close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

276.Вестник Брянского государственного технического университета №2 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
№2 (22) 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
Бишутин С.Г., Шупиков И.Л. Стенд для исследования работоспособности сопряжения «протяженная
цилиндрическая направляющая – полиуретановый
ролик» фрикционных подъемников…………………
Шец С.П. Интенсивность изнашивания манжет в
трибосопряжении типа «вал-уплотнение»………….
Чепчуров М.С., Хуртасенко А.В., Маслова И.В.
Автоматизированный контроль прогиба державки
режущего инструмента при токарной обработке……
Дуюн Т.А. Моделирование тепловых деформаций с
целью обеспечения точности механической обработки……………………………………………………
Мирошников В.В., Левкина Е.В. Система менеджмента качества, основанная на введении критических контрольных точек……………………………
Транспортное машиностроение
Зернин М.В., Мефед Е.В., Яшутин А.Г., Гришанов А.В. Реализация методики расчетной оценки
долговечности подшипников скольжения по системе
критериев повреждения поверхностей трения………
Михальченко Г.С., Антохин А.В. Оценка динамических качеств скоростного электровоза с различной
конструкцией тягового привода……………………..
Аксютенков В.Т., Титенок А.В., Тимаков А.К.
Опоры возвратно-поступательного движения с
высшими кинематическими парами…………………
5
9
13
17
24
31
42
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Реутов А.А. Формализация выбора концепции проектирования технического объекта…………………………………………………………………………………………
Моисеенко М.А., Сакало В.И. Моделирование температурных полей в деталях
дискового тормоза…………………………………………………………………………
Корытов М.С. Методика построения эквидистантных поверхностей в задаче поиска пути перемещения груза автокраном…………………………………………………
Лустенков М.Е. Проектирование планетарных шариковых передач с различными
профилями беговых дорожек……………………………………………………………..
Малинкович М.Д. Один из способов уменьшения динамических нагрузок в зубчатой передаче……………………………………………………………………………….
Потапов Л.А., Маклаков В.П. Измерение угловых ускорений методом цифровой
обработки сигналов частотного фотодатчика…………………………………………..
Энергетическое машиностроение
Фокин Ю.И., Янченко В.С., Журавлев В.В. Проблемы выбора первичного горючего для топливных элементов транспортных средств…………………………………
Гоголев И.Г., Дроконов А.М., Николаева Т.А. Влияние технологических и эксплуатационных факторов на изменение проектной геометрии проточной части турбомашин и характеристик их ступеней…………………………………………………
Обозов А.А. Применение метода имитационного моделирования рабочего процесса ДВС как средства алгоритмизации систем технической диагностики…………….
53
57
65
70
78
82
87
93
99
Управление, вычислительная техника
и информатика
Израилев В.Я., Подвесовский А.Г., Сиваков Я.И. Автоматизированная система
проведения олимпиад по информатике………………………………………………….
Богушевский А.Е., Лозбинев Ф.Ю. Специализированный программный комплекс
«Информационные и программные ресурсы органов исполнительной власти Брянской области»……………………………………………………………………………...
Симкин Н.В. Мультиплексируемая шина графической системы на базе программируемой логической интегральной схемы VIRTEX-II PRO…………………………
Аверченков В.И., Кожухар В.М., Сазонова А.С. Оценка научного потенциала региона……………………………………………………………………………………….
Экономика и менеджмент
105
110
119
123
Ларичева Е.А. Развитие инновационной культуры на предприятии…………………
Обозов Р.А. Организация системы риск-менеджмента на отечественном предприятии…………………………………………………………………………………………
128
Попков В.И. Устойчивое развитие как парадигма сохранения цивилизации………
Лобеева В.М. Сущность и основные этапы генезиса российского либерализма. Период становления………………………………………………………………………….
Попкова Н.В. Биологические трансформации человека: технический фактор………
Дергачева Е.А. Техногенность и ее идейное содержание……………………………..
140
Сведения об авторах……………………………………………………………………..
174
Abstracts…………………………………………………………………………………...
177
Общественные науки
2
134
150
159
167
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
CONTENTS
Mechanical engineering
Technology, tools and equipment of mechanical engineering factories
Bishutin S.G., Shupikov I.L. The stand for research functionality trimming «of the carrying round beam – the polyurethane roller» friction lifts………………………………….
Shec S.P. The cuff wear rate in tribocoupling exponent «shaft seal»………………………
Chepchurov M. С., Hurtasenko A. В., Maslova I. В. The automated control of a deflection of the case of the cutting tool over turning processing…………………………………
Duyun T. A. Modeling thermal deformation to ensure the accuracy of mechanical handling…………………………………………………………………………………………
Miroshnikov V.V., Levkina E.V. Quality management system, based of introduction of
critical control points………………………………………………………………………..
5
9
13
17
24
Transport mechanical engineering
Zernin M.V., Mefyod E.V., Yashutin A.G., Grishanov A.V. Realization of the technique of calculated estimation of durability of slider bearing by the system of criteria of
damage of friction surfaces………………………………………………………………….
Mikhalchenko G.С, Antokhin A.В. Estimation of dynamical performances of highspeed electric locomotive with different designs of traction drive…………………………
Aksyutenkov V.T., Titenok A.V., Timakov A.K.. Reciprocal motion bearings with the
highest kinematic pairs……………………………………………………………………...
Reutov A.A. Formalization of selection conception for technical object design.
Moiseenko M. A., Sacalo V. I. Simulation of the temperature fields of the disk brake details…………………………………………………………………………………………..
Korytov M.S. Construction technique equidistant surfaces in a path searching problem of
moving a truck crane cargo…………………………………………………………………
Lustenkov M.E. Projection of planetary ball transmissions with various profiles of racetracks………………………………………………………………………………………..
Malinkovich M.D. One of the methods of decrease loads in the gear mesh………………
Potapov L.A., Maklakov V.P. Method of the measurement of the angular acceleration
with procedure transformation the digital signal of the frequency photosensor……………
31
42
49
53
57
65
70
78
82
Energetic mechanical engineering
Fokin Y.I., Yanchencko V.S., Zhuravlev V.V. The problem of selection of primary fuel
for carrier fuel cells………………………………………………………………………….
Gogolev I.G., Drokonov A.M., Nikolaeva T.A. The effect of technological and operational factors on changes in the design geometry of turbo machinery and characteristics of
their stages…………………………………………………………………………………..
