоящее время еще и потому, что
на рынке присутствуют фальсифицированные продукты и просто продукты, не соответствующие санитарным нормам. В данной статье нами ставится задача исследовать подходы
к идентификации пищевых красителей в продуктах питания посредством информации о
цвете красителя.
Популярными методами анализа содержания пищевых красителей являются методы
планарной хроматографии [2] (ПХ, хроматографии на плоскости): метод тонкослойной
хроматографии и метод бумажной хроматографии. Их популярность связана с тем, что они
позволяют достаточно быстро и с наименьшими материальными затратами обнаруживать
достаточно малые количества вещества (0,1…0,005 мкг). Метод ПХ состоит в том, что на
пластинку с нанесенным сорбентом (для бумажной хроматографии – бумага) наносят пробы
разбавленной культурной жидкости и индивидуальных веществ. Край пластинки ниже стартовой линии погружают в растворитель, который, перемещаясь, разделяет смесь веществ.
Пластинку сушат, компоненты смеси проявляются в виде окрашенных областей (ОО), по положению, окраске и размеру которых можно судить о качественном и количественном составе пробы (рис. 1). Известно [2], что при одних и тех же условиях проведения ПХ площадь
ОО на плоскости пропорциональна концентрации красителя (количественный анализ), а
также что ОО одного и того же вещества находится в одной и той же части хроматограммы (качественный). Для анализа необходимо иметь набор характеристик распределения красителей (стандартов) с известными концентрациями красителей и условиями проведения ПХ.
В настоящее время для обработки результатов ПХ разработано много инструментальных средств [3] с соответствующим программным обеспечением (ПО), однако самым
доступным является обычный офисный планшетный сканер с персональным компьютером (ПК) [4]. Нужно отметить, что существующее ПО решает в большей степени задачу
количественного анализа по результатам ПХ, качественному анализу отводятся вторые
роли. Традиционный способ (без применения сканеров и ПК) идентификации соединений
- весьма трудоемкий, длительный и менее точный процесс. Существующие поисковоинформационные системы автоматического качественного анализа по базе данных характеристик веществ в хроматографии основаны на вероятностном подходе [5]. Следует от81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
метить следующие недостатки этого подхода: наличие большой выборки данных для получения адекватного решения, а также невозможность использовать знания и опыт эксперта (аналитика). В свою очередь, аппарат нечетких множеств менее требователен к выборке данных и позволяет использовать опыт и знания эксперта при описании нечетких
правил и функций принадлежности [6].
Рис.1. Проявленная хроматографическая пластинка: C1, C2, C3 – области стандартов;
Пр – области примесей; П1, П2 – области проб; А – область анализируемого вещества
Главным традиционным критерием идентификации в хроматографии является индекс удерживания R f , который характеризует положение ОО. Так, для одного и того же
красителя в одних и тех же условиях (растворитель, сорбент) ОО располагается в одной и
той же части (рис.1).
x
R f = ∈ (0,1),
R
где х – расстояние от точки начала проведения ПХ до центра ОО красителя (среднее
арифметическое); R – расстояние от линии начала до линии окончания ПХ (выделяются
пользователем).
Функция принадлежности красителя в терминах математического аппарата нечетких
множеств описывается параболой, так как коэффициент R f принадлежит нормальному распределению, а парабола - упрощенная модель нормального распределения.
 1
−
( X − Mx )2 + 1, | X − Mx |≤ Dx
FRf ( X , Mx, Dx) =  Dx

0, | X − Mx |> Dx
где X – коэффициент R f анализируемого красителя Coler1 i (i=1...m, где m - количество
известных красителей в БД характеристик); Mx – усредненное значение R f для данного
красителя; Dx – возможное отклонение от среднего.
Тогда для окрашенной области Q j (j=1…n, где n-количество ОО) правило идентификации красителя по индексу удерживания имеет вид
ЕСЛИ F Rf (Rf j ,Mx i ,Dx i ), TO Q j ∈ Coler1 i .
(1)
Алгоритм идентификации построенный на основе данного правила, дает хорошие
результаты. Однако одного критерия идентификации не достаточно. В ходе исследования
мы столкнулись с необходимостью повышения точности идентификации красителей. Мы
предлагаем использовать априорную информацию о цвете красителя.
Рассмотрим модели компьютерного представления цвета и алгоритмы сравнения цветов. Одной из наиболее распространенных моделей представления цвета является RGB82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
модель, в основе которой лежит воспроизведение любого цвета путем сложения трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Цветовое пространство
RGВ может быть геометрически представлено в виде трёхмерного куба. Таким образом,
можно отнести набор эталонных цветов красителей к пикселам изображения ОО, установив сходство или различие координат цветовых компонентов.
R
σG
C1
σR
σB
C2
G
B
Рис. 2. Кластерная идентификация цвета в RGB-пространстве
При представлении цвета в трехмерном пространстве цветовых компонентов значения цветов группируются в определенном объеме пространства RGB. Поскольку вычисляемые текущие значения цветовых компонентов представляют собой кластер, образованный локализованной в пространстве RGB совокупностью точек, то последующий анализ заключается в обнаружении и определении характеристик соответствующих кластеров в пространстве цветовых компонентов. Описанием кластера является его представление в виде экстента – габаритного прямоугольного параллелепипеда, ребра которого параллельны координатным осям пространства RGB. Количество кластеров определяется
количеством цветов красителей, использующихся при производстве продуктов питания
(рис. 2) [7].
Для аналитического описания характеристик цвета предложено использовать средние значения цветовых компонентов кластера M R , M G , M B и среднеквадратические отклонения σ R , σ G , σ B ц в е товых компонентов. Для алгоритма идентификации красителя,
построенного на базе аппарата нечетких множеств, функцией принадлежности компонента x ∈ ( R, G, B) цвета будет функция
 | Сx − Mx |
+ 1, | Сx − Mx |≤ σ x

f комп (Сx, Mx, σ x ) =  − σ x

0, | Сx − Mx |> σ x
.
Тогда правило в терминах нечеткой логики, описывающее принадлежность пиксела
C=(R,G,B) ОО к цвету красителя Coler1 i в RGB–пространстве (рис. 2), имеет вид
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
ECЛИ f комп (C R , M Ri , σ Ri ) , f комп (C G , M Gi , σ Gi ) и f комп (C B , M Bi , σ Bi ), TO с ∈ Coler i .
Недостатком данного подхода к идентификации красителя является то, что при увеличении количества красителей практически одного и того же цвета точность определения падает, вычислительная точность повышается. Так, для красителей Е122 (малиновый),
Е129(красный) и Е124(красный) области допустимых оттенков цветов в RGB-пространстве
пересекаются, что приводит к неадекватности определения цвета. RGB-пространство удобно
для цветового представления, но вследствие высокой взаимной корреляции между цветовыми компонентами R, G, В такое представление не подходит для задачи анализа цвета
изображения. Кроме того, представление цвета в RGB-пространстве делает невозможным
вычисление меры схожести двух цветов через длину цветовых векторов. Таким образом,
мы видим, что использование RGB-пространства не позволяет повысить точность определения концентрации пищевых красителей.
Часто в задачах обработки цветных изображений используется цветовое пространство HSI (тон, насыщенность, интенсивность), отражающее физиологию человеческого зрения [8]. Имеется несколько вариантов HSI-систем: HSB (тон, насыщенность, яркость),
HSL (тон, насыщенность, светлота) и HSV (тон, насыщенность, значение). HSIпространство позволяет отделить цветовую информацию от яркости. Цветовая информация представляется в данном случае компонентами тона (H) и насыщенности ( S ) . Тон
определяется доминирующей длиной волны в спектральном распределении. В общем случае тон рассматривается как угол между линией отсчета и цветовой точкой в RGBпространстве. Диапазон изменения этой величины - от 0 до 3600. Насыщенность - это мера
чистоты цвета, обозначает количество белого цвета, смешанного с тоном.
Переход в HSI - пространство выполняется следующим образом:


3 (G − B)
, I = R + G + B , S = 1 − Min( R, G, B) .
H = arctg 
 ( R − G ) + ( R − B) 
I
3


Обозначим функцию перехода цвета C=(R,G,B) из RGB-пространства в HSIпространство RGBtoHSI(C)=(H,S,I).
Для идентификации цвета красителя построим функции принадлежности компонентов тона ( Н ) к некоторым пищевым красителям при помощи аппарата нечетких множеств (рис.3).
Рис. 3. Функции принадлежности компонентов тона (H) ОО к определенным красителям
Функции принадлежности для компонентов тона описываются пиком по формуле
h−M
 M − A + 1, h ∈ ( A, M ]

f (h, M , А, B) =  h − M
 M − B + 1, h ∈ ( M , B)

0, h ∉ ( A, B)