Obozov A.A. Application of math simulation method for diesel engine operation process as the means for algorithmization technical diagnostics system……………...
87
93
99
Management, computer facilities
аnd computer science
Izrailev V.Y., Podvesovskiy A.G., Sivakov Y.I. Computer-based system for implementing of informatics competitions……………………………………………………………..
105
Bogushevsy A.E., Lozbinev F.Y. The specialized programme complex «information and
programme resources of organs executive authorities an Bryansk area»…………………...
110
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Simkin N.V. Multiplexed bus of embedded graphics system based on Virtex-II Pro
FPGA………………………………………………………………………………………..
Averchenkov V. I., Kozhuhar V. M., Sazonova A.S. The estimation of scientific potential of region…………………………………………………………………………………
119
123
Economy and management
Laricheva E.A. Development of innovative culture of the enterprise……………………..
Obozov R.A. Establishment of the risk management system on domestic enterprises…….
128
134
Public sciences
Popkov V.I. The sustainable development as a paradigm of preservation of a civilization..
Lobeeva V.M. The essence and the main stages of the genesis of russian liberalism. The
period of formation………………………………………………………………………….
Popkova N.V. Biological human transformation: technical factor…………………………
Dergacheva E.A. Technogenesis and its charachteristics………………………………….
140
Abstracts ………………………………………………………………………………….
177
4
150
159
167
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
МАШИНОСТРОЕНИЕ
ТЕХНОЛОГИЯ, ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
УДК 621.81
С.Г. Бишутин, И.Л. Шупиков
СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СОПРЯЖЕНИЯ
«ПРОТЯЖЕННАЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ НАПРАВЛЯЮЩАЯ – ПОЛИУРЕТАНОВЫЙ
РОЛИК» ФРИКЦИОННЫХ ПОДЪЕМНИКОВ
Представлена конструкция, описан принцип функционирования, приведены основные технические характеристики испытательного стенда, а также методики для контроля характеристик работоспособности сопряжения «протяженная цилиндрическая направляющая – полиуретановый ролик» фрикционных подъемников.
Ключевые слова: стендовые испытания, работоспособность пары трения, протяженная цилиндрическая
направляющая, полиуретановый ролик, фрикционный подъемник.
В настоящее время подъемники стали самым массовым видом вертикального транспорта в жилых и административных зданиях. Поэтому на сегодняшний день является актуальным вопрос создания более совершенных подъемных устройств с более высокими
потребительскими свойствами, техническими характеристиками и показателями качества.
Известно техническое решение [1], согласно которому подъёмник содержит вертикально закрепленную цилиндрическую направляющую (грузонесущую штангу), грузовую
платформу, соединённую с кареткой, содержащей цилиндрические ролики, наклонно расположенные относительно оси грузонесущей штанги и прижимающиеся к ней. При вращении каретки от привода её ролики обкатываются по цилиндрической поверхности грузонесущей штанги по винтовой линии. При этом каретка и грузовая платформа перемещаются
вверх или вниз.
Для создания такого фрикционного подъемника необходимо установить основные
параметры его привода движения в ходе предварительных испытаний. Для проведения
таких испытаний необходимо создать стенд для исследования работы основного узла
фрикционного подъемника – привода движения. По результатам экспериментальных исследований можно определить грузоподъемность фрикционного подъемника в зависимости от качества поверхности грузонесущей штанги, усилия прижатия роликов к грузонесущей штанге, а также потребную мощность электродвигателя, что позволит улучшить
технические характеристики и показатели качества фрикционных подъемников с исследуемым приводом движения.
Объектом исследования на создаваемом стенде является сопряжение «стальная цилиндрическая грузонесущая штанга – ведущий полиуретановый ролик» привода движения
фрикционного подъемника. Данный стенд позволяет определить работоспособность исследуемого сопряжения и оценить его долговечность. Данные, полученные в результате
исследования, будут использованы для выработки рекомендаций конструктивнотехнологического характера по совершенствованию указанного сопряжения.
Технические характеристики стенда:
- габариты стенда (ВхШхГ) – 2600х1700х1500 мм;
- мощность приводного электродвигателя – 1,1 кВт;
- частота вращения вала электродвигателя – 715 мин-1;
- диаметр ведущего шкива – 71…120 мм;
- диаметр ведомого шкива – 224 мм;
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
- диапазон частот грузонесущей штанги – 224…420 мин-1;
- диапазон скоростей платформы – 0,25…0,5 м/с;
- грузоподъемность – 20…500 кг;
- угол наклона роликов – 11°;
- диапазон регулирования натяга роликов – 0…3 мм.
Стенд представляет собой разборную рамную конструкцию (рис. 1). Рама 1 состоит
из вертикальных стоек таврового сечения, верхней горизонтальной поперечины и основания. На основании рамы устанавливаются пульт управления 6, электротормоз 7 и электродвигатель 10 на специальном креплении 8, позволяющем регулировать натяжение ремней 12.
Грузонесущая штанга 4
представляет собой трубу
из стального проката и устанавливается в двух
подшипниковых
узлах,
один из которых закреплен на основании рамы, а
другой - на поперечине
(при помощи болтов). На
поперечине имеются приваренные державки со
стальными направляющими роликами, через которые перекидываются канаты 11. Одни концы канатов соединены с платформой 2, а к другим концам прикреплены противовесы 13. Максимальный
груз противовесов составляет 250 кг. Указанные
противовесы позволяют
исключить энергозатраты
на преодоление сил тяжести, что даёт возможность
дополнительно
снизить
требуемую мощность приводного электродвигателя.
Каретка 3 представляет
собой стальную трубу
большего диаметра, чем
грузонесущая штанга, и Рис. 1. Схема стенда: 1 – рама; 2 – платформа; 3 – каретка; 4 – грузонесусодержит наклонно рас- щая штанга; 5 –конечный выключатель; 6 –пульт управления; 7 – тормозположенные полиурета- ной механизм; 8 – кронштейн; 9 – ведущий шкив; 10 – электродвигатель;
11 – канат; 12 – клиновой ремень; 13 – противовес; 14 – центральный груз
новые ролики.
Ролики устанавливаются в специальных опорах, позволяющих регулировать их натяг, посредством которого и обеспечивается усилие прижатия роликов к поверхности грузонесущей штанги. Платформа 2 прямоугольной формы выполняется из уголка. По краям
платформы устанавливаются направляющие ролики, которые обеспечивают её движение
без перекосов вдоль направляющих вертикальных стоек. Платформа нагружается центральными грузами 14, с помощью которых и определяется грузоподъемность привода.
При проведении испытаний следует учитывать, что платформа нагружается центральны6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
ми грузами постепенно, а противовесы устанавливаются пропорционально нагруженной
платформе. На вертикальных стойках устанавливаются конечные выключатели. При контакте платформы с конечным выключателем происходит реверсивное вращение вала
электродвигателя, соответствующее направлению движения платформы.
Стенд работает следующим образом. При включении электродвигателя нажатием
кнопки «Пуск» на пульте управления ведущий шкив приходит во вращение. Через ременную передачу вращение передается к ведомому шкиву, установленному на грузонесущей
штанге. Указанная штанга начинает вращаться вокруг своей оси, а ролики каретки начинают обкатываться по её поверхности по винтовой линии. Установленная на грузонесущей штанге каретка привода движения и жестко связанная с ней платформа начинают перемещаться вертикально вдоль оси указанной штанги. При достижении верхнего положения происходит контакт конечного выключателя и платформы, в результате чего электродвигатель переключается на реверсивное вращение, грузонесущая штанга начинает вращаться в обратном направлении и платформа перемещается вниз. При достижении нижнего положения срабатывает нижний конечный выключатель, изменяется направление вращения грузонесущей штанги, а платформа снова перемещается вверх. Так происходит
вращение грузонесущей штанги и перемещение платформы. В крайних положениях платформы (в момент реверса электродвигателя) мгновенно срабатывает электротормоз, который не позволяет грузонесущей штанге прийти в самопроизвольное вращение под действием сил тяжести груза платформы. Движение происходит до тех пор, пока оператор не
выключит электродвигатель кнопкой «Стоп» на пульте управления.
В ходе проведения испытаний контролю подлежат параметры:
1) грузоподъемность;
2) натяг роликов;
3) ускорение платформы в момент начала движения;
4) скорость перемещения платформы;
5) перемещение платформы вдоль направляющей под действием груза в нерабочем
состоянии;
6) уровень шума каретки;
7) линейный износ роликов.
Грузоподъёмность привода определяется весом центральных грузов. При этом вес
противовесов должен составлять половину от веса нагруженной платформы. При таком
варианте нагружения время перемещения нагруженной платформы от крайнего верхнего до
крайнего нижнего положения и наоборот должно совпадать. При этом необходимо сравнивать движение ненагруженной платформы и поэтапно нагружаемой грузами до тех пор, пока не будут исчерпаны возможности увеличения нагрузки. Данные этапы испытаний должны проводиться за равные промежутки времени. При выполнении этих условий платформа будет перемещаться с одинаковой скоростью и без проскальзывания роликов каретки.
Натяг роликов регулируется с
помощью специально созданного на
каретке приспособления (рис. 2).
Ось ролика установлена в бобышках. В малой бобышке имеется паз.
При затягивании винта 6 ролик
прижимается к поверхности грузонесущей штанги. Зная шаг резьбы,
по углу поворота винта определяют
смещение оси ролика, а натяг в зоне контакта будет равен половине Рис. 2. Схема регулирования натяга: 1 – грузонесущая штанга;
величины смещения оси. Описан- 2 – стенка каретки; 3 – ось; 4 – большая бобышка; 5 – контрным способом натяг регулируется гайка; 6 – винт; 7 – малая бобышка; 8 – циферблат
на всех роликах.
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Ускорение платформы в момент начала движения определяется с помощью акселерометра. Портативный прибор устанавливается на платформу и закрепляется. Перед началом
испытаний прибор включается и в момент начала движения платформы регистрирует показания. При достижении стабильного перемещения платформы движение прекращается.
Величина ускорения в момент начала движения фиксируется в памяти прибора и выводится на экран.
Скорость перемещения платформы определяется по известной зависимости: как частное от деления пройденного пути на время его преодоления. На грузонесущей штанге выбирается отрезок пути, после чего определяется время на его преодоление с помощью секундомера.
Натяг, обеспечивающий отсутствие перемещения платформы вдоль направляющей под
действием груза в нерабочем состоянии, проверяется с помощью индикаторной стойки с магнитным основанием. Указанная стойка устанавливается на раму под платформой. При смещении платформы вследствие слабого натяга роликов происходит смещение штока индикатора, которое свидетельствует о величине сползания платформы. Такая проверка осуществляется при каждом новом нагружении и смене изношенных роликов.
Уровень шума каретки определяют с помощью шумомера, который устанавливается
вблизи каретки. При этом проводятся два варианта испытаний. При первом варианте испытаний изолируются (по возможности) все шумоиздающие механизмы. При втором варианте испытаний каретка снимается и определяется величина шума от действия тех же
изолированных механизмов. При этом желательно отказаться от применения противовесов. Данные операции позволят выявить шумы от всех механизмов и определить шум,
издаваемый именно кареткой.
Линейный износ роликов определяется разностью диаметров роликов до и после работы. По истечении
определенного промежутка времени
работы стенда ролик снимается и
измеряется его диаметр (рис. 3), который сравнивается с первоначальным размером ролика. Диаметр роРис. 3. Схема измерения диаметра ролика: 1 – индикаликов измеряется с помощью микторная скоба; 2 – полиуретановое покрытие ролика
рометра или индикаторной скобы.
Разработанный стенд позволит определить работоспособность сопряжения «протяженная цилиндрическая направляющая – полиуретановый ролик» в заданном диапазоне силовых и скоростных характеристик работы фрикционных подъемников.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. RU 2 271 328 С1 В66В 9/02. Подъемник / Карпенков А.И. - опубл. 10.03.06, Бюл. №7. - 12 с.
Материал поступил в редколлегию 17.11.08.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 621.891:539.3
С.П.Шец
ИНТЕНСИВНОСТЬ ИЗНАШИВАНИЯ МАНЖЕТ
В ТРИБОСОПРЯЖЕНИИ ТИПА «ВАЛ-УПЛОТНЕНИЕ»
Приведены основные факторы, оказывающие наиболее значительное влияние на интенсивность изнашивания манжет в трибосопряжении типа «вал-уплотнение». Представлена термодинамическая энтропийная модель, позволяющая оценить интенсивность изнашивания манжет в металлополимерном трибосопряжении.