84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
где h – значение тона (Н) пиксела; М – значение тона, при котором функция принадлежности принимает максимальное значение 1; А – левая граница пика; B – правая граница
пика.
Так, для красителя E110 (желтый «солнечный закат», оранжевый) функция принадлежности имеет вид f(h,35,50,55). Константы функции принадлежности для некоторых
красителей приведены в таблице.
Таблица
Константы функции принадлежности цвета f(h,A,M,B) красителей
Краситель
Цвет
A
M
B
E122
Азорубин, кармазин, малиновый
0
15
340
360
E124
Пунцовый 4R, красный
0
20
30
E129
Красный, оранжево-красный
15
30
45
E110
Желтый «солнечный закат», оранжевый
30
45
60
E102
Татразин, кислотно-желтый, золотисто-желтый
35
50
65
E133
Синий блестящий, голубой
200
210 220
E132
Индиго, саксонский синий, синий
205
215 225
E151
Черный блестящий, фиолетовый
250
260 270
Тогда правило идентификации пищевого красителя по изображению ОО имеет вид
ECЛИ f(RGBtoHSI(C) Н , M coler , A coler , B coler ) , TO С ∈ Coler i .
(2)
Получено правило идентификации, позволяющее цвет ОО сравнивать с цветом стандарта красителя и находить цветовое соответствие. Результаты исследования показали,
что точность автоматического определения красителей одних и тех же цветов (E122, E124,
E129), визуально отличавшихся только оттенками, очень высока. Однако данный подход
имеет некоторые недостатки. Приведем пример одного из негативных эффектов его использования. Для желтых красителей (Е110, Е102) при сильной яркости сканирования
цвет ОО сливается с белым фоном хроматограммы, вследствие чего и наблюдается один
из существенных недостатков тона. Он состоит в том, что тон имеет сингулярность вблизи
оси цветового цилиндра, где незначительное изменение значений R , G , В может привести к большому скачку в трансформированных значениях компонентов HSI-пространства.
В результате такого эффекта могут образовываться прерывности в представлении цвета.
Значения тона рядом с сингулярностью численно нестабильны. Это ведет к тому, что пикселы, имеющие низкую насыщенность, остаются неопределёнными для областей во многих алгоритмах сегментации. Кроме того, если значение яркости находится ближе к белому или чёрному, эффективность использования компонентов тона и насыщенности при
различении цвета значительно падает.
Рассмотрев модели идентификации красителей по результатам ПХ с использованием
априорной информации о цвете и проанализировав их достоинства и недостатки, мы можем утверждать, что наилучший результат (при достаточно простом описании математического аппарата) дает алгоритм, построенный на основе функции принадлежности компонентов тона H (HSI - пространства) ОО к определенному красителю. Однако один лишь
критерий цвета нельзя использовать в качестве критерия идентификации [2], так как на
результат анализа может влиять калибровка офисного сканера (представление отсканированного цвета), множество похожих оттенков различных красителей. Использование экспертной информации о цвете [см. правило (2)] наряду с традиционным способом идентификации по коэффициенту удерживания [см. правило (1)] позволило повысить точность
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
определения наличия красителей. Точность идентификации составила 80% (в зависимости
от качества полученных результатов ПХ).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Серафимова, Л.А. Экология и безопасность. Применение пищевых добавок: энциклопедия / Л.А. Серафимова. - СПб.: ГИОРД, 2003.- 688 с.
Сумина, Е.Г. Тонкослойная хроматография: теоретические основы и практическое применение: учеб.
пособие / Е.Г.Сумина, С.Н.Штыков, Н.В.Тюрина. – 2-е изд. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2006. – 112 с.
Красиков, В. Д. Современная планарная хроматография / В.Д.Красиков // Журнал аналитической химии. – 2003. - Т. 58. - №8. - С. 792-807.
Jin, H. Исследование возможностей сканера для офисного использования в аналитической химии / H.Jin,
L.Bing, M. Нue-hua, J.Xiao-li // J. Sichuan Univ.Eng.Sci.Ed. – 2003.-V.35. - №2. - P. 68-72.
Вершинин, В.И. Компьютерная идентификация органических соединении / В.И.Вершинин, Б.Г.Дерендяев,
К.С.Лебедев. - М.: Академкнига,2002.-197с.
Борисов, А. Н. Использование нечеткой информации в экспертных системах / А. Н. Борисов, В. И.
Глушков // Новости искусственного интеллекта. - 1991. - Вып. 3. - С. 13 – 41.
Телегина, М.В. Моделирование и структурно-цветовой анализ графических изображений: дис.…канд.
техн. наук: 05.13.18 / М.В. Телегина. – Ижевск, 2006. – 149 с.
Yones, A. Color Image Profiling Using Fuzzy Sets / A. Yones, I.Truck, H.Akdag // Turk J Elec Engin. – 2005. V.13. - №3.
Материал поступил в редколлегию 19.12.08.
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
УДК 531.3
К.В. Рощин
АНАЛИЗ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ВЫВОДАХ
РАДИОЭЛЕМЕНТОВ ПРИ ВИБРАЦИОННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
Разработан метод оценки времени до усталостного разрушения выводов радиоэлементов (РЭ) при вибрационных воздействиях, в основе которого лежит иерархический подход.
Ключевые слова: выводы радиоэлементов; усталостное разрушение; механические напряжения; вибрационные воздействия.
В настоящее время весьма актуальна задача математического моделирования радиоэлементов (РЭ) в составе блоков кассетного типа (БКТ) и блоков этажерочного типа
(БЭТ) бортовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) с учетом неравномерности распределения температуры по печатной плате для анализа длительной работоспособности РЭ
при вибрационных воздействиях, а также разработка метода оценки времени до усталостного разрушения выводов РЭ в составе БКТ и БЭТ при вибрационных воздействиях. Для
этого, в свою очередь, требуется разработать расчетные модели для оценки времени до
усталостного разрушения выводов РЭ и расчетные модели для анализа механических процессов в БКТ и БЭТ, а также на их основе создать программные и методические средства
для обеспечения длительной работоспособности РЭ в составе БКТ и БЭТ бортовой РЭА
при вибрационных воздействиях.
Экспериментальные исследования БКТ и БЭТ бортовой РЭА при их проектировании являются трудоемкими и в большинстве случаев не позволяют оценить длительную
работоспособность РЭ при вибрационных воздействиях, так как время испытаний аппаратуры при номинальных нагрузках достигает десятков тысяч часов, что практически нереализуемо, а проведение ускоренных испытаний требует знания коэффициентов пересчета
полученных значений времени до усталостного разрушения выводов РЭ из форсированного режима в номинальный, которые в настоящее время для большинства РЭ неизвестны,
тем более что они могут быть получены только экспериментально.
Изучение используемых в настоящее время методов и моделей для оценки механических характеристик конструкций РЭА, пакетов прикладных программ (ППП), созданных на их основе, а также методик для анализа и обеспечения механических характеристик конструкций РЭА показал, что применять их для оценки длительной работоспособности РЭ в составе БКТ и БЭТ при вибрационных воздействиях практически невозможно
[1].
Исследования конструкций БКТ и БЭТ бортовой РЭА, проведенные автором, позволяют сформулировать требования к методу оценки времени до усталостного разрушения выводов РЭ при вибрационных воздействиях.
Применение разрабатываемого метода в качестве математического обеспечения автоматизированного проектирования БКТ и БЭТ должно позволять:
– проводить на ранних этапах проектирования (без изготовления макетов и опытных образцов) иерархический анализ динамики конструкций БКТ и БЭТ с учетом влияния
температуры с целью определения механических режимов РЭ и их выводов;
– определять наиболее рациональные пути изменения конструкции БКТ и БЭТ с
целью обеспечения требований ТЗ по вибрационным воздействиям, а также требований
технических условий на РЭ на основе функций параметрической чувствительности механических характеристик БКТ и БЭТ.
Вибрационные воздействия задаются для верхнего уровня иерархии аппаратуры –
блока. Поскольку стоит задача проанализировать отдельный РЭ, то нужно получить ко87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
эффициенты передачи вибрационных воздействий от мест крепления блока к местам крепления печатного узла (ПУ), а от них – к местам крепления РЭ.
В основу метода оценки времени до усталостного разрушения выводов РЭ положен
иерархический подход. Конструкция блока подразделяется на конструктивные уровни
разукрупнения. При этом для каждого уровня используются свои математические модели.
Структурная схема разработанного метода приведена на рис. 1.
a ,q
вх
бл
Моделирование
БКТ (БЭТ)
q
ЭК
a
ÝÊ
Моделирование
ЭК
q
a
ПУ
a
z
ÏÓ
T
Моделирование
ПУ
q
a , z ,θ
рэ
рэ
рэ
рэ
рэ
рэ
θ
рэ
Моделирование
РЭ
t
p
Анализ
результатов
Рис. 1. Структурная схема метода оценки времени до усталостного разрушения выводов РЭ
при вибрационных воздействиях: α вх – амплитуда входного ускорения в заданном диапазоне частот; α эк , α пу ,
α рэ – амплитуды виброускорений в точках крепления этажерочной конструкции (ЭК), ПУ и РЭ; z рэ – виброперемещение в точке крепления вывода РЭ; Ө рэ – угол изгиба печатной платы (стенки блока) в точке крепления вывода РЭ; T – температура участков печатной платы; q бл , q эк , q пу , q рэ – геометрические и физикомеханические параметры материалов стенок корпуса БКТ (БЭТ), шпилек, печатных плат, РЭ соответственно; t p – время до усталостного разрушения выводов РЭ.
Вибрационные воздействия, поступающие на опоры блока, при гармонической вибрации задаются в виде графика виброускорения в зависимости от частоты в определенном
частотном диапазоне. При случайной вибрации задается график спектральной плотности
ускорения в зависимости от частоты в определенном частотном диапазоне. Так как моделирование проводится для гармонической вибрации, то необходим переход от гармонической вибрации к случайной. Необходим также переход от случайной вибрации к гармонической при задании входных воздействий.
Для анализа верхнего уровня иерархии используется математическая модель, разработанная автором (рис. 2). Данная задача упрощается или усложняется в зависимости от
рассматриваемых направлений воздействий и количества анализируемых граней блока. В
этом состоит преимущество разработанной модели блока перед существующими аналогичными моделями. При этом БЭТ моделируется совместно с ЭК при колебаниях в направлении, перпендикулярном плоскости ПУ в ЭК (по оси Z). При колебаниях БЭТ в направлениях, параллельных плоскостям ПУ в ЭК (по осям X и Y), ЭК моделируется от88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
дельно. Учитывая большую жесткость основания БЭТ при колебаниях по осям X и Y, а
также результаты экспериментальных исследований, можно считать, что виброускорения
к местам крепления ЭК по осям X и Y передаются от мест крепления блока без изменения.
Виброускорения в местах крепления РЭ на корпусе блока и ПУ получаются в результате расчета корпуса блока. Каждой опоре соответствует своя амплитудно-частотная
характеристика (АЧХ).
а)
б)
в)
Рис. 2. Расчетная макромодель каркаса БКТ с ПУ: а – при колебаниях по оси Y;
б – при колебаниях по оси Х; в – при колебаниях по оси Z;
1 – ПУ; 2 – стержни каркаса; 3 – жесткие связи
Для анализа воздействий по осям X и Y на систему ПУ, составляющих этажерочную конструкцию, используется модель, разработанная автором (рис. 3). Расчет ЭК сводится к анализу модели, состоящей из сосредоточенных масс (ПУ), соединенных друг с
другом механическими связями с упругими и демпфирующими сосредоточенными параметрами (шпильки). В результате расчетов определяются виброускорения в местах крепления платы по осям X и Y.
Для анализа ПУ при воздействии по оси Z (в
поперечном направлении) используется метод конечных разностей. Для анализа РЭ, установленных
как на печатной плате, так и на корпусе блока, используются модели, представленные ниже. Расчет
РЭ сводится к анализу расчетной схемы, состоящей
из сосредоточенной массы (корпус РЭ), соединенной с источником воздействия вибрации рамной
конструкцией (выводы). Для полного анализа – по
трем осям координат – можно рассмотреть расчетную
схему три раза: по оси X, оси Y и оси Z. В реРис. 3. Расчетная макромодель
зультате расчетов определяются механические наконструкции стойки
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
пряжения в точках пайки выводов к плате, изгиба выводов, соединения выводов с корпусом РЭ. Для анализа мгновенной прочности выводов РЭ по результатам расчета механических напряжений используются гипотезы прочности [2]. Для пластичных материалов,
каковыми являются материалы выводов РЭ, при трехосном напряженном состоянии используют энергетическую гипотезу формоизменения (называемую также четвертой гипотезой прочности или гипотезой Губера-Мизеса) [2], которая имеет вид
σ red =
σ 12 + σ 22 + σ 32 − σ 1σ 2 − σ 2σ 3 − σ 3σ 1 ≤ σ adm ,
где σ 1 , σ 2 , σ 3 – одноосные напряжения (вдоль осей X, Y, Z); σ red – эквивалентное напряжение; σ adm – предельное значение напряжения при одноосном напряженном состоянии.
Анализ времени до усталостного разрушения выводов РЭ также рассматривался
автором [3].
После получения виброускорений РЭ по всем трем осям значение модуля результирующего пространственного виброускорения определится из выражения [4]
a∑ =
ax2 + a y2 + az2 ,
где ax , a y , az – значения ускорений РЭ по осям X, Y, Z соответственно.
Схема, представленная на рис. 1, применима в полной мере для анализа конструкций
БКТ и БЭТ на гармоническую вибрацию. Для анализа на случайную вибрацию необходим
переход от гармонической вибрации к случайной и наоборот.
Для расчета времени до усталостного разрушения выводов РЭ необходимо определить механические напряжения в выводах. Следовательно, нужно получить макромодели
РЭ для расчета механических напряжений в выводах, а затем рассчитать по известным
формулам время до усталостного разрушения выводов РЭ при гармонической и случайной вибрациях.
Один и тот же РЭ может быть закреплен различными способами [3]. Это приводит к
тому, что один и тот же РЭ имеет различные расчетные макромодели. В то же время разные РЭ могут иметь незначительные конструктивные отличия корпусов, крепления, а следовательно, одинаковые расчетные макромодели. РЭ, установленные на собственных выводах, могут иметь резонансы в диапазоне частот воздействующей вибрации или акустического шума, которые приводят к значительному возрастанию колебаний и в результате
чаще всего к поломкам выводов. РЭ, корпуса которых жестко скреплены с платой, практически не имеют резонансов в рабочем диапазоне частот механических воздействий, но
из-за изгибных колебаний ПУ имеют значительные механические напряжения в выводах,
которые также могут привести к поломкам, в том числе к усталостным. Выводы таких РЭ
имеют значения собственных частот, значительно превышающие верхнюю границу заданного частотного диапазона. Поэтому резонансные колебания выводов РЭ, корпуса которых жестко скреплены с платой, здесь не рассматриваются.
Количество РЭ на печатной плате может превышать сотню. В одном блоке может
быть несколько десятков ПУ. В одной стойке или шкафу может быть несколько блоков.
Несложный арифметический расчет показывает, что в одной стойке или шкафу может
быть несколько тысяч РЭ. Если проводить расчет в частотном диапазоне, например на 100
частотах, потребуется несколько сотен тысяч расчетов РЭ для одной стойки или шкафа. А
если расчет проводить по методу Монте-Карло, то и того больше. И если при этом использовать дискретные модели, то расчет может затянуться на месяцы и даже годы. Единственным выходом является использование аналитических макромоделей РЭ. Кроме того,
количество расчетов можно уменьшить методически, используя аналогию конструкций и
опыт расчетов для предыдущих проектов.
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
В большинстве случаев масса корпуса РЭ много больше массы выводов. Следовательно, массой выводов можно пренебречь. В то же время жесткость выводов на изгиб
много меньше жесткости корпуса
РЭ на изгиб. Таким образом, расчетная макромодель представляется в виде П-образной рамы с
защемленными краями и сосредоточенной
посередине
массой
(рис. 4 а). Аналогично для других
способов крепления РЭ [3] расчетные макромодели имеют вид
сосредоточенных масс, установленных на стержне (рис. 4 б). В зависимости от направления динамической силы такие макромодели при определении собственных частот колебаний РЭ нужно рассматривать как системы с одной, двумя или, например, шестью степенями свободы. Для таких систем в работе при расчете ускорений корпусов РЭ и собственных частот колебаний РЭ используется макромодель конструкции РЭА на виброизоляторах [5]. Для расчета напряжений в выводах используется метод сил [2], широко применяемый в строительной механике.
У РЭ, корпуса которых жестко скреплены с платой и не влияют на колебания выводов при механических воздействиях, макромодели для расчета напряжений в выводах
представлены в виде рам.
Так как колебания выводов РЭ являются изгибными, для расчета времени до усталостного разрушения выводов РЭ необходимы только нормальные механические напряжения. Нормальные напряжения в выводах определяются по формуле [2]
Md
,
σ=
2I
где M – изгибающий момент в сечении вывода, в котором рассчитывается напряжение;
d – сторона поперечного сечения вывода, параллельная плоскости изгиба (для круглого
сечения – диаметр); I – момент инерции поперечного сечения вывода.
Очевидно, что механические напряжения следует определять в так называемых
опасных сечениях выводов, в которых они максимальны и вероятность поломки наибольшая. Это места крепления выводов к корпусу РЭ и к плате, а также точки изгиба. Как видно из последней формулы, основным неизвестным является изгибающий момент. Необходимо рассчитать его для различных способов крепления РЭ.
Для определения виброускорения РЭ, установленного на собственных выводах, получена следующая общая формула [5]:
Рис. 4. Расчетные модели РЭ
ap = a
I +γ 2
,
2
  ω 2 
I −    + γ 2
  ω0  
где a – ускорение участка ПУ в месте крепления выводов РЭ; ω0 – резонансная частота
колебаний РЭ (циклическая); ω – текущая круговая частота колебаний; γ – коэффициент
механических потерь (КМП) в материале вывода.
Данная модель является нелинейной, так как γ зависит от напряжения, которое, в
свою очередь, зависит от виброускорения. Таким образом, в данной модели учитывается
рассеивание энергии в материалах конструкции выводов РЭ. При этом в расчетах используется максимальное напряжение в выводах, определение которого будет рассмотрено
ниже.
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Некоторые полученные формулы расчета резонансных частот для поступательных
и вращательных движений корпуса РЭ и изгибающих моментов при вибрационных воздействиях приведены в табл. 1. В этих формулах приняты следующие обозначения:
M A , M B , M C , M D , M E , M 1 − M 5 – изгибающие моменты в опасных сечениях выводов РЭ;
N p – число пар выводов РЭ; Px , Py , Pz – силы инерции корпуса РЭ в направлении осей X,
Y, Z соответственно; ax , a y , az – ускорения в местах крепления РЭ в направлении осей X,
Y, Z соответственно; m – масса РЭ; ω0 – собственная частота колебаний вывода; E , G –
модуль упругости и модуль сдвига материала вывода соответственно; θ x , θ y – углы изгиба
платы (стенки, шкафа, блока) в точках крепления выводов в направлении осей X и Y соответственно.
Таблица 1
Математические модели РЭ на собственных выводах
Схема и нагрузка
Математические модели
M=
M=
M 1 + M 1′
A
D
M=
M=
M 2 + M 2′ ;
B
C
M=
M 5 − M 5′
E
M
=
M
=
1
4
Pz L
8(2 + k )
M
=
M
=
2
3
Pz L
;
4(2 + k )
=
M5
Pz L
(1 + k )
4(2 + k )
2θ x ( 3 + 2k ) EI
m az
h
k =
, Pz
h(2 + k ) =
L
Np
4 EIθ x
′ M
′
=
=
− kM 1′ ;
M
2
3
24 EI
L
ω0 =
3 

4 EIθ x
mh3 1 +

=
+ kM 1′
M 5′
+1
k
6

L
′ M
′
M
=
=
1
4
Px h (1 + 3k )
1,5khPx
=
=
M
, M
B
C
2 (1 + 6k )
1 + 6k
=
M
M=
A
D
48 EIN p
m ax
=
, Px
9 
Np

mh′3 1 −

+
k
8
16


=
ω0
=
M
M=
A
D
=
ME
=
ω0
Py h
2
, M
=
=
M
B
C
Py L2
16 Eh / G + 8 L
,
Py L 
L

1 −
,
4  4 Eh / G + 2 L 
m ay
2N p
=
,
P
y
Np

m  L3 h3
L4G
 + −

EI  24 3 32 ( 2hE + LG ) 
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Существует множество РЭ, жестко скрепленных с платой. Как было отмечено, корпуса таких РЭ практически не имеют резонансов в диапазоне частот воздействующей
вибрации (обычно до 2-3 кГц) или акустического шума (до 10 кГц). Их ускорения можно
считать равными ускорениям участков ПУ в местах крепления корпуса. Для таких РЭ возникает необходимость проведения расчета механических напряжений в опасных сечениях
выводов, обусловленных исключительно деформациями печатной платы. Одна из распространенных моделей приведена в табл. 2.
Таблица 2
Математическая модель выводов РЭ, корпуса которых скреплены с платой
Схема и нагрузка
Математические модели
=
MA
=
MB
=
MC
EI  3 f

+ ( 3 + 4k ) θ 

+
k
h
l
1
( ) 