Ключевые слова: интенсивность изнашивания, мощность трения, манжеты, вал, уплотнение.
Большое влияние на изнашивание манжет в подвижном трибосопряжении типа «валуплотнение» оказывает состояние контактирующих поверхностей манжетного уплотнения
и вала, а также наличие «третьего тела» – смазочного материала, находящегося в виде
пленки фрикционного переноса. При работе трибосопряжения наблюдается повышение
интенсивности изнашивания из-за изменения строения и свойств поверхностных слоев
контактирующих деталей и смазочного материала.
Процесс изнашивания трибосопряжения типа «вал-уплотнение» резко интенсифицируется:
– при увеличении относительной скорости скольжения;
– биениях и неправильной геометрии контактирующих поверхностей;
– работе в режимах «старт» и «останов»;
– наличии абразива в зоне трения;
– изменении температуры и влажности окружающей среды.
В результате возникают различные дефекты: следы абразивного изнашивания, нарушение геометрии поверхностей деталей, объемное сужение или разбухание полимерных материалов уплотнений и др.
Интенсивность изнашивания определяют по формуле [1]
−c 
α υ− γ
Tкр 

I = i υ 
,
(1)
 100 
где i – удельный износ, принятый при температуре 100 0С и относительной скорости
скольжения 1 м/с; Tкр – критическая температура разрушения материала манжеты; α –
коэффициент, определяющий влияние температуры; c , γ – коэффициенты, определяющие влияние относительной скорости скольжения.
Для расчета интенсивности изнашивания по формуле (1) требуется получение эмпирических коэффициентов α , c , γ и учет влияния дополнительных факторов, таких, как,
смазываемость, а также упругих свойств манжеты и браслетной пружины.
Интенсивность изнашивания за весь период эксплуатации можно записать выражением
(2)
I h = ∆h Lтр ,
где ∆h – толщина слоя, изношенного на пути трения Lтр .
Путь трения Lтр каждой точки рабочей кромки манжеты по валу до полного ее износа, т. е. до приближения натяга в трибосопряжении «вал-уплотнение» к нулю, равен
длине окружности рабочей кромки, умноженной на общее число оборотов вала за период
износа.
Тогда толщина изношенного слоя
(3)
∆h = (Dм − d в ) 2 ,
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
где Dм – диаметр рабочей кромки манжеты в свободном состоянии при натяге в трибосопряжении, стремящемся к нулю; d в – диаметр вала.
Путь трения
(4)
Lтр = π d в N об ,
где N об – число оборотов вала за период износа.
После подстановки выражений (3, 4) в формулу (2) для интенсивности изнашивания
можно получить выражение
(D − d в ) .
(5)
Ih = м
1
2π d в N об
Если считать, что трибосопряжение «вал – уплотнение»
3
является металлополимерной трибосистемой (рисунок), состоя2 щей из металлической части 1 и полимерной части 2, которые
находятся в контакте по полимерной пленке фрикционного пеРис. Схема металлополи- реноса 3, то интенсивность изнашивания определится износом
мерной системы: 1 – ме∆hп части полимерного материала (уплотнения), величину кототаллическая часть; 2 – полимерная часть; 3 – пленка рого можно рассчитать по формуле
фрикционного переноса
.
∆hn = ∆m (ρ Fтр ),
где ∆m – масса изнашиваемого материала контактирующего элемента уплотнения; ρ –
плотность полимерного материала уплотнения; Fтр – площадь поверхности трения.
Тогда справедливо равенство ∆hn = ∆h .
Замена величины изношенного слоя трибосопряжения величиной линейного износа
полимерного материала уплотнения в выражении (5) позволяет получить выражение для
интенсивности изнашивания в виде
∆m
.
(6)
Ih =
π d в N об ρ Fтр
Масса ∆m изнашиваемого материала контактирующего элемента уплотнения может
быть определена из уравнения баланса энтропии [2]:
(7)
∆m = ∆S ∆S * ,
где ∆S – изменение энтропии вследствие физико-химических процессов, происходящих в
трибосистеме под влиянием внешних энергетических воздействий; ∆S * – изменение энтропии вследствие износа полимерного материала трибосистемы.
Величина ∆S полимерного материала остается неизменной во времени, определяется теплофизическими свойствами компонентов материала и установившейся температурой в зоне трения. Поэтому ∆S предлагается принимать в качестве критерия износостойкости [2].
После подстановки выражения (7) в формулу (6) для интенсивности линейного износа можно получить выражение
∆S
.
(8)
Ih =
π d в N об ρ Fтр ∆S *
Изменение энтропии вследствие физико-химических процессов можно определить
из решения тепловой задачи [2]:
γ
(9)
∆S = u Атр − (Q1 + Q2 ) ,
Tу
[
]
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
где γ u – параметр, отражающий часть энергии, затраченную непосредственно на изнашивание (разрушение материала), зависящий от структурных изменений материала в зоне
трения; Tу – температура уплотнения в зоне скользящего контакта трибосопряжения «вал
– уплотнение»; Атр – мощность трения; Q1 и Q2 – тепловые потоки в уплотнение и вал
соответственно.
Так как теплота, идущая на нагрев поверхностей трения, в среднем составляет около
85% [2], то уравнение теплового баланса можно записать как
.
0 ,85 Атр = Q1 + Q2 .
Тогда после подстановки уравнения теплового баланса (9) в выражение (8) можно
получить формулу
γ u Атр
.
(10)
∆S = 0 ,15
Tу
Мощность трения может быть определена как
(11)
Атр = f грс p к υ Fтр ,
где f грс – коэффициент трения при граничном режиме смазки; р к – среднее контактное
давление на контактирующем элементе уплотнения; υ – относительная скорость скольжения трущихся поверхностей.
Среднее контактное давление на контактирующем элементе уплотнения можно определить по формуле [3]
р к = Р а = P м + Pи + P п + P р а ,
(12)
(
)
где Р – удельное усилие на контактирующей кромке манжеты; a – ширина контактной
поверхности; P м , P и , P п , P р – составляющие удельной силы контакта для контактирующего элемента уплотнения: от растяжения губки манжеты, деформации изгиба губки
вследствие эксцентричной посадки манжеты относительно вала; растяжения пружины;
перепада давлений на профиле губки.
Температуру Tу уплотнения в зоне скользящего контакта трибосопряжения «вал –
уплотнение» можно определить по формуле
P f грс υ
,
(13)
Tу = Tв +
λ в λ м Вi
где Tв – температура вала в статических условиях; Р – удельное усилие на контактирующем элементе уплотнения; λ в и λ м – теплопроводности материалов вала и уплотнения; Bi – критерий, являющийся функцией критериев Рейнольдса ( Re ) и Прандтля ( Pr ),
удельной теплоемкости c p и плотности ρ с окружающей среды.
Если подставить в формулу (10) выражения (11 – 13), то после соответствующих
преобразований можно получить изменение энтропии ∆S в виде уравнения
0 ,15 γ u Fтр
.
(14)
∆S =
 Tв

1
а
+

λ в λ м Вi 
 P υ f грс
Тогда после подстановки уравнения (14) в выражение (8) можно получить интенсивность изнашивания трибосопряжения «вал –уплотнение» в виде
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Ih =
0 ,15 γ u
.


T
1
в
π d в N об а ρ ∆S * 
+

P
f грс
υ
λ в λ м Вi 

Следует отметить, что на основе уравнения баланса энтропии в локальной форме и
гипотезы о локальном равновесии систем получена модель металлополимерной трибосистемы для определения интенсивности изнашивания трибосопряжения типа «вал – уплотнение», которая позволяет учесть влияние физико-химических процессов на изнашивание
материала и оценить износостойкость трибосопряжения на этапе проектирования машины
или механизма.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кондаков, Л.А. Уплотнения и уплотнительная техника: справочник/ Л.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.В.
Гордеев [и др.]; под общ. ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1994.– 448 с.
2. Машков, Ю. К. Композиционные материалы на основе политетрафторэтилена. Структурная модификация/ Ю. К. Машков, З. Н. Овчар, В. И. Суриков, Л. Ф. Калистратова. – М.: Машиностроение, 2005.– 240с.
3. Шец, С.П. Повышение герметизирующей способности манжет комбинированием с магнитожидкостным
уплотнением/ С.П. Шец// Вестн. БГТУ. – 2007.- №2.- С.27 – 31.
Материал поступил в редколлегию 20.04.09.
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 621.941.08
М. С. Чепчуров, А.В. Хуртасенко, И.В. Маслова
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОНТРОЛЬ ПРОГИБА ДЕРЖАВКИ РЕЖУЩЕГО
ИНСТРУМЕНТА ПРИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ
Описан метод контроля прогиба державки резца при токарной обработке с использованием подсистемы автоматизированного контроля вибраций и удара. Приведены теоретические основы метода контроля и описано оборудование для его реализации.
Ключевые слова: резец, прогиб, контроль, вибрация, акселерометр, КПК, автоматизированная подсистема.
Контроль прогиба державки резца при токарной обработке (при проведении экспериментальной обработки деталей, а также промышленной обработки крупногабаритных
деталей) позволяет не только получить данные по усилиям резания, но и избежать аварийных ситуаций. А наличие надежного способа контроля прогиба позволяет ввести в автоматизированную систему контроля и управления станочным оборудованием специальный модуль ограничения режимов обработки по допустимому прогибу державки резца [4;
5].
В специальной литературе в качестве экспериментального способа приводится контроль величины прогиба державки резца с использованием микрометра. Но подобный
способ контроля пригоден для применения только в условиях лаборатории. Достаточно
проблематично преобразовать сигнал механического микрометра в электрический сигнал,
пригодный для использования в системах управления. Современные датчики контроля
микроперемещений очень громоздки и имеют большую стоимость, а применение некоторых высокоточных, но габаритных приборов вообще не представляется возможным.
Для определения пути поиска прибора для контроля прогиба режущего инструмента
составим схему измерений (рис. 1).
Согласно схеме прогиба державки резца, одним из изменяющихся параметров
является угол α , определяющий отношение величины прогиба к величине вылета резца.
Возможно измерение угла прогиба и пересчет через него величины прогиба с последующей оценкой величины усилия резания.
Для идентификации угла прогиба резца возможно использование акселерометра, применяемого в
подсистеме идентификации вибраций. Согласно описанию акселерометра, возможно измерение виброускорения по двум осям (в некоторых моделях - по
трем). При этом по каждой оси значения ускорения
изменяются от –g до +g (рис. 2).
При идеальной установке акселерометра на державке резца ось Y располагается строго в соответствии
Рис. 1. Схема прогиба державки
с направлением ускорения свободного падения. Показарезца
ния на выходе прибора соответствуют +g, при этом показания по оси X равны 0. При повороте акселерометра на угол 90º показания по оси Y становятся равными 0, а по оси X - –g.
Реально установленный прибор имеет определенное смещение углов по каждой оси,
равное ϕ1 . Если в процессе работы происходит прогиб державки резца, то угол ϕ1 изменяется на величину ∆ϕ . Это отклонение (в градусах) можно определить согласно
выражениям:
U 2a 90
;
∆ϕ y = 90 − (U − оп ) max
2
13
U оп
g
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
∆ϕ x = (U −
где U – величина текущего напряжения на выходе датчика для соответствующей оси, В; U оп – величина
опорного напряжения датчика, В;
α max – максимальная величина измеряемого датчиком ускорения, g; g
– ускорение свободного падения,
м/с2.
При выполнении измерений
X
виброускорения его величина может
0
изменяться в широких пределах, в
том числе и превышать величину g,
что не будет отражать угол прогиба
X1
резца. Если рассмотреть колебания
виброускорения как несущую угловую частоту изменения прогиба резца, то в этом случае изменение сред–g
ней величины размаха колебаний
будет показывать угол прогиба державки
режущего
инструмента
(рис. 3).
Рис. 2. Оси акселерометра и измерение
Изменение проекции силы тявиброускорения
жести от 0 до 1 означает изменение
угла поворота оси Х прибора на величину от 0 до 90º. Использование акселерометра с
диапазоном измерений 1g позволяет получить прибор для измерения угла отклонения оси
прибора от нормали при закреплении его на державке резца.