2 EI  3 f

+θ 

+
(1 k ) l  h 
EI  3 (1 + 2k ) f θ 
h
=
+ ; k

2
h
l
l
1+ k 
Расчетная схема гибкого проводника, используемого для соединения контактов кристалла и корпуса интегральной схемы (ИС), представлена на рис. 5. Проводник имеет вид
криволинейной арки круглого поперечного
сечения диаметром d, изогнутой по дуге окружности радиусом r. Концы арки жестко
закреплены. Силы инерции имеют произвольное направление. Для оценки прочности
гибкого проводника целесообразно раздельно вычислить напряжения при действии сил
инерции в трех характерных направлениях:
совпадающем с направлением оси Y; противоположном направлению оси Y; перпендикулярном плоскости YOX. Математические
модели внутренних выводов ИС в виде гибРис. 5. Схема гибкого проводника
ких проводников приведены в табл. 3 [6].
В этих формулах приняты следующие обозначения: M A , M B – суммарные изгибающие моменты в точках А, В соответственно; M qè – изгибающий момент сил инерции;
M 11è , M 12è – изгибающие моменты от единичной силы и единичного момента, действующих
в гибком проводнике соответственно в направлении силы X 1 и момента X 2 ; X 3 – изгибающий момент, возникающий в поперечном сечении гибкого проводника по оси симметрии. Полученные модели применяются при сложных механических воздействиях. Однако
особую актуальность расчет прочности таких выводов приобретает при воздействии акустических шумов, так как при этом повышается частотный диапазон, а значит, происходит
приближение к резонансным частотам.
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Математические модели внутренних выводов интегральных схем
Схема и нагрузка
Математические модели
Ì
À
Ì Â=
Ì qÈ + Ì
=
È
11
X1 + Ì
È
12
Таблица 3
X2
Ì
qr (α sin α + cos α − 1)
=
2
È
q
Ì
È
11
=
−r (1 − cos α ) ; Ì
r 0,5 ( h + l h )
=
È
12
=
−1
2
l
2 (r − h)
α = arctg
q
X 1 = qr
K1q − K12 X 2 qr 2
X 2 = qr 2
A
K11
K 2 q K11 − K12 K1q
K11 K 22 − K122
3
1
3
K1q =3sin α − α cos α − sin 2α + cos 2α − α
8
4
2
K 2 q= 2sin α − α (1 + cos α )
K11 0,5 ( 3α + sin α ( cos α − 4 ) )
=
K 22= α ; K12= α − sin α
MA =
MB =
qr 2 (1 − cos α ) − X 3 cos α
9
9
1
5
sin α − α + sin 2α − α cos α
4
8
16
4
X 3 = qr
9
1
α − sin 2α
8
16
2
Разработанные расчетные модели положены в основу автоматизированной подсистемы анализа и обеспечения времени до усталостного разрушения пластинчатых и стержневых элементов конструкций БКТ и БЭТ бортовой РЭА при вибрационных воздействиях
и использованы для оценки времени до усталостного разрушения выводов РЭ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рощин, К.В. Анализ пакетов прикладных программ, применяемых для математического моделирования
механических процессов в конструкциях бортовой радиоэлектронной аппаратуры / К.В. Рощин // Материалы V Междунар. науч. конф. «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (проект РФФИ №
08-08-99700). – Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2008. – С. 316-318.
2. Степин, П.А. Сопротивление материалов: учеб. для немашиностроит. спец. вузов / П.А. Степин. – М.:
Высш. шк., 1988. – 367 с.
3. Рощин, К.В. Усталостное разрушение выводов радиоэлементов при гармонической и случайной вибрации / К.В. Рощин // Вестн. Дон. гос. техн. ун-та. – 2008. – Т.8. – № 1(36). – С. 86-95.
4. Карпушин, В.Б. Вибрации и удары в радиоаппаратуре / В.Б. Карпушин. – М.: Сов.радио, 1971. – 344 с.
5. Токарев, М.Ф. Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппаратуры / М.Ф. Токарев, Е.Н.
Талицкий, В.А. Фролов. – М., 1983. – 256 с.
6. Кузнецов, О.А. Прочность элемента микроэлектронной аппаратуры / О.А. Кузнецов, А.И. Погалов, В.С.
Сергеев.– М.: Радио и связь, 1990. – 144 с.
Материал поступил в редколлегию 17.03.08.
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
УДК 004.942
И.В.Симуков
СОПОСТАВЛЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ РАСЧЕТА
ЭФФЕКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ПОРШНЕВЫХ ДВС, РОТОРНО-ПОРШНЕВОГО
ДВИГАТЕЛЯ ВАНКЕЛЯ И НОВОГО ДВУХВЕРШИННОГО РОТОРНОГО
ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Разработана математическая модель расчета эффективной мощности нового двухвершинного роторного
двигателя внутреннего сгорания. Сопоставлены математические модели расчета мощности для различных
двигателей (двухтактного ДВС, четырехтактного ДВС, РПД Ванкеля, нового двухвершинного роторного
двигателя). Выявлена аналогия нового двухвершинного роторного двигателя, сохранившего конструктивные преимущества роторных двигателей, с четырехтактным поршневым ДВС.
Ключевые слова: математическая модель; эффективная мощность; двигатель; новая конструкция.
Особое внимание при разработке математической модели роторного двигателя (РД)
новой конструкции уделялось определению индикаторной мощности N i - параметра, характеризующего рабочий цикл двигателя.
Исходя из определения давления ρi , индикаторную работу Lцi (Дж), совершаемую
за цикл в одном отсеке (камере), можно представить в следующем виде:
Lцi = 10 ρ iVh ,
Vh
∫ρ
цi
dVh = ρ iVh ,
0
где Vh - рабочий объем отсека (камеры), разность между наибольшим и наименьшим объемами отсека, дм3 (л); ρ цi - текущее значение давления в отсеке (камере), МПа.
Аналогично определяется эффективная работа Lцэ (Дж) за цикл в одном отсеке
(камере):
Lцэ = 10 ρ еVh .
Следовательно, индикаторная мощность N i (кВт) может быть определена по формуле
ρ iVh nв zц
,
30τ
30τ
где nц - число рабочих циклов, совершаемых в отсеках (камерах) в минуту, мин-1; z ц число рабочих циклов, совершаемых за один оборот вала отбора мощности.
Аналогично этому эффективная мощность N e (кВт) может быть определена по
формуле
ρVn z
Nе = е h в ц ,
30τ
а литровая мощность N л (кВт/л) – по формуле
ρnz
Nл = е в ц .
30τ
Ni =
Lцi nц
95
=
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Число рабочих циклов, совершаемых за один оборот вала отбора мощности, определяется для роторных двигателей (РПД Ванкеля и РД новой конструкции) [1] по формуле
2i z
zц = в 0 ,
τ
где z 0 – число циклов изменения объема отсеков за один оборот ведущего ротора; τ – число тактов цикла; i в – передаточное отношение привода от ведущего ротора (сопряженного
с валом отбора мощности посредством передаточного механизма) к валу отбора мощности.
n
iв = р ,
nв
-1
где n р – число оборотов ротора, мин ; n в – число оборотов вала отбора мощности, мин-1.
Результаты сопоставления двигателей сведены в табл. 1.
Таблица 1
Теоретическое сопоставление ДВС по параметру эффективной мощности
Двухтактный
ЧетырехтактРПД
РД
ПД
ный ПД
Параметр
(1 секция)
(1 цилиндр)
(1 цилиндр)
(1 пара камер)
Эффективная
V p nz
V p nz
V p ni
V p ni
Ne = л e
Ne = л e
Ne = л e ц
Ne = л e ц
мощность
30τ
30τ
30τ
30τ
Nе, кВт
Число цилинд1
1
ров i (для ПД)
Число рабочих
циклов за 1 обо2i z
2i z
zц = в о ;
zц = в о ;
рот ведущего
τ
τ
вала z ц (для роzц = 1
zц = 1
торных двигателей)
Передаточное
отношение при1/3
1/2
вода i в
Число циклов
изменения объема отсеков за 1
3
4
оборот ведущего
ротора z о
Тактность ДВС τ
2
2
4
4
npеVл
(при равных условиях)
Теоретическое
пропорциональное отношение
сопоставляемых
ДВС
Примечание.
30τN еРПД
;
zц
30τN еПД 2 − тактн.
;
i
30τN еПД 4 − тактн.
;
i
30τN еРД
;
zц
2 N еРПД
2 N еПД 2 − тактн.
4 N еПД 4 − тактн.
4 N еРД
N еРПД = N еПД 2−тактн. = 2 N еПД 4−тактн. = 2 N еРД
Vл – литраж двигателя, л; р е - эффективное давление, МПа; n – частота вращения вала отбора мощности, мин-1.
96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Формулы расчета эффективной мощности [1; 2] доказывают, что РД новой конструкции эквивалентен четырехтактному поршневому двигателю (ПД), в то время как РПД
Ванкеля - двухтактному.
При графическом анализе работы ПД и РПД (рисунок), принципов образования изменяющихся объемов, в которых происходят газовые процессы (впуск – сжатие – воспламенение – расширение - выпуск), выявлено:
- в ПД четыре такта совершаются внутри одного цилиндра;
- РПД трехвершинным ротором постоянно разделен на три рабочие камеры, положение и объем которых изменяются при вращении ротора, обеспечивая выполнение четырехтактного рабочего цикла (впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск отработавших газов);
- в РД новой конструкции [3] четыре такта совершаются в паре двухкамерных блоков («впуск-сжатие» и «рабочий ход-выпуск»); весь четырехтактный цикл происходит
единовременно.
Таким образом, за время выполнения четырех тактов одного полного рабочего
цикла:
- коленвал четырехтактного ПД совершает 2 оборота;
- коленвал двухтактного ПД - 1 оборот;
- эксцентриковый вал РПД - 3 оборота, а с учетом наличия трех камер (изменяющихся объемов) - 1 оборот;
- шестерня отбора мощности нового РД - 1 оборот.
По данным показателям наихудшим вариантом является четырехтактный ПД, поскольку поршень совершает 3 холостых хода, при этом один оборот вала используется не
для получения полезной работы, а для привода механизмов самого двигателя. Остальные
варианты исключают этот недостаток.
Î áúåì
ðàáî ÷èõ
êàì åð
ÏÄ
ÐÄ
ÐÏ Ä
Vраб
Vполн.
Vmin
0
90
180
π
270
360
2π
450
540
3π
630
720
4π
810
900
5π
990
1080
Óãî ë ï î âî ðî ò à âàëà
Рис. Периодичность рабочего цикла при изменении угла поворота ведущего вала (ведущей шестерни)
Рисунок демонстрирует периодичность рабочего цикла при изменении угла поворота ведущего вала (ведущей шестерни). Очевидно, что период:
4π
- четырехтактного одноцилиндрового ПД составит
=π ;
4 такта
4π
- двухтактного одноцилиндрового ПД = 2π ;
2 такта
6π
- односекционного РПД Ванкеля = 2π ;
3камеры
- РД новой конструкции (для одной пары двухкамерных блоков) -
97
4π
4 камеры
=π .
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Аналитический (табл. 1) и графический (рисунок) методы анализа работы ДВС позволяют провести аналогию между двухтактным ПД и РПД Ванкеля, четырехтактным ПД
и РД новой конструкции. При этом опыт эксплуатации РПД Ванкеля выявляет не только
теоретическое, но и практическое сходство его достоинств и недостатков с достоинствами
и недостатками двухтактного ПД, за исключением массы и габаритов, меньших ввиду
конструктивных особенностей двигателя (табл. 2).
Новая конструкция РД, помимо принципиальных преимуществ роторного двигателя над поршневым (меньшее количество движущихся деталей; отсутствие возвратнопоступательного движения; отсутствие газораспределительного механизма; уравновешенность и др.), включает преимущества четырехтактных двигателей (полнота сгорания топлива больше на 10…20%; высокая топливная экономичность; низкая токсичность; низкий уровень шума; рабочий ресурс больше на 20…40%; снижены динамические нагрузки;
сохраняет работоспособность при износе дольше и т.д.) [4; 5].
Косвенными признаками аналогии являются особенности работы двигателей. В
двухтактном двигателе за один такт выполняется несколько действий четырехтактного
двигателя. Особенностью двухтактного ПД (и РПД Ванкеля) является то, что, приближаясь к концу рабочего хода, поршень (ротор-поршень) открывает выпускное окно. Отработанные газы удаляются под собственным давлением и под напором свежей смеси, вталкиваемой через передаточное окно. Даже при самой хорошей регулировке двигателя часть
свежей смеси неизбежно теряется через выпускное окно. При этом двухтактный двигатель
более чувствителен к сопротивлениям на впуске и выпуске. Из-за отсутствия выталкивающего действия поршня (ротора-поршня) при выпуске он не может работать при высоких противодавлениях.
Таблица 2
Сопоставление некоторых эксплуатационных показателей эквивалентных
по мощности и литражу ДВС
Двухтактный ПД
Четырехтактный ПД
Параметр
(РПД Ванкеля)
(РД новой конструкции)
Экономичность
Низкая топливная экономичРасход топлива на 22…25%
ность, высокий расход топлива
меньше
Экологичность
Надежность
Габариты,
масса
Повышенный расход масла и
неполное сгорание рабочей смеси
создают дымный и токсичный
выхлоп
Высокие тепловые и динамические нагрузки, более шумный,
меньше рабочий ресурс
Меньше при той же мощности
Обеспечение полноты сгорания
топлива
Работает тише и ровнее на
низких оборотах при той же
мощности, высокий моторесурс
РД новой конструкции сопоставим по габаритам и массе с
РПД Ванкеля
Мощность двухтактного двигателя (и РПД Ванкеля) при одинаковых размерах
цилиндра (рабочей камеры) и частоте вращения вала теоретически в два раза больше
мощности четырехтактного (и РД новой конструкции) ввиду большего числа рабочих
циклов. Однако неполное использование хода поршня (ротора-поршня) для расширения,
худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой
мощности на привод продувочного компрессора приводят практически к увеличению
мощности только на 60...70% при снижении выходных показателей моторесурса и экономичности агрегата в целом.
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
РД новой конструкции, обладая достоинствами четырехтактных ДВС, сохраняет
преимущества роторных двигателей: отсутствие возвратно-поступательного движения
поршней, малые вес и габариты, что и определяет теоретический и практический интерес
к новому роторному двигателю. При этом математическая модель расчета эффективной
мощности двигателя аналогична модели расчета данного параметра для четырехтактного
ДВС.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бениович, В.С. Ротопоршневые двигатели / В.С. Бениович, Г.Д. Апазиди, А.М. Бойко. -М.: Машиностроение, 1968. - 151 с.
2. Колчин, А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей / А.И. Колчин, В.П. Демидов. –
М.:Высш.шк., 2002. – 496 с.
3. Симуков, И.В. Роторный двигатель внутреннего сгорания: реальность и перспективы / И.В.Симуков //
Вестн. БГТУ. - 2006. - №4. – С.49-52.
4. Симуков, И.В. Эффективность уплотняющих элементов в усовершенствованном роторном двигателе
внутреннего сгорания / И.В.Симуков // Вклад ученых и специалистов в национальную экономику: сб. науч. тр.:в 2 т. - БГИТА, 2008. – Т.2. – С. 226-232.
5. Симуков, И.В. Окружность как оптимальная форма рабочей поверхности в роторном двигателе внутреннего сгорания / И.В.Симуков // Вклад ученых и специалистов в национальную экономику: сб. науч. тр.:в
2 т. - БГИТА, 2008. – Т.2. – С. 232-238.
Материал поступил в редколлегию 17.11.08.
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
ЭКОНОМИКА И МЕНЕДЖМЕНТ
УДК 674:658.152
Е.В. Дубаневич
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТЬЮ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
Рассмотрены теоретико-методические аспекты совершенствования конкурентоспособности промышленного
предприятия. Проанализированы существующие подходы к определению термина «конкурентоспособность». Предложена методика комплексной оценки групп факторов, определяющих конкурентоспособность предприятия, а также схема прогнозирования мероприятий по ее повышению.
Ключевые слова: управление конкурентоспособностью; прогнозирование повышения конкурентоспособности.
Современная экономика вступила на путь непрерывного технического, экономического и социального развития, знаменующий становление постиндустриального общества.
На фоне глобализации и зарождения информационного общества происходят социальнополитические преобразования и в постсоветской России. Можно утверждать, что кризисные явления конца ХХ века в российской экономике в целом, ее отраслях и на отдельных
предприятиях были обусловлены не только проблемами переходного периода, но и изменившимися мировыми экономическими условиями, адаптация к которым всего российского народного хозяйства и каждого хозяйствующего субъекта весьма трудна.
Тяжелый кризис наблюдался в производственной сфере, особенно в технически сложных обрабатывающих отраслях. Здесь больше всего ощутима мировая конкуренция, а результаты производства в наибольшей степени зависят от качества разнообразных ресурсов и техники, технологии и организации производства. Неудовлетворительный уровень решения этих
задач отечественными предприятиями стал причиной их недостаточной конкурентоспособности.
Проблемы повышения конкурентоспособности присущи практически всем российским предприятиям. Однако предприятия машиностроения находятся в наиболее сложном
положении. Это в значительной степени обусловлено кризисом отраслей – потребителей
их продукции. В советский период, когда отсутствовала конкуренция между товаропроизводителями внутри страны, у предприятий не было необходимости разрабатывать системы управления конкурентоспособностью. Однако созданные в этот период комплексные
системы управления качеством и некоторые отечественные инженерно-экономические
разработки могут составить основу возможных систем организационно-экономического
управления конкурентоспособностью предприятий.
В связи с этим можно утверждать, что важнейшей проблемой современных отечественных промышленных предприятий является недостаточная конкурентоспособность
их производственных систем и отсутствие эффективного экономического инструментария, позволяющего осуществлять управление конкурентоспособностью [3].
Для подтверждения значимости проблемы повышения конкурентоспособности
промышленного предприятия проанализируем существующие подходы к определению
термина «конкурентоспособность». Следует отметить, что в научной литературе понятие «конкурентоспособность» трактуется весьма неоднозначно (таблица).
Таким образом, главным фактором, определяющим успех любого предприятия в
рыночных условиях хозяйствования, является его конкурентоспособность в соответст100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
вующей отрасли. Общепризнанным становится понимание того, что конкурентоспособность любого экономического субъекта состоит в его способности обнаруживать
преимущества перед соперниками-конкурентами, т.е. он должен обладать набором
конкурентных преимуществ. Создание и обеспечение устойчивости конкурентного
преимущества в долгосрочной перспективе представляет собой стратегическую цель
развития промышленных предприятий [1].
Определения термина «конкурентоспособность»
Автор определения
Забелин П.В.,
Моисеева Н.К. [2]
Азоев Г.Л.,
Завьялов П.С. [4]
Киперман Г.Я. [8]
Перцовский Н.И.,
Спиридонов И.А.,
Барсукова С.В. [6]
Фатхутдинов Р.А. [9]
Хруцкий В.Е.,
Корнеева И.В. [10]
Портер М.,
Майкл Э. [7]
Таблица
Определение
Способность предприятия приносить прибыль на вложенный
капитал в краткосрочном периоде не ниже заданной или как
превышение над среднестатистической прибылью в соответствующей сфере бизнеса
Способность предприятия конкурировать на рынках с производителями и продавцами аналогичных товаров посредством
обеспечения более высокого качества, доступных цен, создания
удобства для покупателей, потребителей
Способность противостоять на рынке другим изготовителям и
поставщикам аналогичной продукции (конкурентам) как по
степени удовлетворения своими товарами или услугами конкретной общественной потребности, так и по эффективности
производственной деятельности
Возможность эффективной хозяйственной деятельности и ее
практической прибыльной реализации в условиях конкурентного рынка
Способность предприятия выпускать конкурентоспособную
продукцию, преимущество предприятия по отношению к другим предприятиям данной отрасли внутри страны и за ее пределами
Способность объекта выдерживать конкуренцию в сравнении с
аналогичными объектами на данном рынке
Способность успешно оперировать на конкретном рынке (в регионе сбыта) в данный период времени путем выпуска и реализации конкурентоспособных изделий и услуг
Современной российской экономике необходимо преодолеть последствия системного кризиса, который был наиболее тяжел для предприятий в высокотехнологичных отраслях, прежде всего в машиностроении. Коренные изменения условий хозяйствования,