+g
φ
Y1
Виброускорение
Изменение среднего значения
размаха
1,5
1
Амплитуда, g
Y
U оп 2 ⋅ amax 90
⋅ ,
)⋅
2
U оп
g
U2
Размах колебаний
0,5
0
-0,5 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
-1
-1,5
U1
-2
Время, мс
Рис. 3. Изменение среднего значения размаха колебаний виброускорения
Уровень выходного сигнала акселерометра составляет 5 В, ноль прибора – 2,5 В,
следовательно, углу поворота оси –90º соответствует 0 В, а углу 90º - 5 В. Для определения возможности использования прибора следует провести расчеты, подтверждающие
возможность достижения определенной точности измерений.
Определим максимальный угол прогиба резца (рис. 1) при максимально возможном
смещении вершины резца ∆ , полученном экспериментально при обработке базовых дета-
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
лей вращающихся печей (бандажи, ролики) нестационарными станочными модулями:
α = arctan(∆ / L) = arctan(0,95 / 50) = 1,09° .
Принимаем сто шагов измерения, тогда один шаг равен 0,0109°, т.е.
90°/0,0109°=8257 шагов. Учитывая, что полученные данные обрабатываются АЦП, стоит
определить его разрядность. 14–разрядный АЦП имеет 16 384 шага дискретизации, что с
учетом компенсации погрешностей вполне приемлемо для выполнения измерений.
Не следует забывать о том, что обработка ведется с вибрацией, значение виброускорения при этом изменяется. Так как происходит поворот оси X в сторону – g, среднее значение виброускорения может изменяться на эту величину. Таким образом, уменьшение
средней величины виброускорения на определённую величину в течение времени, превышающего максимальную длительность периода колебаний, позволяет сделать вывод о
появлении прогиба державки резца.
Реализация подсистемы контроля вибраций, удара и прогиба державки резца должна
осуществляться с учетом следующих условий: масса датчика должна быть несоизмеримо
мала по сравнению с массой конструкции, на которую он устанавливается (по ГОСТ ИСО
2954); крепление датчика должно быть максимально жестким; также исключается наличие
пыли и грязи между датчиком и прилегающей поверхностью объекта. Выполнение указанных условий особо актуально при измерениях, проводимых на металлорежущем оборудовании. Согласно ГОСТу, исключаются болтающиеся кабели для пьезоэлектрического
акселерометра. Только соблюдение основных условий может гарантировать достоверность выполненных измерений.
В распоряжении авторов были два вида акселерометров различных производителей:
Analog Devices и Motorola. Диапазон измерений этих приборов в зависимости от типа составляет до 2, 10 и 100g. При выполнении экспериментов по определению прогиба резца
наиболее приемлемым оказался прибор с границей измерения до 2g. Для измерения удара
наиболее подходящим оказался прибор с диапазоном до 100g. В любом случае датчик необходимо монтировать на конструкции оборудования, и здесь требуется соблюдение условий ГОСТа [2; 3].
Сами датчики, имеющие небольшие габариты, выполнены в пластмассовых корпусах с металлическими выводами или специальными контактными площадками диаметром
не более 0,6 мм. Это создает определенные трудности при выполнении измерений, так как
невозможно применение свободного кабеля или гибких проводов в качестве поводков. Но,
согласно рекомендациям производителя,
Плата
для передачи данных в устройство обработки сигнала кроме самого датчика требуРезец
ется наличие рядом с ним пассивных элеДатчик
ментов коррекции и присоединения. В связи с этим было принято решение поместить
Цепи коррекции
датчик на отдельной плате вместе с цепями
коррекции и элементами присоединения.
Кабель
Схема подобного размещения акселерометра представлена на рис. 4.
Присоединительный элеВ соответствии со схемой включения
мент
акселерометра был разработан прибор для
регистрации вибраций и определения проРис. 4. Схема размещения датчика вибраций
гиба, структурная схема которого приведена на рис. 5 а. Особенностью этого прибора
является использование в качестве вычислительного и регистрирующего элемента карманного персонального компьютера, что позволяет значительно уменьшить габариты контрольно-регистрирующего комплекса и затраты на его практическую реализацию.
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
На рис. 5 б изображен акселерометр, предназначенный для установки на измеряемом
объекте.
При проведении экспериментальных замеров вибраций в ходе механической обработки были использованы разработанный прибор и специальное программное обеспечение, а сам датчик и АЦП [1] размещались в соответствии с рекомендациями ГОСТ 53482002.
а)
б)
Гибкий кабель
Акселерометр
АЦП
Датчик
Гибкий кабель
КПК
Преобразователь
COM-порта
Плата датчика
Рис. 5. Структурная схема контрольно-регистрирующего прибора (а) и акселерометр
(б) для установки на конструкции
Разработанный прибор и программное обеспечение позволяют выполнить активный
контроль вибраций в технологической системе с одновременным отслеживанием величины прогиба державки резца, образуя, таким образом, специализированный модуль в подсистеме идентификации технологических параметров процесса механической обработки.
Измерение вибрации режущего инструмента реализуется тем же датчиком, что и измерение величины прогиба державки резца. Это совмещение функций датчика, ставшее
возможным благодаря разработанному авторами алгоритму обработки сигнала акселерометра, снижает вероятность погрешности измерений и упрощает реализацию модуля подсистемы идентификации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ADC0801/ADC0802/ADC0803/ADC0804/ADC0805 8-Bit μP Compatible A/D Converters / National Semiconductor Corporation. –1995.
2. ГОСТ ИСО 5347-2-97. Вибрация. Калибровка датчиков вибрации и удара. Ч. 2. Первичная калибровка
акселерометров ударом с использованием баллистического метода измерений. – Введ. 1999. – 07-01. –
М.: Госстандарт России : Изд-во стандартов, 1998. – 7 с.
3. ГОСТ ИСО 5348-2002. Вибрация и удар. Механическое крепление акселерометров. – Введ. 2008. – 0401. – М.: Госстандарт России : Изд-во стандартов, 2007. – 16 с.
4. Чапка, А.М. Расчётно-проектировочные работы на программируемых микрокалькуляторах: учеб. пособие
для вузов / А.М. Чапка. – М.: Машиностроение, 1988. –144 с.
5. Чепчуров, М.С. Технология ремонта крупногабаритных корпусных деталей металлургического оборудования / М.С.Чепчуров, А.А. Погонин, С.В. Старостин, А.Г. Схиртладзе // Ремонт, восстановление, модернизация. – 2005. – №2. – С.20 – 22.