создание новых и ликвидация действующих машиностроительных предприятий, общий
рост их числа (с 5252 предприятий в 1990 г. до 48875 – в 2006 г.) при определенной хаотичности социально-экономической среды и недостаточном уровне менеджмента сделали
затруднительным формирование качественных стратегий развития этих предприятий и
повышения их конкурентоспособности.
Процессы становления в России рыночной экономики, открытость отечественного
экономического пространства для экспорта современных технологий и продукции, возникшие в последнее время возможности для роста промышленного производства, постепенное расширение инвестиционного процесса приводят к осознанию необходимости
обеспечения конкурентоспособности как важнейшего фактора поступательного развития
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
экономики страны. Однако реализация этих возможностей наталкивается на различные
препятствия, связанные, прежде всего, с неустойчивостью работы большинства предприятий. Показательны, в частности, объёмы производства основных видов продукции машиностроения. Наибольшее сокращение объемов наблюдалось в производстве технически
сложной продукции, характеризующемся значительным квалификационным уровнем персонала, мелкосерийным и среднесерийным типами производства.
На рис. 1 приведены индексы объемов производства (по отношению к 1990 г.), рассчитанные на основе статистических данных о выпуске различных видов машиностроительной продукции, производство которой может быть отнесено к той или иной функциональной группе. При определенной приблизительности этих оценок (в частности, из-за не
вполне корректного сопоставления существенно различающихся видов продукции, многофункциональности некоторых из них и т.п.) очевидно, что наибольшее падение (и худшая
динамика после 1998 г.) наблюдается в производстве и станков другого технологического
оборудования.
100
50
0
1990
1995
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Рис. 1. Индексы объемов производства продукции машиностроения
(по материалам официального сайта Госкомстата):
- станкостроение и инструментальная промышленность;
- производство оборудования для изготовления изделий производственнотехнического назначения;
- производство оборудования для изготовления потребительских товаров;
- производство потребительских изделий машиностроения
Уровень конкурентоспособности промышленных предприятий непосредственно
связан с корпоративной и государственной промышленной политикой, в первую очередь с
инновационной деятельностью и развитием производства. Для России, которая столкнулась с необходимостью конкурировать на мировых рынках только 10 – 15 лет назад, проблема обновления производства и поддержки инноваций стоит очень остро, что определяет особую важность задачи поиска инвестиций в модернизацию производства и в технологический бизнес.
Одной из проблем здесь выступает недостаточный объём и уровень собственных
технологических разработок, пригодных для использования на производстве. Более того,
среди созданных в стране в 2004 г. 676 новых технологий лишь 56 являются принципиально новыми, остальные 569 являются «новыми в стране», т.е. разработанными в России
на иностранной основе [3].
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Ещё одной проблемой, препятствующей повышению конкурентоспособности
предприятий, является несовершенство организационно-экономического инструментария
для управления конкурентоспособностью.
Анализ инструментария для управления конкурентоспособностью показывает, что
большинство известных средств (методов, подходов) управления, разработанных и применяемых в отечественной практике, ориентированы на кризисное и послекризисное управление. Наблюдается недостаток научно обоснованных подходов, направленных на достижение устойчивого функционирования предприятия в конкурентной среде. Все это позволило
выявить следующие основные подходы, применимые в качестве механизмов обеспечения
устойчивого развития предприятия в условиях конкурентного окружения: стратегический
(применение универсальных стратегий конкуренции); процессный (внедрение и сертификация систем обеспечения качества теории TQM и стандартов ISO 9000); системный (внедрение системы обеспечения конкурентоспособности). Последний из этих подходов представляется наиболее перспективным. Однако, несмотря на обилие работ по этому вопросу, рациональный облик такой системы и подходы к её формированию требуют существенной
доработки.
По нашему мнению, определение и стратегическое управление конкурентоспособностью промышленного предприятия должно базироваться на тщательном анализе и
оценке факторов его внутренней среды, определяющих его конкурентоспособность [5].
Проведенный анализ содержания гипотетического перечня значимых факторов, формирующих конкурентоспособность промышленного предприятия, позволил распределить
факторы на восемь самостоятельных групп (рис. 2).
1. Структурные
8. Финансово-экономические
2. Технические
ФАК ТОРЫ
Конкурентоспособность промышленного
предприятия
7. Социаль-ные
6. Ресурс-ные
ФАК ТОРЫ
3. Организационнотехнологические
4. Управленческие
5. Рыночные
Рис. 2. Группы факторов, формирующих конкурентоспособность
промышленного предприятия
Комплексную оценку группы факторов, определяющих конкурентоспособность
промышленного предприятия, предлагается рассчитывать по формуле
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Yi = ∑ λij ⋅ µ ij / m,
i=1...n; j=1...m,
j
где
Y i – комплексная оценка i-й группы факторов, определяющих конкурентоспособность предприятия; μ ij  – значение функции принадлежности j-го фактора, входящего в iю группу факторов; λ ij – коэффициент важности j-го фактора, входящего в i-ю группу
факторов; m – число факторов в группе; n – число групп факторов.
Комплексная оценка факторов Y i представляет собой характеристику, полученную
в результате исследования совокупности локальных факторов, отражающих тот или иной
аспект формирования конкурентоспособности промышленного предприятия, содержащую
обобщающие выводы о степени влияния этих факторов на результаты его деятельности.
После оценки и сравнительного анализа конкурентоспособности необходимо разработать прогноз ее повышения для промышленного предприятия (рис. 3).
Необходимо прогнозировать как количественные характеристики, так и качественные
изменения факторов, формирующих конкурентоспособность промышленного предприятия,
причем последние нужно учитывать при прогнозировании динамики количественных показателей [5].
Подводя итоги, следует заметить,
Построение дерева целей повышения конкуренточто в настоящее время на промышленспособности предприятия
ных предприятиях мероприятия по повышению конкурентоспособности проОценка относительной важности элементов дерева
водятся лишь время от времени и затра(основных факторов), формирующих конкурентогивают лишь наиболее проблемные наспособность предприятия
правления деятельности. Между тем в
современных условиях риска и неопреВыработка и принятие управленческих решений
деленности внешней и внутренней среды
по повышению конкурентоспособности предприразработка и реализация подобных
ятия
программ развития предприятия должны
носить комплексный и циклический
Рис. 3. Схема прогнозирования
повышения конкурентоспособности
характер.
промышленного предприятия
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Денисова, А.Л. Управление конкурентоспособностью промышленного предприятия: аспекты качества /
А.Л. Денисова, Т.М. Уляхин. - Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2006. - 120 с.
2. Забелин, П.В. Основы стратегического управления / П.В. Забелин, Н.К. Моисеева. – М.: Маркетинг,
1997. – 226 с.
3. Зеленская, О.А. Совершенствование информационно-экономических механизмов обеспечения конкурентоспособности предприятий / О.А. Зеленская. – Ростов н/Д, 2007. - 28 с.
4. Маркетинг: словарь / Г.Л. Азоев, П.С. Завьялов. - М.: Экономика, 2000. – 436 с.
5. Марцева, Т.Г. Оценка и управление конкурентными преимуществами организации / Т.Г. Марцева. –
Ставрополь, 2007. - 20 с.
6. Международный маркетинг : учеб. пособие / Н.И. Перцовский, И.А. Спиридонов, С.В. Барсукова; под
ред. Н.И. Перцовского. - М. : Высш. шк., 2001. – 366 с.
7. Портер, М. Конкуренция: [пер. с англ.] / М. Портер, Э. Майкл. - М.: Вильямс, 2003. – 649 с.
8. Рыночная экономика: словарь / под общ. ред. Г.Я. Кипермана. - М.: Республика, 2003. – 455 с.
9. Фатхутдинов, Р.А. Стратегический менеджмент: учебник /Р.А.Фатхутдинов. - М.: Дело, 2001.–532 с.
10. Хруцкий, В.Е. Современный маркетинг: настольная книга по исследованию рынка / В.Е. Хруцкий, И.В.
Корнеева. - М.: Финансы и статистика, 2002. – 372 с.
Материал поступил в редколлегию 22.10.08.
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
УДК (658.274 + 621.9):001.76
И.М. Корсакова
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ ПУТЕМ МОДЕРНИЗАЦИИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Рассмотрены актуальные вопросы повышения качества выпускаемой продукции. Показано влияние модернизации технологического оборудования на получение требуемых геометрических показателей качества
машиностроительной продукции. Приведен пример работ при модернизации специального токарного станка.
Ключевые слова: эксплуатационные показатели оборудования; модернизация технологического оборудования; качество выпускаемой продукции; баланс погрешностей; геометрические показатели качества.
Величины погрешностей, возникающих на стадиях изготовления деталей, непосредственно зависят от эксплуатационных показателей [1] оборудования, на котором выполняются работы.
Одним из путей, ведущих к уменьшению суммарной погрешности, возникающей в
результате изменения свойств технологической системы «станок – заготовка – инструмент
– оснастка» (далее ТС) в процессе эксплуатации, является модернизация оборудования.
Современные высокие технологии восстановления технических изделий одновременно с
модернизацией обеспечивают их себестоимость до 30 % от себестоимости вновь изготовленных изделий и позволяют не только сохранить, но и значительно улучшить номинальные параметры, существенно увеличить ресурс оборудования, реализуя при этом экономический потенциал предприятия при минимальных затратах [2].
В единичном и мелкосерийном производстве суммарная погрешность  обработанной заготовки рассчитывается по формуле [3]
 =  y + ε п + ε з +  и +  т +  ст ,
(1)
где  y – погрешность формы обрабатываемой поверхности из-за копирования первичных
погрешностей заготовки в результате упругих отжатий ТС; ε п – погрешность установки
режущего инструмента (погрешность проверки); ε з – погрешность положения обработанной поверхности относительно измерительной базы (погрешность закрепления);  и – погрешность формы поверхности в результате износа режущего инструмента;  т – погрешность формы детали из-за тепловых деформаций системы;  ст – погрешность формы обрабатываемой поверхности из-за геометрических погрешностей станка.
При достижении недопустимого значения суммарной погрешности  следует найти
причину этого явления и принять меры по ее устранению [3]. Для обеспечения требуемых
параметров точности обрабатываемой заготовки следует проанализировать потребность
оборудования в модернизации [4] с целью снижения погрешностей  y ,  т ,  ст из формулы (1).
Доля каждой составляющей в суммарной погрешности обработки оценивается путем
составления баланса погрешностей. Например, на токарных станках  диаметральных
размеров определяют без учета ε (в рассматриваемом варианте ε п = ε з = 0), а  y ≈  и ≈
≈ 30%  [3]. ГОСТ 24642-81 «Допуски формы и расположения поверхностей. Термины и
определения» и ГОСТ 24643-81 «Допуски формы и расположения поверхностей. Числовые значения» рекомендуются следующие соотношения между допусками формы и расположения и допусками диаметрального размера:  ф = (0,12…0,3) δ р . При нормальном
уровне относительной геометрической точности (А)  ст =  ф = 0,3 δ р . Тогда баланс погрешностей для токарного станка, работающего в единичном и мелкосерийном производстве, будет выглядеть следующим образом:
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
 y + и +  т +  ст ≤ δ р .
(2)
На специальном токарном станке мод. КЖ-29 (ЗАО «УК «БМЗ») при обработке цилиндровых втулок судовых дизелей систематически возникала недопустимая суммарная
погрешность обработки , достигавшая значений до 0,20 мм вместо допустимого δ р =
0,12 мм. Максимально допустимое численное значение баланса погрешностей (мм)в соответствии с формулой (2) раскладывается следующим образом:
0,3∙0,12+0,3∙0,12+0,1∙0,12+0,3∙0,12 = 0,12.
(3)
Реальное численное значение баланса (мм):
0,3∙0,20+0,3∙0,20+0,1∙0,20+0,3∙0,20 = 0,20 > 0,12.
Теоретически суммарное значение баланса погрешностей можно уменьшить путем
уменьшения долей (доли) погрешностей (в зависимости от требуемого значения δ р ), путем
уменьшения δ р или путем одновременного уменьшения долей (доли) погрешностей и δ р .
На практике при нахождении причин недопустимого значения суммарной погрешности
обработки  и их устранении δ р уменьшается и достигает требуемого значения. В нашем
случае возможное количество причин [см. формулу (2)] колеблется от одной до четырех.
Проверка погрешности формы обрабатываемой поверхности на предыдущих операциях позволила исключить погрешность из-за копирования первичных погрешностей заготовки в результате упругих отжатий ТС ( y ). Путем заточки режущих кромок инструмента исключено влияние погрешности  и . Испытания ТС на тепловые деформации [5; 8;
9] путем определения относительных линейных и угловых смещений суппортного и
шпиндельного узлов, возникающих в результате нагрева ТС, показали, что тепловые характеристики станка находятся в пределах допустимых значений. Тепловое смещение
стабилизировалось после двух часов испытательных работ (дальнейшее изменение смещения не превышает 10 % достигнутого). Таким образом,  т не может быть причиной
возникновения недопустимой суммарной погрешности ТС.
Далее станок испытывался на точность [10]. При этом в первую очередь была
проверена перпендикулярность поперечного
*
перемещения верхней части суппорта к оси
вращения шпинделя, поскольку этот параметр точности станка влияет непосредственно на допуск перпендикулярности и допуск
биения торца цилиндровых втулок судовых
дизелей (рис. 1, табл. 1).
Таблица 1
Рис. 1. Цилиндровая втулка судового дизеля
Влияние модернизации специальных токарных станков мод. КЖ-27, КЖ-29
на изменение параметров точности цилиндровых втулок судовых дизелей
Параметр точности
Допуск радиального биения Ø 670 и биения торца относительно оси
, мм
Предельное отклонение размера Ø670(*),
мм
106
Значение параметра точности
После модернизаДо модернизации
ции
0,07
0,04
0,20
0,12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Допуск перпендикулярности торца
относительно оси
, мм
0,2
0,1
Испытания проводились путем установки в отверстие шпинделя специальной образцовой оправки 1 и перемещения верхней части суппорта 2 на 300 мм вдоль торца этой оправки (рис. 2). При этом наибольшая алгебраическая разность показаний индикатора 3 составила 0,018 мм, что меньше допустимого параметра, равного 0,020 мм. Дальнейшие испытания точностных характеристик станка также показали соответствие его нормам геометрической и кинематической точ2
1
3
ности. Однако при проверке точности обработки и шероховатости поверхностей типовых деталей (или
самих изделий) фиксировались неудовлетворительные
результаты.
Поскольку оценка точности станков
по результатам обработки образцов
изделий (самих изделий) является
приоритетной по сравнению с оценкой геометрической точности станков [5; 8; 10], так как контролирует
суммарную погрешность обработанной детали, учитывая функциоРис. 2. Испытание специального токарного станка
нирование всей ТС, то следовало
мод. КЖ-29 на перпендикулярность поперечного перемепродлить испытания. Следующим
щения верхней части суппорта к оси вращения шпинделя
этапом стало испытание станка на
соответствие нормам жесткости [10]. Для этого проверялось относительное перемещение
резцедержателя и оправки, установленной: 1) в шпинделе передней бабки; 2) пиноли задней бабки (рис. 3, табл. 2).
1
3
2
5
4
Рис. 3. Испытание специального токарного станка мод. КЖ-29 на соответствие его нормам жесткости
В отверстия шпинделя 1 и пиноли 2 были установлены оправки 3. Устройство для
нагружающей силы закреплено в левом пазу резцедержателя 4. Между шпинделем (пино107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
лью) и резцедержателем под углом 60° к направлению поперечной подачи создавалась
плавно возрастающая до заданного предела сила Р (для станка мод. КЖ-29 при диаметре
обрабатываемой заготовки 800мм Р = 1600 кг). Величина нагружающей силы определялась динамометром. Одновременно при помощи индикатора 5 измерялось (в плоскости
действия силы) относительное перемещение резцедержателя и оправки в радиальном направлении, параллельном направлению подачи.
Испытания показали, что перемещения суппорта (мм) в обоих сечениях больше допустимых: в сечении I-I – 0,53 > 0,47; в сечении II-II – 0,62 > 0,60 (рис. 3). Следовательно,
погрешность формы обрабатываемой поверхности возможно снизить путем повышения
жесткости суппорта.
Таблица 2
Результаты испытаний специального токарного станка мод. КЖ-29
на соответствие нормам жесткости до и после модернизации
Сечение
Допуск для проверок, мм
I-I
II-II
0,47
0,60
Перемещение, мм
До модернизации
После модернизации
0,53
0,45
0,62
0,58
Примером улучшения качества обработки заготовок при оснащении оборудования
суппортами повышенной жесткости может служить модернизация специальных токарных
станков мод. КЖ-27 и КЖ-29 1 (ЗАО «УК «БМЗ») (рис. 4).
Новые суппорты состоят из
7
1
верхней части 1, средней части 2
и основания суппорта 3. Жест4
2
кость суппорта повышена за счет
увеличения габаритных размеров
88
5
направляющей 4, винтовых пар 5,
6 и остальных, сопряженных с
ними деталей. Кроме того, на
3
суппорте установлены более точ6
ные лимбы 7, 8 (с ценой деления
0,02 мм вместо 0,05 мм).
Испытания станка мод.
КЖ-29 после оснащения его суппортом повышенной жесткости
показали, что перемещения суппорта в обоих сечениях находятся
в пределах допустимых значений
(мм): в сечении I-I – 0,45 < 0,47; в
Рис. 4. Модернизация специальных токарных станков
сечении
II-II – 0,58 < 0,60 (рис. 3).
мод. КЖ-27, КЖ-29 путем установки более жестких суппортов
Данная модернизация привела к повышению точности размеров цилиндровых втулок судовых дизелей (рис. 1), при этом численное значение баланса погрешностей разложилось в соответствии с равенством (3) и стало допустимым
(0,12 мм). Кроме того, появилась возможность вести обработку втулок цилиндров судоКонструкторская документация на модернизацию разработана конструктором Г.И. Аверочкиным под руководством начальника бюро Д.В.Гущина.
1
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
вых дизелей на повышенных режимах резания. При этом допуски радиального биения наружного диаметра канавок (670 мм) и биения торца относительно оси цилиндровой втулки до модернизации составляли 0,07 мм, а после – 0,04 мм; допуск перпендикулярности
торца относительно оси поверхности Ø 670 мм уменьшился с 0,2 до 0,1 мм.
Недопустимую суммарную погрешность можно уменьшить также за счет снижения