Материал поступил в редколлегию 03.03.09.
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 621
Т.А. Дуюн
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ С ЦЕЛЬЮ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ТОЧНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Представлена методика моделирования тепловых деформаций обрабатываемого изделия в процессе механической обработки на примере точения медной контактной поверхности коллектора электродвигателя постоянного тока.
Ключевые слова: моделирование, тепловые деформации, точение, коллектор, электродвигатель.
Точность механической обработки деталей всегда являлась одной из актуальных
проблем технологии машиностроения. При этом требования к точности изготовления постоянно возрастают. Обеспечение повышающихся требований возможно только при широком внедрении методов математического моделирования и использовании средств вычислительной техники.
В процессе механической обработки возникает ряд погрешностей, снижающих точность. Разработаны различные методики вычисления отдельных погрешностей и их суммирования. Вычисление погрешности от тепловых деформаций технологической системы
сопряжено со значительными трудностями, и до настоящего времени не разработано достаточно точных методик. Зона резания является мощным источником выделения тепла.
Направления движения тепловых потоков, поступающих в инструмент, деталь и стружку,
имеют достаточно сложный характер и зависят от ряда факторов: режимов резания, геометрических параметров инструмента, физико-механических свойств инструментального
и обрабатываемого материалов. Величины тепловых деформаций, возникающих под действием тепловых потоков, зависят от условий обработки, схемы базирования и закрепления. Влияние погрешности от тепловых деформаций в некоторых случаях может быть
очень существенно или даже иметь определяющее значение. Это касается нежестких тонкостенных деталей, а также изделий из высокотеплопроводных материалов, таких, как
медь.
Коллектор электрической машины является одним из наиболее сложных и ответственных узлов. Коллектор представляет собой осесимметричную конструкцию и состоит из
активной и крепежной частей. Активная часть набрана из чередующихся медных и изоляционных пластин трапецеидального профиля.
К точности формы и шероховатости контактной поверхности коллектора
предъявляются весьма жесткие требования. Для обеспечения хороших условий
коммутации биение коллектора в готовой машине должно быть не более 0,03…0,04 мм.
Половина этого значения обусловливается зазором подшипников и эксцентриситетом
подшипниковых щитов, т.е. на долю допустимого биения коллектора остается
0,007…0,01 мм (для машин средней мощности). Нарушение цилиндричности коллектора,
превышающее допустимую норму, может быть причиной серьезных повреждений.
Эллипсность и эксцентриситет контактной поверхности вызывают искрение в контактах
щеток, а как следствие – круговой огонь на коллекторе, пробой изоляции коллектора и
обмотки якоря. Требования к шероховатости контактной поверхности коллектора
регламентируются величиной Ra = 0,2…0,8 мкм.
Механическая обработка контактной поверхности коллектора является важным и
ответственным этапом в технологии изготовления коллектора, так как в ее процессе
формируются необходимые показатели качества поверхности. Точность формы
контактной поверхности в основном формируется на операциях точения. Ввиду высокой
теплопроводности меди необходимо исследовать величину тепловых деформаций
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
обрабатываемого изделия. Аналитическое решение в данном случае неприемлемо,
необходимо применять численные методы.
В настоящее время разработано достаточно много универсальных численных
методов, которые применяются для решения дифференциальных уравнений в частных
производных. Наиболее приемлемым для решения задачи определения теплового и
напряженно-деформированного состояния коллектора является метод конечных
элементов (МКЭ). Основная идея МКЭ состоит в том, что любую непрерывную величину,
такую, как температура, можно аппроксимировать дискретной моделью, которая строится
на множестве кусочно-непрерывных функций, определенных на конечном числе
подобластей (конечных элементов). Кусочно-непрерывные функции определяются с
помощью значений непрерывной величины в конечном числе точек (узлов)
рассматриваемой области.
Для программной реализации конечноэлементного численного метода используем
расчетный комплекс COSMOSWorks, интегрированный в CAD-систему SolidWorks [1].
Первым этапом решения поставленной задачи является обоснование расчетного
контура. Точение контактной поверхности коллектора выполняется после его сборки.
Активная часть коллектора отделена от крепежной изоляционным материалом,
теплопроводность которого на два порядка меньше теплопроводности меди. За время
обработки крепежные конусы не успеют прогреться, поэтому из расчетного контура
можно исключить крепежную часть коллектора. В связи с осесимметричностью
конструкции активной части (круговой арки) в расчетный контур можно включить только
одно коллекторное деление, содержащее одну коллекторную пластину. После создания
объемной модели расчетного контура началом программной реализации МКЭ является
генерирование сетки конечных элементов (рис.1).
Вторым этапом является определение
действующих
тепловых
потоков,
приложение
нагрузок
и
граничных
условий. Расчетный контур включает
граничные условия 2-го рода (задана
плотность
теплового
потока
через
поверхность) и 3-го рода (осуществляется
конвективный теплообмен).
Граничное условие 2-го рода имеют:
1. Часть обрабатываемой поверхности
пластины, контактирующая с резцом, через
которую поступает тепловой поток,
Рис.1. Сетка конечных элементов на расчетной
возникающий при резании.
модели
2. Теплоизолированные поверхности,
т.е. поверхности, имеющие интенсивность теплового потока, равную нулю. В качестве
теплоизолированных поверхностей приняты боковые поверхности коллекторных пластин,
контактирующие с изоляционными прокладками. Такое допущение сделано вследствие
низкой теплопроводности изоляционных материалов, которая на два порядка меньше
теплопроводности меди.
Граничное условие 3-го рода имеют поверхности пластины, контактирующие с
наружным воздухом.
Основным действующим тепловым потоком является тепловой поток, возникающий
при резании и поступающий в обрабатываемое изделие. Для его определения
воспользуемся известной методикой [2].
В процессе резания без искусственного охлаждения изделия и инструмента
существует три основных источника выделения тепла: деформация материала, трение
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
стружки по передней поверхности инструмента и трение между задней поверхностью
инструмента и изделием. При этом наблюдается сложное переплетение маршрутов
движения потоков.