погрешности формы обрабатываемой поверхности из-за копирования первичных погрешностей заготовки в результате упругих отжатий ТС ( y ) путем модернизации оборудования, на котором проводилась та или иная предыдущая операция.
Например, после
модернизации двух
А
А
дисковых пил мод.
2
2
1
8Г666.100 в установку для отрезки осей
вагонов (в) и тепловозов (т) 2 (рис. 5) значительно повысилось
качество
торцевых
поверхностей обрабатываемых осей.
Заготовка 1 фиксируется откидными
Lв (Lт)
прижимами 2. Шпиндельный узел 3 измеА–А 4
А–А 4
Lв
Lт
5
ненной конструкции
(т)
(в)
позволяет дисковым
пилам 4 занимать два
фиксированных положения. При обработке осей тепловоза
для получения размера L т дисковые пилы
устанавливаются между фланцами 5 и регулировочными прокладками 6. При обработке осей вагона
3
5
6
7
6
3
для получения размеРис. 5. Модернизация двух отрезных автоматов мод.8Г666.100
ра L в дисковая пила
в установку для отрезки осей вагонов и тепловозов
смещается на толщину вставки 7, а сами
пилы устанавливаются между укороченными фланцами 5 и регулировочными прокладками 6.
Ранее заготовки осей получали методом ручной газовой резки (Ra > 1000 мкм). После обработки на модернизированной установке шероховатость их торцов составляет
Ra = 12,5 мкм. Кроме того, возросла точность линейных размеров заготовок (с ± 10 до
± 1 мм), т.е. данная модернизация привела к значительному уменьшению  y (погрешноКонструкторская документация на модернизацию разработана конструктором И.М. Корсаковой под руководством начальника бюро В.Е. Аверкина.
2
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
сти формы обрабатываемой поверхности из-за копирования первичных погрешностей заготовки в результате упругих отжатий ТС).
При обнаружении недопустимых тепловых деформаций ТС [5; 6; 8; 9] суммарную
погрешность можно уменьшить за счет снижения  т (погрешности формы детали из-за
тепловых деформаций системы), например, путем модернизации системы подачи смазывающе-охлаждающих технологических средств (СОТС). Так, при модернизации системы
подвода смазывающе-охлаждающей жидкости шлифовального станка мод. 3К229А, внедренной в ЗАО «УК «БМЗ», погрешность формы детали из-за тепловых деформаций системы снизилась, что позволило обрабатывать глухие отверстия наряду со сквозными.
Данная технологическая модернизация [7] позволила решить производственную задачу
обработки глухих отверстий в цилиндрах поглощающего аппарата.
Уменьшение суммарной погрешности на стадии обработки, вызванное модернизацией оборудования ( м ), определяется следующим образом:
 м =  у.м +  т.м +  ст.м ,
где  у.м – уменьшение погрешности формы обрабатываемой поверхности из-за копирования первичных погрешностей заготовки в результате упругих отжатий ТС, вызванное
модернизацией оборудования;  т.м – уменьшение погрешности формы детали из-за тепловых деформаций системы, вызванное модернизацией оборудования;  ст.м – уменьшение погрешности формы обрабатываемой поверхности из-за геометрических погрешностей станка, вызванное модернизацией оборудования.
Если  и , ε п , ε з находятся в пределах допустимых значений, то
 п.м = ( –  м ) ≤  доп ,
где  п.м – суммарная погрешность после модернизации;  доп – допустимая суммарная
погрешность при обработке.
Для приведенного примера  доп = 0,12мм;  м = 0,08мм;  п.м = 0,20 – 0,08 = 0,12мм,
что является допустимым.
Итак, для успешной работы по модернизации технологического оборудования с целью получения требуемых геометрических показателей качества выпускаемой продукции
необходимо:
1. При обнаружении суммарной погрешности  недопустимого значения исключить
влияние (условно или принятием соответствующих мер, например заточкой режущего инструмента и улучшением метрологического обеспечения) величин, зависящих от состояния режущего инструмента и метрологического обеспечения ( и , ε п , ε з ).
2. Составить баланс погрешностей для оценки доли каждой составляющей в суммарной погрешности обработки.
3. Провести испытания оборудования и ТС на точность, жесткость, тепловые деформации в соответствии с рекомендациями [6-10]. Для снижения экономических затрат и
затрат времени на модернизацию оборудования в первую очередь следует проверять те
параметры, которые явно повышают суммарную погрешность обработки.
4. Определив потребность [5], возможность и целесообразность ведения работ по
модернизации, установить очередность работ.
5. Разработать техническую документацию на модернизацию.
6. Изготовить. Испытать.
7. Если при испытаниях выяснится, что устранения одной из погрешностей ( y ,
 т ,  ст ) недостаточно, то следует выявить пути устранения наиболее вероятной следующей погрешности, т.е. повторить п. 3-7.
8. Внедрить модернизированное оборудование в производство.
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Качество машин: справочник: в 2 т. / А.Г. Суслов, Э.Д. Браун, Н.А. Виткевич [и др.]. – М.: Машиностроение, 1995. -Т. 1. – 256 с.
2. Гаврилюк, В. С. Экологический потенциал реновационного производства в концепции устойчивого развития / В.С. Гаврилюк, Э.Л. Мельников, А.О. Бояркин //Ремонт, восстановление, модернизация. – 2007. –
№4. – С. 2 - 5.
3. Суслов, А.Г. Научные основы технологии машиностроения / А.Г. Суслов, А.М. Дальский. – М: Машиностроение, 2002. – 684 с.
4. Корсакова, И.М. Определение потребности в модернизации технологического оборудования / И.М. Корсакова // Справочник. Инженерный журнал. – 2006.– № 2. – С. 58-62.
5. Машиностроение. Т. IV-7. Металлорежущие станки и деревообрабатывающее оборудование: энциклопедия / Б.И. Черпаков, О.И. Аверьянов, Г.А. Адоян [и др.]; под общ. ред. Б.И. Черпакова. – М.: Машиностроение, 1999. – 863 с.
6. Типовые методики и программы испытаний металлорежущих станков: метод. рек. – М.: НИИМаш, 1984.
– 172 с.
7. Горленко, О.А. Классификация модернизаций технологического оборудования машиностроительного
предприятия / О.А. Горленко, И.М. Корсакова // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2002.–
№10.– С. 15-21.
8. ГОСТ 8-82. Станки металлорежущие. Общие требования к испытаниям на точность.
9. ГОСТ 8.050-73. Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений.
10. ГОСТ 18097-93. Станки токарные и токарно-винторезные (нормы точности и жесткости).
Материал поступил в редколлегию 20.08.08.
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
ОБЩЕСТВЕННЫЕ НАУКИ
УДК 159.923:316.6
А.В. Холодовская
НЕКОТОРЫЕ СОЦИАЛЬНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ
ФОРМИРОВАНИЯ КОНФОРМИЗМА
Рассмотрены социально-психологические механизмы – пассивность, «социальная маска», комплекс неполноценности – формирования личности – конформиста.
Ключевые слова: конформизм; пассивность; социальная лень; социальная роль; «социальная маска»; комплекс неполноценности.
Понимание природы конформизма как специфической формы социальной адаптации
не может быть достаточно полным и целостным без исследования механизмов формирования данного феномена. Существенной характеристикой конформизма, также проявляющей себя и как социально-психологический механизм его формирования, является
пассивность. Конформизм определяют как пассивное принятие человеком (группой) требований, норм, ценностей, навязываемых извне. Ч. Кули также включает данную характеристику в понятие конформизма, определяя его как пассивное подражание. «Конформизм,
- отмечает он, - это добровольное копирование общепринятых способов деятельности, отличающееся от соперничества и иных агрессивных форм подражания своей относительной пассивностью, нацеленное на то, чтобы быть как все, а не выделяться, и придающее
основное значение всему внешнему и формальному»[1].
Пассивность – явление многогранное. Оно выражает и личностную особенность человека, и его социальную позицию, отношение к ценностям и нормам сосуществования
индивидов. Пассивность характеризует отсутствие у человека инициативы, созерцательность, бездеятельность, невмешательство, леность, равнодушие. Психологическую основу
внутренней детерминации данного феномена составляют невыраженность индивидуального источника активности, ограниченность внутренних ресурсов, низкий уровень волевой саморегуляции. В исследованиях К. Левина, Д. Аткинсона, А.Н. Леонтьева и других
установлено, что проявления пассивности связаны с неразвитостью мотивации и слабой
включенностью индивида в деятельность. Пассивный созерцатель жизни довольствуется,
как правило, немногим, круг его интересов достаточно узок и неприхотлив. Ограниченность внутренних ресурсов, таких, как физические, интеллектуальные и иные способности, знания, умения, навыки, не позволяет индивиду превращать мотивацию в реальное
поведение. Пассивность часто сочетается с покорностью, поскольку и то и другое обусловлено слабым уровнем волевой саморегуляции и контроля.
Феномен пассивности как проявление определенной жизненной позиции людей связан с проблемой социального вмешательства и невмешательства. С. Милграм, рассматривая вопрос о возможности группы своим бездействием индуцировать пассивное поведение и безразличие у отдельных индивидов, показал, что «уровень нашей взаимной ответственности и сострадательности – вещь ненадежная, зависящая от состояния тех социальных макроструктур и компонентов окружающей среды, на которых зиждется … жизненный уклад»[2]. Он отмечает неизбежное ограничение моральной и социальной вовлеченности индивидов в жизнь группы по мере увеличения ее численности. Иными словами,
люди в условиях массового окружения склонны проявлять преступную пассивность по
отношению к другим. Наглядным подтверждением тому может служить трагический эпизод из жизни современного Санкт-Петербурга, произошедший в марте 2008 года [3]. Девушке при выходе из вагона метро стало плохо, и она провалилась между вагонами. Иду112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
щие следом за ней подружки смотрели 6 секунд вслед упавшей девушке. Но вместо того,
чтобы позвать на помощь, они отходят в сторону (решили «не заморачиваться»). Люди в
метро равнодушно ждали 15 секунд, пока девушку переедет поезд, и никто на платформе
даже не подумал броситься к ней на помощь.
Эмпирические исследования С. Милграма, Гарнера, Б. Латане и других по проблеме
мотивации вмешательства позволили им сделать следующие выводы: вмешательство или
невмешательство – это не только показатель нравственности или безнравственности личности, но и следствие определенного расклада многочисленных ситуационных переменных; по мере того как увеличивается общее количество информации, ограничивается возможность ее переработки, растет дефицит социальной ответственности; многочисленность и разнородность членов группы, с одной стороны, порождают значительно большую терпимость к поведению, одежде и этическим принципам, но с другой – способствуют тому, что люди воздерживаются от оказания помощи; «в больших городах не просто
нарушаются традиционные правила учтивости, скорее, в них формируются новые нормы,
предписывающие невмешательство, стремление остаться в стороне; предельным случаем
адаптации к перегруженной социальной среде является полное пренебрежение к нуждам,
интересам и требованиям тех людей, которых человек не считает непосредственно связанными с удовлетворением его личных потребностей»[2]. Социальная анонимность, равнодушное невмешательство выглядят как пассивность, подчинение, бездеятельность ради
личных целей.
Как личностная характеристика пассивность в значительной мере является результатом социализации и влияния культуры, задающих соответствующий тип поведения человека. Как известно, М. Вебер выделял четыре типа социального поведения: целерациональное, ценностно-рациональное, аффективное и традиционное. Последний тип поведения, с его точки зрения, является максимально деиндивидуализированным, социально типичным, с минимальной дозой активного личностного начала. Человек, подчиненный
обычаям и традициям, лишает себя возможности выбора, не задумывается о целях и средствах достижения цели, становится запрограммированным конформистом.
Многие социологи рассматривают пассивность как массовый феномен, противопоставляя его активному индивидуальному творческому началу отдельных личностей (герой,
лидер, вождь). Так, Н. Михайловский в своей известной работе «Герой и толпа» говорит о
пассивности как готовности массы увлечься идеями и примером героя, способного повести ее на общее дело. Х. Ортега-и-Гассет противопоставил элиту, творящую культуру, массе людей, которые довольствуются бессознательно усвоенными стандартными понятиями
и представлениями. В типологии политической культуры, предложенной С. Вербой и Г.
Алмондом, пассивность выступает как массовый социальный феномен, характеризующий
традиционную и подданническую культуры, которым присущи покорность власти, ожидание от нее благодеяний, отсутствие суждений и знаний о государстве, отстраненность и
равнодушие к общественной жизни.
Пассивность – антипод инициативы и самостоятельности. Г. Гегель связывал данный феномен с уровнем осознания человеком свободы. Он отмечал, что «возможность
пассивно придерживаться ложной точки зрения и сознательно или преднамеренно отстаивать ее связана с наличием у субъекта свободы» [4]. В этой связи пассивность представляет собой акт ухода от свободы, права выбора, а следовательно, и от ответственности.
Ряд социологов (К. Маркс, Э. Фромм, Г. Маркузе) связывают феномен пассивности
людей с состоянием общественной системы, порождающей отчуждение человека от человека, от условий и обстоятельств его жизнедеятельности. Характеризуя отчуждение, К.
Маркс и Ф. Энгельс [5] отмечали, что оно проявляет себя как внешняя для субъекта сила,
подавляющая его волю и регламентирующая его поведение и деятельность. В этом аспекте пассивность представляется следствием отсутствия возможностей влияния человека из
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
массы на систему производства и распределения, на власть, другие политические институты. В исследованиях Э. Фромма, Т. Адорно, Г. Маркузе пассивность, как проявление
конформизма, рассматривается как явление, порожденное, с одной стороны, неудовлетворенностью существующим уровнем и возможностями реализации потребностей, а с другой - насаждаемым обществом культом потребления. Согласно Э. Фромму, пассивность
обывателя-конформиста как «бегство от свободы» является следствием товарного фетишизма, трансформирующего личностное начало в бездуховное, одномерное существование.
В условиях политических режимов социальной несвободы складываются жесткие
ограничения проявления общественной активности людей. Репрессивная бюрократическая система значительно затрудняет осознание человеком себя как личности, собственных интересов и потребностей. Высокая мера подчиненности, неразвитая личностная автономия в условиях предоставления гарантий удовлетворения стандартного комплекса
индивидуальных потребностей способствует формированию особого типа социальной
пассивности - иждивенчества. Социальное иждивенчество, как выражение смиренной выжидательной позиции людей по отношению к властям, является показателем негибкости
сознания и определенного интеллектуального консерватизма. Оно стало естественным
продуктом длительного периода социальных ограничений и угроз, в условиях которого у
людей атрофируется активная социальная позиция, инициатива и индивидуальная ответственность.
Пассивность находит свое специфическое выражение в феномене социальной лености. Ее слагаемые – отсутствие цели, нравственное рабство, бездействие, слабая воля. Социальная лень, как и пассивность, связана с низким уровнем волевой саморегуляции и неразвитостью мотивационной сферы индивида. Ленивый человек испытывает отвращение
ко всякому делу. Он не видит достойной цели в жизни и хочет удовлетворять свои желания не собственными усилиями, а за счет других. Такие люди составляют особый слой
общества. Л. Гумилев определял их как «супассионариев» – «социальных трутней», альтернативу которым он видел в «пассионариях» – гиперактивных людях, обладающих
сверхэнергией и определяющих ход истории.
Социальная лень – явление, в значительной мере обусловленное дефектами социализации, теми «тепличными» условиями, созданными окружающими растущего человека
людьми, которые стали тормозом в проявлении его активности и самостоятельности. В
той или иной мере лень присуща каждому человеку, вопрос заключается в том, какой характер она носит: эпизодический или постоянный. Исследования Б. Латане [6] показали,
что проявления данного феномена, а также степень его выраженности существенно зависят от ситуативных и социокультурных факторов. Так, тенденция прилагать меньше усилий проявлялась в ситуации совместной деятельности и отсутствия контроля над индивидуальным вкладом каждого участника в ней. Эффект социальной лени наблюдался в тех
случаях, когда у индивида или группы отсутствовали серьезные стимулы для выполнения
задачи, когда сама задача не соответствовала интересам и потребностям человека. При
высокой сплоченности группы проявления социальной лени значительно снижались и наоборот. Лень мешает самореализации человека, раскрытию его внутреннего потенциала.
Как отмечал Ф. Ницше, «леность, лежащая в глубине души деятельного человека, препятствует ему черпать воду из своего собственного колодца» [7]. Она мешает карьерному
росту индивида, не позволяет ему ощутить полноту жизни и в конце концов превращает
его в «социальный балласт». В русской действительности данный феномен получил название «обломовщина». Таким образом, конформистская пассивность и леность при определенных условиях могут приобретать деструктивный характер и оказывать негативное воздействие на состояние социума, а потому общество должно способствовать их минимизации.
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Другим важным механизмом конформизации личности является механизм, который
определяется как «социальная маска». Это феномен, выражающий способность человека
исполнять заранее заданные им самим функции и модели поведения. Данное понятие отражает две важные и взаимосвязанные стороны социальной адаптации: усвоение индивидом социальных ролей и его способность к самопрезентации. Если первый аспект социальной адаптации характеризует естественный и необходимый способ включения человека в социум и становления его как личности, то второй выражает степень ее эффективности.
Осваивая соответствующие принятым нормам способы поведения людей, растущий
человек учится жить в обществе, быть социальным существом. Р. Мертон, Дж. Мид, А.
Халлер и другие сторонники ролевой теории личности придают процессу освоения человеком разнообразных социальных ролей (половых, семейных, гражданских, профессиональных и т.д.) определяющее значение в его формировании как личности. С другой стороны, в воспроизведении ролевых функций проявляется сущность человека, раскрывается
его индивидуальность, или «самость». Согласно концепции Дж. Мида [8], личностное самосознание формируется через процесс восприятия других личностей – «обобщенного
другого», представляющего собой ценности и стандарты поведения некоторой группы.
Индивид в процессе общения как бы встает на место окружающих его людей. Он оценивает свои действия и наружность в соответствии с представляемыми оценками его «обобщенным другим». Осознание «обобщенного другого» развивается через процессы принятия и исполнения роли.
Принятие роли – это попытка (претензия) принять на себя поведение личности в другой ситуации или в другой роли. Более высокая ступень – исполнение роли как реальное
ролевое поведение. Дж. Мид различал три стадии освоения ребенком взрослых ролей:
адаптация, игра, коллективные игры. Первая – подготовительная, связанная лишь с имитацией ребенком поведения взрослых без какого-либо понимания (адаптация). Вторая
стадия, игра, характеризуется пониманием детьми поведения тех, кого они изображают,
но исполнение роли еще неустойчиво. На заключительной стадии ролевое поведение становится собранным и целенаправленным, оно соотносится с ролями других людей (коллективные игры). Индивид способен видеть собственное поведение во взаимосвязи с другими людьми и ощущать их реакцию на себе. Недостаточная способность принимать на
себя роли других индивидов может отрицательно сказаться на развитии личности. А. Халлер, развивая идеи Дж. Мида, в своей теории «значимого другого» показал, что индивид
стремится принять, прежде всего, роли тех личностей («значимый другой»), одобрения которых он добивается и чьи указания он принимает. Таким образом, через освоение различных социальных ролей в процессе игры, общение, взаимодействие с другими личностями человек входит в общественную жизнь, становится ее равноправным членом. В то
же время через исполнение ролей реализуется человеческая личность, раскрывается ее
сущность, характер. То, что и как «играет» человек в реальной жизни, выражает разный
уровень и формы его адаптации к изменяющимся социальным условиям: конформность,
конформизм, нонконформизм. Если исполнение социальной роли в рамках конформного
поведения предполагает некое внутреннее согласие человека с самим собой, соответствие
принятой модели поведения его внутренним убеждениям, то в конформистском варианте
такого соответствия не наблюдается. Именно в конформизме исполнение социальной роли индивидом трансформируется в феномен «социальной маски» в его негативном смысле.
«Социальная маска» как внешний способ жизни выражает сознательное конструирование индивидом своей модели поведения, более или менее удачной. Сторонники экзистенциализма (Ж.-П. Сартр, А. Камю) определяли внешнее бытие человека как неподлинную экзистенцию – фальшивую и конфликтную, в которой он теряет свою свободу и са115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
мостоятельность. Конформистский вариант феномена «социальной маски» наглядно проявляется в лицемерии. И. С. Кон рассматривает лицемерие как внешнее подчинение, при
котором «индивид не меняет своих взглядов, но и не высказывает своих разногласий
вслух, делая вид, что принимает позицию группы. В этом случае, как только давление
прекращается или как только индивид выходит из-под контроля соответствующей группы, он снова действует в соответствии со своей личной установкой» [9]. Такое поведение
определяют как внешний конформизм или феномен «ложного согласия». Как показано в
исследованиях С. Милграма [2], в иерархических группах, где участники наделены разными правами, наблюдается феномен «ложного согласия», состоящий в соглашательстве,
часто противоречащем личным убеждениям и предпочтениям, и отсутствии аргументированной собственной позиции. Работы А. В. Петровского [10] и его последователей в этой
области свидетельствуют о том, что данный феномен не ограничен взаимодействиями в
иерархических правовых группах, он может наблюдаться в отношениях любой группы, с
которой индивид по тем или иным соображениям хочет интегрироваться. Более того,
«ложное согласие» проявляется в отношении как к «обобщенному другому», так и к «значимому другому» – отдельному значимому лицу, чья позиция выгодна индивиду, хотя и
противоречит его личным убеждениям. У К. Юнга [11] понимание и оценка феномена
«социальной маски» неоднозначны. С одной стороны, маска как способ освоения социальных ролей отражает необходимую ступень становления человеческой личности, ее приобщения к социуму, составляет базу социализации под воздействием «самости». Однако
как характеристика взрослой личности данный феномен приобретает у него негативный
оттенок. «Социальная маска», по мнению ученого, - это «вынужденная необходимость играть отведенную человеку в этом мире роль, маскировать ахиллесову пяту своего индивидуального Эго при столкновении с безжалостным внешним миром» [11].
В своей теории личности К. Юнг противопоставлял личность «собственную» (Я) –
публичной (Персона). Я, в его концепции, – лишь субъект сознания, комплекс представлений, обеспечивающих адаптацию человека к окружающей среде. Персона есть комплекс
функций, создавшихся на основе приспособления или необходимого удобства, феномен
психики, никак не отражающий индивидуальность. Это внешний характер и установка.
Стержень личности – «самость», субъект всей психики человека, включая ее бессознательные проявления. «Самость» удерживает все архетипы и системы психики вместе,
обеспечивая ее равновесие и стабильность. Поведение человека раскрывается через соотношение Я и Персоны. Если Я тождественно Персоне (ослабление «самости»), то личность
предстает в виде конформистского, отчуждаемого существа, играющего определенную
социальную роль, навязанную обществом. Индивидуализация Персоны означает нормальное (конформное) приспособление личности к социальному окружению без утраты своего
способа быть, когда наблюдается «процесс выявления особенного, но не искусственно
создаваемые особенности». Таким образом, конформизм связывается К. Юнгом с неспособностью человека в социальных условиях отчуждения людей сохранить свою «самость»,
целостность и индивидуальность. Человек – конформист растворяется в социальных ролях, навязанных ему обществом.
В соответствии с концепцией драматического ролевого исполнения И. Гофмана, феномен «социальной маски» заключается в проявлении сознательного усилия к исполнению
роли так, чтобы создать желаемое впечатление у других (самопрезентация). Главное в
«социальной маске» – «личный передний план», или «представительный фронт», включающий внешний вид, манеры, статусные символы, осанку, выражение лица, жесты. Сама
жизнь похожа на драматическое представление, где «обыкновенное общение между
людьми само организовано как театральная сцена, благодаря обмену драматически
взвинченными действиями, контрдействиями и заключительными репликами» [12]. Поведение регулируется путем согласования не только с ролевыми требованиями, но и с ожиданиями социального окружения.
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Согласно этому подходу, каждый человек является актером, имеющим свою аудиторию, и ведет себя, учитывая специфику окружающих его социальных общностей, а потому по-разному преподносит себя. Самопрезентация – неотъемлемый элемент игры, т.е.
исполнения роли. И неважно, какая она: искренняя или фальшивая, - важно, чтобы люди
исполняли свои роли успешно. «Если исполнение удалось, - замечает И. Гофман, - то его
свидетели, в общем, должны поверить, что исполнители были искренними» [12]. В то же
время «некоторые исполнения достигают успеха при полной бесчестности исполнителя,
другие вполне честно, но вообще говоря, для исполнений ни одна из этих крайностей несущественна»[12]. Получается, что неважно, какой человек на самом деле, важно, как он
исполняет роль, как представляется аудитории. «…Существует лишь жизненная игра бакалейщика, официанта, портного, аукционера». При этом И. Гофман считает, что «честное, искреннее, серьезное исполнение менее прочно связано с миром надежности и солидарности, чем можно было бы предположить с первого взгляда». Феномен «социальной
маски» как самопрезентации приобретает у И. Гофмана характер исполнения определенной роли. Все люди играют, неважно - искренне или фальшиво, лишь бы это было успешно, т.е. создавало желаемое впечатление у других. В процессе самопрезентации человек
активно приспосабливается к окружающим людям с тем, чтобы они восприняли его так,
как это выгодно индивиду. Конформистское поведение становится средством влияния и
манипуляции, которое оценивается И. Гофманом как нормальное состояние общества.
Таким образом, феномен «социальной маски» имеет неоднозначный смысл: позитивный - как усвоение человеком социальных ролей, что является необходимым условием
становления его как личности и самореализации в обществе, и негативный - как конформистское поведение, проявляющееся в лицемерии, соглашательстве, стремлении через
создание ложного представления о себе влиять на людей и манипулировать ими. Данный
феномен становится механизмом конформизации личности в социальных условиях, насаждающих культ потребления, удобства, выгоды, поощряющих стремление людей «казаться, а не быть». В результате общественная жизнь теряет естественность, непосредственность, самобытность, становится более искусственной, фальшивой и стандартизированной.
Определенную роль в конформизации человека может сыграть так называемый комплекс неполноценности. Комплекс неполноценности – это совокупность ощущений,
чувств, представлений человека о себе, которые в сравнении с другими людьми оцениваются им как нечто менее успешное, достойное, значимое, привлекательное, как проигрышное. Данный феномен представляет собой форму уничижительного самосознания,
порожденного неуверенностью в себе и низкой самооценкой. Психолог А. Адлер [13], который ввел в науку это понятие, полагал, что все дети испытывают чувство неполноценности, являющееся следствием их малых размеров и недостатка сил и возможностей. Однако и во взрослом состоянии людям может быть присуще данное ощущение вследствие
целого ряда причин, связанных с жизненными неудачами и потерями – в любви, семье,
работе, профессиональном росте. Чувство неполноценности усугубляется негативными
оценками окружающих человека людей. Так, ребенок, которому постоянно напоминают о
его недостатках, негативно оценивают его внешность и поведение, постепенно начинает
осознавать себя хуже, чем другие. Недаром народная заповедь гласит: «Предположить порок – значит создать его». А. Адлер описывает следующие ситуации детства, которые могут породить данный комплекс. Во-первых, это ситуация органической неполноценности,
частые болезни и слабость ребенка, которые могут привести к тому, что он станет избегать взаимодействия с другими людьми из-за чувства неспособности успешно сравниваться с ними. Во-вторых, это избалованность детей, которым из-за чрезмерной опеки не хватает уверенности в себе. У таких детей, считает А. Адлер, ослабевает социальный интерес,
и они испытывают недостаток подлинных чувств. В-третьих, ситуация отверженности,
когда ребенок не знает ни любви, ни заботы. Нежеланным детям чрезвычайно трудно развить в себе качества полноценности и самодостаточности. Они не уверены в своей спо117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
собности быть полезными и получать уважение и любовь окружающих. Чувство неполноценности угнетает, тревожит человека, и он желает от него избавиться. А. Адлер говорит о
феномене «сверхкомпенсации» как стремлении индивида восстановить (компенсировать)
духовное равновесие с помощью интуитивного или сознательного анализа событий своей
жизни или через утверждение личного превосходства.
Комплекс неполноценности может иметь неоднозначные последствия для человека.
Сильное чувство неполноценности затрудняет позитивный рост и развитие индивида. Однако умеренно выраженный комплекс, наоборот, побуждает его расти, «стать сильным
или даже сильнее других», стремиться к совершенствованию и превосходству над другими. Известно много примеров, когда люди с физическими недостатками (Аристотель, Наполеон, Толеран, Суворов и др.) добивались социальных высот в своей карьере. Однако
цель превосходства может быть как позитивной, так и негативной. Если она включает общественные интересы и заинтересованность в благополучии других, то она развивается в
конструктивном направлении. Но если стремление к превосходству ограничивается реализацией только узкоэгоистических устремлений и человек при этом не гнушается любых,
включая насилие и агрессию, средств его достижения, то оно оборачивается трагедией для
окружающих людей и общества в целом (Нерон, Гитлер, Сталин и др.). А. Адлер оценивал
данное проявление комплекса неполноценности как невротическое извращение, связанное
с глубинными нарушениями психики человека. Оно характерно для различных типов преступников, маньяков, извращенцев. Не находя иных способов компенсации своих недостатков, эти люди упиваются властью, добытой ими античеловечным способом. В других
случаях сильное чувство неполноценности может привести человека к смирению и согласию с ним. У индивидов развивается защитный механизм социального выживания в форме конформизма – позиции приспособленчества и соглашательства с окружающими
людьми. Осознавая (или не осознавая) свою ущербность и беспомощность в этом мире,
такие люди стремятся найти покровительство более сильных и самодостаточных. Проявляя активный конформизм, индивиды также могут использовать свою позицию самоуничижения в качестве способа зарабатывания средств существования, занимаясь, например,
бродяжничеством, попрошайничеством, проституцией.
Таким образом, конформизм как сложный социально-психологический феномен обусловлен совокупностью механизмов, действующих перманентно и взаимосвязанно как на
сознательном, так и на бессознательном уровне. Каждый из них имеет свои особенности и
способствует конформизации личности при определенных условиях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Кули, Ч. Человеческая природа и социальный порядок: [пер. с англ.] / Ч. Кули. - М.: Идея-Пресс,2000. –
С.210.
2. Милграм, С. Эксперимент в социальной психологии / С. Милграм. - СПб.:Питер, 2000. - C. 29, 39, 161.
3. Комсомольская правда от 8 апреля 2008 г.
4. Гегель, Г. Философия религии: в 2 т. / Г. Гегель.- М., 1976.- Т.1.- С. 208.
5. Маркс, К. Немецкая идеология: избр. пр.: в 3 т. / К. Маркс, Ф. Энгельс. - 1979. – Т.1. - С. 26.
6. Социальная психология группы: процессы, решения, действия / Р. Бэрон, Н. Керр, Н. Миллер. – СПб.:
Питер, 2003. - С. 66-67.
7. Ницше, Ф. Сочинения: в 2 т. / Ф. Ницше. - М.: Мысль,1990.- Т.1. - С. 391.
8. Кон, И.С. Социология личности / И.С. Кон. - М.: Политиздат, 1967. – С. 84.
9. Петровский, А.В. Психология в России: 20 век / А.В. Петровский. – М.: УРАО, 2000. – С.65.
10. Юнг, К. Психология бессознательного: [пер. с нем.] / К. Юнг. – М.: Изд-во АСТ-ЛТД, 1998. - С. 158164.
11. 11.Гофман, И. Представление себя другим в повседневной жизни / И. Гофман; пер. с англ. А.Д. Ковалева. – М.: Канон-Пресс-Ц, 2004. - С. 45, 47.
12. 12. Адлер, А. Наука жить. Комплекс неполноценности и комплекс превосходства: [пер. с англ.] / А. Адлер. – Киев.: Port-Royal, 1997. - С. 57-62.
1.
Материал поступил в редколлегию 3.10.08.
118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
ОБРАЗОВАНИЕ
УДК 047
О.В. Киева
ПРОБЛЕМЫ КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ ПЕРЕВОДА ОБУЧАЕМЫХ
Рассмотрены критерии оценки письменного перевода обучаемых с точки зрения деятельностной парадигмы.
Ключевые слова: письменный перевод; деятельностная парадигма; адекватный перевод; эквивалентный перевод; стратегия перевода; критерии оценки.
Сегодня, в эпоху всеобщей глобализации, бурного развития сотрудничества между
Россией и различными государствами, профессия переводчика становится одной из самых
востребованных. Между тем многие аспекты преподавания соответствующей дисциплины
остаются не разработанными и по сей день. Такая ситуация обусловлена целым рядом
причин, главная из которых, как известно, состоит в том, что научный подход к процессу
изучения перевода стал осуществляться лишь в XX в. Одной из неразрешенных проблем
является составление системы критериев оценки письменного перевода обучаемых преподавателем.
По мнению автора, решение данного вопроса должно основываться прежде всего на
том, что современное переводоведение рассматривает перевод с точки зрения деятельностной парадигмы. Во главу угла ставится не переводимый текст как лингвистическая единица, а деятельность переводчика как эксперта и текст как результат этой деятельности.
Представители теории skopos разграничили понятия эквивалентности и адекватности перевода, считая эквивалентным перевод, имеющий возможно большую общность с содержанием оригинала, а адекватным – перевод, выполненный с учетом требований заказчика,
отвечающий его цели (при этом соблюдение эквивалентности теряет свое первостепенное
значение). В связи с этим немецкие переводоведы Г. Хениг и П. Куссмауль ввели понятие
стратегии перевода [2]. Как известно, данная стратегия означает, прежде всего, что владение языком текста оригинала является далеко не главным условием, позволяющим человеку осуществлять успешную переводческую деятельность.
Сегодня в центре внимания переводчика находится не язык как таковой, а текст,
сущность высказывания, которую необходимо передать максимально полно, стараясь, при
необходимости, не упустить не только фактические данные, но и предполагаемый эмоциональный эффект. В данной ситуации наряду с превосходным владением языком текста
оригинала для переводчика становится необходимым иметь определенный запас знаний в
той области профессиональной деятельности, к которой относится переводимый текст.
Только в этом случае переводчик сможет наиболее полно удовлетворить всем требованиям заказчика перевода, передав даже ту информацию, которая читается как бы между
строк, «зашифрованную» в так называемых фразах с «затемненным» значением.
Итак, будущие переводчики должны понимать, что им предстоит столкнуться с конкретными заказчиками перевода, которыми могут являться как авторы текста оригинала,
так и реципиенты готового перевода. В любом случае текст перевода должен максимально
точно передавать все тонкости информации, содержащейся в тексте оригинала.
По каким критериям будет оценивать перевод заказчик? Прежде всего он обратит
внимание на полноту передаваемой информации. Кроме того, важным аспектом является
умение переводчика правильно строить предложения, не допускать орфографических,
грамматических ошибок, осуществлять правильный выбор лексики в соответствии с жанром переводимого текста.
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Важным условием для успешной деятельности переводчика является компьютерная
грамотность, умение правильно оформлять переводимые документы, ведь, как правило,
подразумевается, что перевод должен быть передан заказчику на электронных носителях.
Итак, для оценки перевода с точки зрения заказчика можно выделить следующие
критерии: адекватность передачи переводимой информации; отсутствие орфографических, грамматических, синтаксических ошибок; компьютерная грамотность.
Скорее всего, по таким критериям перевод будет оцениваться, когда обучаемые займутся непосредственной профессиональной деятельностью, но на этапе обучения переводу их работы будут подвергаться оценке преподавателя.
Разумеется, для преподавателя важно, чтобы работы студентов соответствовали всем
перечисленным критериям. Однако хотелось бы более подробно остановиться на критерии полноты передачи информации. Вряд ли заказчику перевода будет интересно, благодаря каким навыкам переводчику удалось успешно справиться с выполнением его заказа.
Для преподавателя же они представляют основной интерес.
Важным условием осуществления качественного перевода является умение правильно определить стратегию перевода, для чего необходимо провести предпереводческий
анализ, который подразумевает, во-первых, сбор внешних сведений о тексте (информация