Теплота деформации материала возникает в узкой области вблизи плоскости сдвига
и эквивалентна работе пластической деформации. Теплота от этого источника
распределяется между стружкой и изделием. Стружка, проходя мимо площадки контакта
площадки с передней поверхностью резца, отдает последнему часть полученной ею
теплоты. Эта теплота в виде потока может передаваться через инструмент в изделие,
поскольку существует теплообмен между задней поверхностью резца и поверхностью
резания. Часть теплоты, возникающей в результате трения по передней поверхности
инструмента, в виде потока уходит в стружку, а другая часть – в резец. Теплота от
третьего источника распределяется между изделием, резцом и стружкой.
Таким образом, тепловой поток в изделие будет определяться как
Q и = Q ди + Q тз – Q з ,
где Q ди – часть теплоты деформации, уходящая в изделие; Q тз – теплота, возникающая в
результате трения между изделием и резцом; Q з – итоговый тепловой поток, возникающий в результате теплообмена на площадке контакта поверхности резания с задней поверхностью инструмента.
Тепловой поток в изделие определяется в результате решения системы уравнений
q l
q l
Q = п п N + з з M2 ;
з
1
λ
λ
р
р
Qп = Qс −
qп ∆
40λ
(1)
,
где q п – суммарный удельный тепловой поток, поступающий в резец по передней поверхности; l п – длина контакта стружки с резцом; λ р – теплопроводность материала режущей
части резца; q з – суммарный удельный тепловой поток по задней поверхности резца; l з –
длина контакта резца с изделием по задней поверхности; N 1 и M 2 – коэффициенты, зависящие от геометрических параметров режущего инструмента; Q п – итоговый тепловой поток, действующий по передней поверхности; Q с – тепловой поток, уходящий со стружкой;
Δ – наибольшая толщина заторможенного слоя стружки; λ – теплопроводность обрабатываемого материала.
Система уравнений (1) решается относительно суммарных удельных тепловых потоков по передней и задней поверхностям инструмента.
Для реализации граничного условия 3-го рода основной исходной величиной
является коэффициент конвективного теплообмена, для определения которого
воспользуемся критериальным уравнением .
Для случая вынужденной конвекции (теплообмен вращающегося коллектора с
воздухом) критериальное уравнение имеет вид:
Nu = CRe
0
m
n
p
Pr Gr ( Pr / Pr ) ,
0
0
Nu = αl / λ ,
19
0
s
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
где Nu – безразмерный комплекс, называемый критерием Нуссельта; С, n, m, p – коэффициенты; Pr 0 , Pr s – критерий Прандтля соответственно для охлаждающей среды и охлаждаемой поверхности; Gr 0 – критерий Грасгофа охлаждающей среды; Re 0 – критерий Рейнольдса охлаждающей среды; α – среднее по омываемой поверхности значение коэффициента теплоотдачи, Вт/(м2 ּ◌ºС); l – характерный размер, м; λ – коэффициент теплопроводности среды, Вт/(м ּ◌ºС).
Коллектор является телом вращения, поэтому в качестве характерного размера примем его диаметр.
Критерий Рейнольдса характеризует скорость движения среды относительно твердого тела:
R
R
R
R
R
R
R
P
R
P
Re = wl / υ ,
где w – скорость потока, м/с; υ – кинематический коэффициент вязкости среды, м2/с.
Критерий Прандтля характеризует способность теплоты распространяться в данной
среде.
P
P
Pr = υ / ω ,
где ω – температуропроводность среды.
Критерий Грасгофа учитывает влияние естественной конвекции внутри среды. При
вынужденной конвекции, которая характерна для вращающегося коллектора, показатель
степени в критериальном уравнении для критерия Грасгофа равен нулю, следовательно,
данный критерий равен единице, т.е. можно исключить из уравнения. При естественной
конвекции критерий Грасгофа определяется выражением
Gr = β
3
gl
Θ s − Θ0 ,
2
(
ν
)
где β – коэффициент объемного расширения среды, 1/ºС; g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2; Θ s , Θ 0 – соответственно температуры охлаждаемой поверхности и охлаждающей среды, ºС.
При поперечном обтекании цилиндрических поверхностей и турбулентном характере потока коэффициенты в критериальном уравнении имеют следующие значения: С =
0,28; m = 0,6; n = 0,36.
Таким образом, можно записать выражение для определения коэффициента теплоотдачи при вращении коллектора:
P
P
R
R
R
R
α = 0, 28 Re
0
0, 6
Pr
0
0,36
( Pr / Pr )
0
s
0, 25
λ/l .
(2)
Определение граничных условий является важной, но не основной задачей.
Основной проблемой моделирования теплового поля обрабатываемого изделия в процессе
резания является движущийся источник выделения тепла. Задача не может быть решена в
статике с достаточной точностью, так как обрабатываемая поверхность в разные моменты
времени имеет разные граничные условия: в момент контакта с резцом – 2-го рода
(поступает тепловой поток), в остальное время – 3-го рода (осуществляется конвективный
теплообмен). Однократное решение динамической задачи также неприемлемо, так как
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
граничные условия изменяются не только во времени, но и по координате приложения к
расчетной модели. Поэтому необходимо решать ряд взаимосвязанных динамических
задач. Версия COSMOSWorks 2007 года дает такую возможность.
Обрабатываемую поверхность необходимо разделить на определенное количество
равных частей для решения взаимосвязанных подзадач. Количество частей зависит от
требуемой точности решения: чем больше количество подзадач, тем точнее результат. В
идеале один оборот изделия является одной подзадачей, однако при этом общее
количество подзадач будет равно нескольким сотням, что неприемлемо. Поэтому
необходимо найти некоторый компромисс. Длина обрабатываемой поверхности
коллектора, равная 90 мм, была разделена на 9 частей по 10 мм каждая.
Для решения каждой отдельной подзадачи необходимо определить тепловой поток,
поступающий в выделенную часть изделия. При наступлении теплового баланса между
источниками и стоками тепла в процессе резания интенсивность удельного теплового
потока в изделие можно считать постоянной. Удельный тепловой поток q з , поступающий
в изделие по контактной площадке на задней поверхности резца, определяется из системы
уравнений (1). Данный поток действует по винтовой поверхности в соответствии с
величиной подачи. Необходимо пересчитать данный поток в усредненный, действующий
на выделенной части поверхности, длина которой равна 10 мм. С некоторой
погрешностью определим его по выражению