об авторе, времени создания и публикации текста, глобальный текст, частью которого является текст перевода). Во-вторых, необходимо определить, кем текст порожден и для кого предназначен, проанализировать состав содержащейся в нем информации (когнитивная, эмоциональная, эстетическая), определить коммуникативное задание, речевой жанр
текста перевода [1].
Кроме того, обучаемым необходимо уметь обосновывать применяемые переводческие решения.
Преподаватель должен обратить внимание на то, насколько успешно и обоснованно
студент использует экстралингвистическую информацию в тексте перевода и каким образом он осуществляет ее поиск.
Важным элементом техники перевода является адаптация текста перевода для реципиента с учетом прагматического аспекта.
Преподавателю также следует обращать внимание на соблюдение студентом переводческой этики. В связи с этим важно оценить, насколько автору перевода удалось сохранить нейтральное отношение к тексту оригинала.
Итак, для оценки перевода обучаемых преподавателем выделяем такие критерии:
выбор лексики в соответствии с жанром переводимого текста; переводческие решения;
использование экстралингвистической информации; учет прагматического аспекта; соблюдение переводческой этики; отсутствие ошибок (синтаксических, грамматических,
орфографических).
Высший балл по каждому из критериев составляет 10. За каждую синтаксическую,
грамматическую или орфографическую ошибку оценка в соответствующей графе снижается на один балл. Таким образом, максимальная оценка качества перевода работодателем
составляет 30 баллов, преподавателем – 70 баллов.
По мнению автора, такая система критериев оценки не только позволяет преподавателю объективно оценить качество перевода обучаемых, но и дает возможность студентам
самим определить свои сильные и слабые стороны, оценить степень собственной подготовленности к ведению профессиональной деятельности.
Для того чтобы наглядно проиллюстрировать использование данных критериев для
оценки перевода, можно привести в качестве примера отрывок из работы студента третьего курса, получающего дополнительную квалификацию «Переводчик в сфере профессиональной деятельности» (переведенный текст относится к рекламному стилю).
Who we are
Cheap-Cigarette-Store.com opened its virtual doors in December 2005 with a passion to
use the Internet to transform buying online into the fastest, easiest and most enjoyable shopping
experience possible. While we plan to grow customer base and product offerings considerably,
120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
we will still maintain our founding commitment to customer satisfaction and the delivery of an
inspiring shopping experience. Today, Cheap-Cigarette-Store.com is the place to find and discover many products you want to buy online.
О нас
Наш сайт Cheap-Cigarette-Store.com открыл свои виртуальные двери в декабре 2005
г. для того, чтобы сделать способ приобретения товаров в режиме онлайн насколько это
только возможно быстро, легко и наиболее приятно. Мы по-прежнему будем выполнять
обязательства по удовлетворению требований потребителя и распространения опыта покупки товаров, наряду с этим мы планируем значительно расширить контингент потребителей и номенклатуру нашей продукции. Сегодня Cheap-Cigarette-Store.com – это сайт, где
можно найти множество товаров, которые вы хотите приобрести в режиме онлайн.
Теперь попробуем оценить данный перевод по предложенным критериям.
Таблица 1
Оценка качества перевода рекламного текста заказчиком
Адекватность информации, содержащейся в
тексте перевода, информации текста оригинала
7 – текст перевода выглядит неубедительно
по сравнению с текстом оригинала
Компьютерная
грамотность
Наличие орфографических, грамматических и синтаксических ошибок
10
8 – синтаксические ошибки:
1) «…чтобы сделать способ приобретения товаров в режиме онлайн
насколько это только возможно быстро, легко и наиболее приятно»
(дополнение не согласуется с определением, из-за чего искажается
смысл и текст перевода);
2) «Мы по-прежнему будем выполнять обязательства по удовлетворению требований потребителя и распространения опыта…»
(дополнение не согласуется с определением, в результате чего текст
перевода выглядит неграмотным)
Предполагаемая оценка работодателя могла бы составить примерно 25 баллов из 30
возможных. В реальной жизни с учетом высокой конкуренции, существующей на рынке
услуг переводчиков, вряд ли этот студент мог бы претендовать на предлагаемую вакансию. Оценка того же перевода по критериям преподавателя позволяет понять причину такой низкой оценки работодателя.
Таблица 2
Оценка качества перевода рекламного текста преподавателем
Выбор лексики в соответствии
с жанром
переводимого текста
Переводческие
решения
8 – отсутствует лексика с семантикой
высокой
степени
качества,
модные
слова
8 – перевод в
основном является дословным,
более того, эмоционально маркированная лексика переведена
нейтрально, при
этом прием компенсации нигде
не был использован
Экстралингвистическая
инфорформация
–
Учет прагматического
аспекта
Наличие ошибок
8 – текст перевода
составлен без
учета уровня
образования
и интересов
предполагаемой аудитории
8 – синтаксические ошибки:
1) «…чтобы сделать способ приобретения
товаров в режиме онлайн насколько это только возможно быстро, легко и наиболее приятно» (дополнение не согласуется с определением, из-за чего искажается смысл и текст
перевода);
2) «Мы по-прежнему будем выполнять обязательства по удовлетворению требований
потребителя и распространения опыта…»
(дополнение не согласуется с определением, в
результате чего текст перевода выглядит неграмотным)
121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Поскольку для перевода данной конкретной статьи экстралингвистическая информация не имела решающего значения, соответствующий критерий можно просто не принимать во внимание, но практически по всем остальным пунктам у преподавателя возникли
вопросы к студенту, и, следовательно, сумма баллов сократилась до 42 из 50 (для данного
текста) возможных (при этом студент ясно видит, над чем ему еще предстоит работать).
Список предлагаемых критериев может быть расширен в зависимости от требований
преподавателя и характера переводимого текста.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дмитриева, Л.Ф. Английский язык. Курс перевода / Л.Ф.Дмитриева, С.Е.Кунцевич, Е.А.Мартинкевич,
Н.Ф.Смирнова. – М.; Ростов н/Д: МарТ, 2005. – С. 120.
2. Тюленев, С.В. Теория перевода: учеб. пособие/ С.В. Тюленев. – М.: Гардарики, 2004. – С. 205.
Материал поступил в редколлегию 15.10.08.
122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
УДК 37.022: 004.55
Майкл Дж. Бадолато, Мэттью У. Олсон, Сэнфорд А. Арбогаст
РАЗВИТИЕ ПРОГРАММЫ ОНЛАЙН-ОБУЧЕНИЯ В МИДЛСЕКСКОМ
ОБЩЕСТВЕННОМ КОЛЛЕДЖЕ ∗
Доктором педагогических наук, деканом по академическим ресурсам и образовательным технологиям
Майклом Дж. Бадолато, доктором педагогических наук, директором отдела «Интерактивный Мидлсекс»
Мэттью У. Олсоном и магистром педагогики, специалистом по системам образовательных технологий
Сэнфордом А. Арбогастом описаны этапы создания и развития системы дистанционного онлайн-обучения в
Мидлсекском общественном колледже (США).
Ключевые слова: дистанционное обучение; онлайн-курсы; методы обучения; образовательные услуги;
Мидлсекский общественный колледж.
Программа дистанционного онлайн-обучения Мидлсекского общественного
колледжа существует с 1996 г., и хотя может показаться, что это небольшой опыт в сфере
онлайн-обучения, но данная программа значительно опережает многие из существующих
аналогов. Будучи одним из первых разработчиков онлайн-обучения, колледж создал
продуманную учебную модель, эффективную систему подготовки преподавателей,
всестороннюю техническую инфраструктуру и широкий выбор возможностей такого
обучения. Раннее вхождение в сферу онлайн-обучения позволило колледжу проникнуть в
самую суть, набраться опыта, а также дало несомненное конкурентное преимущество
перед многими другими колледжами в штате Массачусетс и Соединенных Штатах в
целом.
Развитие программы дистанционного онлайн-обучения. Как показано на рис. 1 и
2, зачисление студентов на обучение в режиме онлайн и количество предлагаемых курсов
продолжают увеличиваться гораздо быстрее, чем показатели по колледжу в целом. Хотя
по сравнению с началом предоставления онлайн-курсов показатели роста значительно
снизились, они тем не менее составляют 10%, а уменьшение темпа роста в основном
связано с большим количеством студентов, уже обучающихся онлайн. Изначально
зачисление на онлайн-курсы составляло более 90% от максимально допустимого, и вряд
ли такая тенденция изменится в ближайшем будущем.
Онлайн-курсы и программы. Мидлсекский общественный колледж создал
возможности дистанционного обучения в сфере общеобразовательных предметов,
профессионального обучения, подготовительных курсов. Являясь лидером в образовании,
отдел колледжа «Интерактивный Мидлсекс» делает упор на общеобразовательные
предметы и программы профессиональной подготовки, учитывая при этом особенности
местного рынка и определяя потребности студентов. На разработку программ онлайнобучения влияет сотрудничество в рамках ассоциации «Колледжи Массачусетса онлайн»
( «Mass сolleges оnline»), а также исследования рынка образовательных услуг. В
настоящее время в режиме онлайн доступны следующие программы для младших
специалистов (associate degree): гуманитарные и естественные науки, менеджмент,
пожарное дело, уголовная юстиция, стоматологическая гигиена, гостиничный бизнес.
Консорциум по дополнительному образованию (EEC) организует сотрудничество
внутри колледжа между Программой по связям с деловыми кругами и промышленностью
Мидлсекса и отделом «Интерактивный Мидлсекс». Благодаря этому колледж предлагает
программы развития, подготовки и переподготовки кадров, аттестации и другие
∗
Перевод с английского Г.П.Басс, В.А.Шкаберина.
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
нетрадиционные программы на региональном, национальном и международном уровнях,
предоставляя в режиме онлайн профессиональные академические программы
непрерывного обучения. Эти возможности обучения «без оценок» (not-for-credit) в режиме
онлайн расширяют традиционные границы подготовки кадров за счет интеграции
содержания образования и самых актуальных способов его предоставления.
4000
3667
3500
3345
3000
2915
2500
2484
2000
1500
1457
1000
903
513
500
186
5
0
97-98
98-99
99-00
00-01
01-02
02-03
03-04
04-05
05-06
Учебный год
Рис.1.Рост зачисления на онлайн-курсы в год
250
211
215
200
170
150
132
100
89
50
44
43
11
0
1
97-98
98-99
99-00
00-01
01-02
02-03
03-04
Учебный год
Рис.2. Рост количества онлайн-дисциплин в год
124
04-05
05-06
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
На первом этапе используются подготовительные курсы, которые имеют целью
восполнить отсутствие знаний у студентов по элементарной математике и английскому
языку, прежде чем они смогут перейти к основному курсу. Многие из этих программ были
адаптированы для онлайн-обучения, так как они являются важным компонентом учебного
плана колледжа, а часто и необходимым условием для последующего онлайн-обучения по
курсам на получение степени бакалавра. Подготовительные курсы по математике успешно
проходят с весны 2001 г. Издатели учебника были уведомлены о трудностях, возникших у
преподавателей математики при адаптации материала для работы в режиме онлайн, и
начали создавать инструктирующие веб-сайты в дополнение к учебникам. В настоящее
время большинство подготовительных курсов по математике используют систему
MyMathLab ™, продукт компании Pearson Publishing. Единственный недостаток
MyMathLab ™ заключается в том, что он размещается на серверах Pearson Publishing, не
позволяя отделу «Интерактивный Мидлсекс» или службе технической поддержки
помогать студентам при работе на сайте. Компания Pearson Publishing недавно занялась
решением этой проблемы и предоставила свою собственную бесплатную службу
технической поддержки для преподавателей и студентов.
Хотя многие онлайн-курсы имели успех, нельзя сказать, что у всех или большинства
студентов, проходящих подготовительные курсы, есть необходимые навыки для
успешного обучения в режиме онлайн. На данный момент подобные сайты, не смотря на
последние достижения цифровых технологий, имеют преимущественно текстовый
интерфейс. Это является существенным препятствием для студентов, не обладающих
достаточной грамотностью. Студентам подготовительных курсов рекомендуется работать
в тесном сотрудничестве с кураторами, чтобы определить оптимальный способ обучения
(гибкая форма (self-paced), онлайн, традиционное или гибридное). Правильный выбор
способа обучения в значительной мере влияет на конечный результат.
Обучение преподавательского состава. «Разработка онлайн-курсов» – программа
профессиональной подготовки преподавателей, посвященная вопросам современной
педагогики и технологий в области дистанционного обучения. Эти курсы знакомят
преподавателей с современными методами обучения, направленными на развитие
студенческой познавательной активности, и необходимы для всех, кто преподает в
режиме онлайн. При прохождении подготовки по программе и разработке нового онлайнкурса преподавателю предоставляется стипендия в размере 2500$. В некоторых случаях
требуется дополнительное специальное техническое обучение, поскольку программа
«Разработка онлайн-курсов» сосредоточена, прежде всего на учебном проектировании, а
не на технических навыках.
В рамках данной программы участники разрабатывают в режиме онлайн учебные
задания, которые ориентированы на индивидуальные особенности обучения каждого
студента, используют преимущества интерактивной онлайн-среды и связаны с
информацией о реальном мире. Этот подход к онлайн-обучению стимулирует
студенческий интерес к содержанию курса и ведет к непрерывной исследовательской
деятельности, личностному развитию и получению знаний в течение всей жизни.
По программе «Разработка онлайн-курсов» ежегодно проводится подготовка 10 – 12
преподавателей. После завершения обучения участники курса могут:
1) создавать курсы, которые используют сильные стороны среды онлайн-обучения;
2) совершенствовать материалы курса, которые учитывают индивидуальные
потребности студентов, обучающихся в режиме онлайн;
3) разрабатывать занятия курса согласно конструктивистской теории обучения;
4) облегчать учебный процесс студентов, обучающихся в режиме онлайн;
5) демонстрировать умение эффективно управлять курсом в онлайн-среде.
125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Инструкторы программы «Разработка онлайн-курсов» руководят процессом и
устанавливают минимальный уровень качества для онлайн-курсов, что позволяет каждому
преподавателю структурировать собственный курс уникальным образом, чтобы он
отражал индивидуальный стиль и личность преподавателя.
Педагогическое обучение в значительной степени следует конструктивистской
теории. Конструктивизм подчеркивает важность студенческого понимания, в отличие от
простого представления материала. Конструктивизм уходит корнями в теории обучения
психологов Жана Пиаже и Льва Выготского [3] и постулирует, что для успешного
овладения знаниями студентами нужно сначала связать новые идеи с прошлым опытом и
пониманием, а затем поделиться вновь возникшими идеями с другими.
Среда
онлайн-обучения
дает
уникальную
возможность
применить
конструктивистские понятия в процессе обучения. Например, ученики имеют доступ к
многочисленным веб-сайтам, чтобы исследовать противоречивые точки зрения по темам
курса. Студенты могут также синтезировать свои точки зрения и размещать свежие идеи в
форумах. Ценность обучения повышается, когда ученики понимают, как можно
применять полученные знания в жизни. Это может быть достигнуто путем использования
современных данных реального мира, а не статической информации из учебников.
Что касается программы профессионального развития «Разработка онлайн-курсов»,
то мы видоизменили конкретную конструктивистскую модель проекта курса, созданную
Л. Ди Финком из университета Оклахомы. Модель Финка(2003 г.) [2], служащая для
развития того, что он называет «значимым опытом обучения», содержит рекомендации по
достижению результатов обучения, осуществлению учебной деятельности и оцениванию
ее результатов.
С учетом ориентации образовательных программ на конструктивистское обучение и
«значимый опыт обучения» (Fink, 2003 г.), особое внимание уделяется роли оценивания в
обучении. Речь идет о предварительном, текущем и итоговом оценивании. Объяснения и
примеры каждого типа представлены и смоделированы таким образом, чтобы
преподаватели, разрабатывающие курсы, могли использовать различные стратегии
оценивания. Например, форумы, которые являются центральным местом общения в
онлайн-курсах, могут быть использованы для предварительной оценки уже имеющихся у
студентов знаний по данной теме. Они могут также использоваться как основной
критерий понимания материала студентом, так как сообщение – это моментальный
снимок понимания отдельно взятого студента. Наконец, вся совокупность сообщений
может являться качественным критерием студенческого концептуального развития, служа
одним из компонентов итоговой оценки знаний в конце курса. Также студенты могут в
течение семестра создавать электронное портфолио, которое демонстрирует накопленный
по данному курсу «значимый опыт обучения».
Службы поддержки и их стратегии. Согласно стандартам Национальной
ассоциации работников просвещения (http://www.nea.org/nr/nr000321.html) для программ
дистанционного обучения, успешные программы дистанционного обучения должны
обеспечивать те же службы поддержки, что и для студентов традиционной формы
обучения. Сюда включены академическое кураторство, вступительное тестирование,
услуги по зачислению, помощь инвалидам, книжный магазин, консультации с
преподавателем, библиотечные ресурсы. Отдел «Интерактивный Мидлсекс» сотрудничает
напрямую со многими колледжами, чтобы сделать их услуги доступными в режиме
онлайн через портал колледжа. «Интерактивный Мидлсекс» является также частью
Отдела контроля соответствия требованиям колледжа, гарантируя, что содержание
онлайн-курса будет доступно и для студентов-инвалидов.
Важно отметить, что с начала существования онлайн-программ (с 1996 г.)
Мидлсекская служба академической поддержки предлагает студентам услуги онлайн126
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
консультирования с преподавателем. Принцип Службы академической поддержки –
сделать онлайн-консультации доступными всем студентам, не только обучающимся в
режиме онлайн. Кроме того, студенты онлайн-курсов также могут получать традиционные
консультации. В настоящее время мы тесно сотрудничаем с консорциумом
дистанционного обучения Коннектикута (http://www.ctdlc.org/), чтобы увеличить
количество часов онлайн-консультирования и тем, доступных для студентов.
Программа дистанционного онлайн-обучения Мидлсекского колледжа зависит от
технической поддержки ряда партнеров, включая фирму Blackboard Inc., поставщиков
услуг по аренде приложений, Президиум служб технической поддержки и Мидлсекский
технологический центр. Зачисление на онлайн-курсы продолжает расти быстрыми
темпами, что прямо влияет на технические и штатные потребности программы.
Оценка программы. Для того чтобы оценить программу дистанционного онлайнобучения отдела «Интерактивный Мидлсекс», его сотрудники провели SWOT-анализ– это
признанный инструмент стратегического планирования для определения достоинств,
недостатков, возможностей и угроз программы.
Сильными сторонами отдела «Интерактивный Мидлсекс» были названы
десятилетнее существование онлайн-курсов и всесторонняя программа профессиональной
подготовки «Разработка онлайн-курсов», описанная выше. За время своего существования
мы содействовали разработке свыше 120 онлайн-курсов, которые позволяют нам
предложить студентам обучение по 9 образовательным программам для получения
диплома или сертификата. Сами студенты продолжают преуспевать в онлайн-обучении и
оканчивают онлайн-курсы с более высокими показателями, чем у аналогичных
колледжей.
В то время как процент успешно завершенных программ обучения в Мидлсекском
колледже выше, чем в других аналогичных учебных заведениях, этот показатель все же
значительно ниже по сравнению с традиционным обучением 69,5% против 76,2%,
показатель статистической значимости <0,0001). По всей видимости, одним из факторов,
влияющих на ситуацию, является то, что не все студенты, зачисляемые на онлайн-курсы,
достаточно подготовлены. Поэтому в настоящее время мы предпринимаем различные
попытки повысить степень осознания студентами того, какие навыки необходимы им для
успешного обучения в режиме онлайн, в том числе мы ведем работу по улучшению
консультационной деятельности.
Другое преимущество отдела «Интерактивный Мидлсекс», отмеченное при SWOTанализе, - его всесторонний характер. Поддержка, осуществляемая этим отделом,
простирается далеко за рамки онлайн-курсов: технологии и методы преподавания
внедряются в традиционное и гибридное обучение, расширяя тем самым диапазон
профессиональной деятельности. Это приводит к переходу от дистанционного обучения к
распределенному обучению.
От дистанционного обучения к распределенному обучению. В 2000 г.
Мидлсекский общественный колледж объединил техническую поддержку в один
централизованный Технологический центр, осуществляющий некоторые из услуг, ранее
предоставляемых отделом «Интерактивный Мидлсекс». Тогда было решено, что
Технологический центр будет обеспечивать поддержку и техническое обслуживание всех
технических средств обучения, включая не только сети, компьютеры и информационные
проекторы, но также и традиционные учебные технологии, такие, как лекционные
плакаты, проекторы и видеоаппаратура. Передача подобного рода традиционного медиаобслуживания Технологическому центру позволила отделу «Интерактивный Мидлсекс»
сфокусировать свое внимание на учебной задаче.
Реорганизация подразделений дала отделу «Интерактивный Мидлсекс» возможность
обеспечить колледж новыми услугами. Сегодня этот отдел оказывает такие виды услуг,
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
как учебное проектирование, разработка систем мультимедиа и обучение использованию
нового программного обеспечения и компьютерных систем.
Если ранее отдел «Интерактивный Мидлсекс» осуществлял поддержку только
дистанционного онлайн-обучения, то теперь его задача намного шире и включает
поддержку любой формы технологически усовершенствованного обучения. Ввиду
высокой популярности средств онлайн и мультимедиа в традиционном обучении понятие
«дистанционное обучение» стало слишком узким и не отражает все разнообразие
деятельности, осуществляемой в рамках учебного плана. В то время как отдел
«Интерактивный Мидлсекс» продолжает обеспечивать защиту, поддержку и управление
онлайн-обучением, модель распределенного обучения (Oblinger, Barone and Hawkins, 2001
г.)
[2]
позволяет
нам
поддерживать
широкий
спектр
технологически
усовершенствованных образовательных подходов, включая традиционную форму с
использованием сети Интернет и разнообразные гибридные модели, совмещающие новые
технологии и методы обучения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Fink, D. Creating significant learning experience: an integrated approach to designing college courses/ D.Fink.San Francisco: Jossey-Bass, 2003.
2. Oblinger, D.G. Distributed education and its challenges: an overview/D.G.Oblinger,C.Barone,B.Hawkins//
Distributed Education: Challenges, Choices and a New Environment.-Washington, D.C.: American Council on
Education and EDUCAUSE, 2001.
3. Piaget, J. Science of education and the psychology of the child/ J.Piaget.-New York: Orion Press,1969.
4. Vygotsky, L. S. The mind in society: The development of higher psychological processes/L.S.Vygotsky.Cambridge, MA: Harvard University Press,1978.
Материал поступил в редколлегию 15.11.08.
128
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Антипова Римма Константиновна, ст. преподаватель кафедры «Начертательная геометрия и графика» БГТУ, тел. (4832) 58-82-15.
Арбогаст Сэнфорд А., магистр педагогики, специалист по системам образовательных
технологий
Мидлсекского
общественного
колледжа,
(781) 280-37-39, е-mail: arbog@middlesex.mass.edu.
Афонина Елена Владимировна, к.т.н, доцент, зав. кафедрой «Начертательная геометрия и графика» БГТУ, тел. (4832) 58-82-15.
Бадолато Майкл Дж. , д. п. н., декан по академическим ресурсам и образовательным технологиям Мидлсекского общественного колледжа, тел. (781)
280-37-10, е-mail: badolatom@middlesex.mass.edu.
Барабанова Ирина Александровна, к. т. н, доцент кафедры «Управление
качеством,
стандартизация
и
метрология»,
БГТУ,
е-mail:
steshkova@yandex.ru.
Барсуков Геннадий Валерьевич, д.т.н., профессор Орловского государственного технического университета, тел. (4862) 41-98-18.
Бирюков Алексей Валерьевич, ассистент кафедры «Тепловые двигатели»
БГТУ, тел. (4832)51-84-80, e-mail: wild.stranger@gmail.com.
Блейшмидт Леонид Израйлович, к.т.н., доцент кафедры «Подъемнотранспортные машины и оборудование» БГТУ, тел.: (8-4832)-68-70-06.
Бугаев Юрий Владимирович, д. физ.-мат. н., доцент кафедры «Информационные технологии моделирования и управления» ВГТА, г. Воронеж,
е-mail: mmtc@vgta.vrn.ru.
Гоголев Иван Григорьевич, д.т.н., профессор кафедры «Тепловые двигатели» БГТУ, тел. (4832)51-84-80, e-mail: heat@tu-bryansk.ru.
Дубаневич Елена Васильевна, к.э.н., доцент кафедры «Экономика и менеджмент» БГТУ, тел. (4832) 58-82-24.
Журавлев Валерий Вячеславович, начальник управления гл. конструктора
ОАО «Брянский арсенал», тел. (4832) 58-82-62.
Заикин Анатолий Николаевич, к.т.н., профессор кафедры «Технический
сервис» БГИТА, тел. (4832) 75-59-06.
Изюмова Елена Геннадьевна, ст. преподаватель кафедры «Информационные технологии» БГИТА, тел. 74-75-11.
Киева Ольга Владимировна, к. п. н., доцент кафедры «Иностранные языки»
БГТУ, тел.: (4832) 56-23-13.
Колесник Артем Валерьевич, аспирант кафедры «Информационные технологии моделирования и управления» ВГТА, г. Воронеж, е-mail:
art_kolesnik@hotbox.ru.
Корсакова Ирина Майоровна, к.т.н., доцент кафедры «Металлорежущие
станки и инструменты» УНТИ БГТУ, e-mail: korsirina@yandex.ru
129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Михеев Александр Васильевич, аспирант Орловского государственного
технического университета, тел. (4862) 41-98-18.
Окунькова Анна Андреевна, инженер-конструктор ООО «ИМИДФОРМ»,
тел. (499) 978-97-00.
Олсон Мэттью У., д. п. н., директор отдела «Интерактивный Мидлсекс»
Мидлсекского общественного колледжа, тел. (781) 280-37-15, e-mail:
olsonm@middlesex.mass.edu.
Осипов Александр Вадимович, к.т.н., доцент кафедры «Тепловые двигатели» БГТУ, тел. (4832)51-84-80, e-mail: heat@tu-bryansk.ru.
Памфилов Евгений Анатольевич, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Механическая технология древесины» БГИТА, тел. (4832) 64-60-73.
Парфёнов Николай Сергеевич, соискатель кафедры «Подъемнотранспортные машины и оборудование» БГТУ, e-mail: parfnic@mail.ru .
Рощин Константин Владимирович, ст. преподаватель кафедры «Сопротивление материалов и строительная механика» Кубанского государственного
технологического университета, г. Краснодар, e-mail: kostik777@mail.ru.
Рыбаков Анатолий Викторович, к.т.н., доцент МГТУ «Станкин», тел.
(499) 973-34-42.
Сафонов Александр Леонидович, ассистент кафедры «Управление качеством, стандартизация, метрология» БГТУ, тел. 8-920-604-58-90.
Симкин Николай Васильевич, студент спец. «Информатика и программное
обеспечение» БГТУ, e-mail: simkin_k@mail.ru.
Симуков Игорь Васильевич, соискатель каф. «Энергетики и автоматизации производственных процессов» БГИТА, тел. (4832) 51-82-04.
Степанов Юрий Сергеевич, д.т.н., профессор Орловского государственного
технического университета, тел. (4862) 47-50-71.
Cуханов Павел Тихонович, д.х.н., доцент кафедры «Аналитическая химия»
ВГТА, г. Воронеж, е-mail: pavel.suhanov@mail.ru.
Съянов Сергей Юрьевич, к.т.н., доцент кафедры «Автоматизированные
технологические системы» БГТУ, тел. (4832) 58-82-78.
Фокин Юрий Иосифович, к.т.н., доцент, зав. кафедрой «Тепловые двигатели» БГТУ, тел. (4832) 51-25-07.
Холодовская Анна Владимировна, аспирант Современной гуманитарной
академии, г. Москва, тел. (4832) 75-68-04.
Шумский Павел Юрьевич, аспирант ВГТУ, г. Волгоград, е-mail:
pshumsky@mail.ru.
Янченко Виктор Степанович, к.т.н., доцент БГИТА, тел. (4832) 58-82-62.
130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Abstracts
Barabanova I. A. The methodological approach to the content and design of standards on
dimensional cutting tool. Questions of standardization of dimensional cutting tools have been
considered. A new methodological approach to the content and design standards for the instruments was proposed. On the taps example were elaborated projects of new standards establishing
the modern science-based regulations and requirements to manufacture and application of dimensional cutting tools, which can form the basis for standards development for organizations or
renewing the existing national standards.
Key words: standardization; dimensional cutting tools; taps, manufacturer standard; purchaser
standard.
Sjanov S.J. Algorithm and the software for definition of optimum conditions of
electrophysical processing. The algorithm is submitted and the software for definition of conditions of electrophysical processing is described depending on required parameters of quality of a
superficial layer at the minimal cost price and the maximal productivity.
Key words: algorithm; the program; productivity; the cost price; electrophysical processing; deterioration.
Stepanov Y.S., Barsukov G.V., Micheev A.V. Modeling of abrasive grains participating in part surface
formation at cutting with hydroabrasive jet. The authors of the paper have elaborated a mathematical model for abrasive grains amount participating in the process of a part surface formation in
the course of cutting with a hydroabasive jet that allows the definition of an abrasive essential
concentration depending on effluent jet pressure, feed velocity in a jet, dimensions of an abrasive
grain and physico-mechanical properties of material.
Key words: abrasive water jet; cutting; abrasive; modeling; destruction.
Rybakov A. V., Okunkova A. A. Solving of work preparation problems of parts, produced
by wire electrical discharge macining (by the example of mold parts in pro/engineer system). The existent methods of mold parts surfaces making, properties and differences of mechanical and wire electrical discharge machining (WEDM) were considered in this article. The
presentation ways of parts cutting region in the CAM-system and the example of surfacing
methods using such as the multi-purpose way during programming of 4-axis wire motion path in
WEDM were viewed.
Keywords: work preparation; wire electrical discharge machining; cnc-machines; mold parts.
Bleichmidt L.I., Parfyonov N. S. Estimation of the remaining resource of the tower crane
kb-572, residing in oao «dyatikovo-doses». Presented results of the researches on estimation of
the remaining resource steel lattice framework of the tower tap KB-572 with use of a program
complex.
Key words: remaining resource; steel lattice framework; tower taps.
Fokin Y.I., Yanchenko V.S., Zhuravlev V.V. Peculiarities of the device of fuel elements and
prospect of their wide use in a national economy. The theoretical bases of job of fuel elements
are given, their detailed classification is considered. The basic advantages of electrochemical
generators are analysed, the examples of their use are given.
Key words: Electrochemical generator; fuel cell; electrolyte; electrode; fuel; oxidizer.
Gogolev I.G., Osipov A.V., Birykov A.V. Stream Structure in the interstage clearance at
alternating regime of selected department of steam turbine work. The results of an experimental of the flow between levels of the model selected compartment steam turbines. We consider experimental field distribution along the length blade full and static pressure and flow
angles and tangensalnoy and radial planes at several values of air flow in the selection and alternating modes before selection stages.
Key words: not axisymmetric flow; selected compartment, heat turbine, the structure of the
flow.
131
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Safonov A.L. Using modern methods of calculation of the thermal operating modes of electric connectors. There are techniques for calculation of thermal operating modes of electric
connectors. Application of a method of final elements for definition of temperature fields in section of an electric connector is presented.
Keywords: electric connector; temperature calculation; stationary temperature field; final elements method.
Simkin N.V. Architecture and software graphic systems on the basis of programmed logic
the integrated circuit virtex-ii pro. Are developed architecture and software of graphic system
in integrated environment(Wednesday) of automation of designing of electronics Xilinx ISE
Design Suite.
Key words: architecture; the software; graphic system; designing; PowerPC; the built - in
processor.
Afonina E.V., Antipova R.K. Features of creation of volume models of worm pair in the
сompas-3d. Features of performance of volume models of worm gears in system of threedimensional solid-state modelling of Kompas-3D are considered. The algorithm of creation of
3D-models of a worm and wheels is offered.
Key words: volume model; a worm wheel; cylindrical a worm; a tooth profile; a worm reducer.
Zaikin A. N., Pamfilov E. A., Izjumova E. G. Аutomation of calculation of operational
modes of complete sets of machines. The major factors influential in increase of functionability
of complete sets of means are parsed. The features of a technique of the automated calculation of
modes of operation of complete sets of means are reviewed.
Key words: functionability; technological system; complete set of machines; operational modes.
Shumskiy P.J. The automated system of estimation of a condition of the process equipment,
its appointment, advantage and work principle. The problem in the field of an estimation of a
condition of the process equipment is stated. Appointment, a principle of work and advantage of
use of system are stated.
Key words: system; estimation; condition; suitability; the process equipment.
Bugaev Y.V., Sukhanov P.T., Kolesnik A.V. Identification of the foodstuffs colours according the results processing by the planar chromotography methods based on colour classification. Methods of the foodstuffs colors identification according the colors of tinted images
based on planar chromatography results are considered in the article. As a math technique a
fuzzy set technique is used. Membership functions for a tested set of the colors in the HLS space
(Hue, Lightness, Saturation) of the color imaging are formed.
Key words: color image classification; fuzzy sets; planar chromatography.
Roschin K.V. The analysis mechanical pressure in radioelements outputs at ibration effects. Requirements to a method of a time estimation before the fatigue failure of radioelements
(RE) outputs are formulated at vibration effects. The hierarchical approach is put in a basis of a
method of time estimation before fatigue failure of RE outputs.
Key words: radioelements outputs; fatigue failure; harmonious; casual vibration; fluctuations;
pressure; dynamic influences.
Simukov I.V. Comparison of mathematical models of calculation of effective power of pistons DVS, rotor-piston engine Vankelya and new rotor combustion engine with two tops at
a rotor. The model of mathematical calculation of effective power of new is developed rotor
combustion engine with two tops in a rotor. The mathematical models of calculation of power
for different engines are confronted (two-stroke DVS, four-stroke DVS, RPD Vankelya, new
rotor engine). The analogy of new is exposed rotor engine with four-stroke DVS. Similarly a
new engine saved structural advantages of rotor engines.
Key words: mathematical model; effective power; comparison; engine; new construction.
132
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 1 (21)
Dubanevich E.V. Perfection of a control system by competitiveness of the industrial enterprise. Teoretiko-methodical aspects of perfection of competitiveness of the industrial enterprise
are considered. In particular, the analysis of existing approaches to definition of the term "competitiveness" is carried out, the technique complex an estimation of groups of the factors defining
competitiveness of the enterprise, and also the scheme of forecasting of actions for its increase is
offered.
Key words: management of competitiveness; forecasting of increase of competitiveness.
Korsakova I.M. Increasing quality to product by way to odernizations of the technological
equipment. They are considered actual questions of increasing quality produced to product. It is
shown influence to modernizations of the technological equipment on reception required geometric factors quality to machine-building product. Work is cited an instance at modernizations
of the special lathe.
Key words: operational parameters of the equipment; modernization of the process equipment;
quality of let out production; balance of errors; geometrical parameters of quality.
Kholodovskaya A.V. Some of the social and psychological mechanisms of the conformism
formation. In this article there are considered the social and psychological mechanisms – passivity, “a social mask”, an inferiority complex in the forming of the conformist personality.
Key words: conformism; passivity; social laziness; a social role and “a social mask”; an inferiority complex.
Kieva O.V. The problem of evaluating students’ works of translation. The work considers
the problem of translation teaching methods. Some criteria of evaluating students’ works of
translation are offered.
Key words: written translation; activity paradigm; sufficient translation; equivalent translation;
translation strategy; criteria of evaluating.
Badolato M., Olson M., Arbogast A. The development of the middlesex community college
online learning program. The article by Michael J. Badolato, Ed.D., Dean of Academic Resources and Instructional Technologies Division, Matthew W. Olson, Ed.D., Director of Middlesex Interactive and Sanford A. Arbogast M.Ed., Instructional Technologies Systems Analyst describes creation and development of the online distance learning program at Middlesex Community College (USA).
Key words: distance learning; online courses; educational services; training methods.
133
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа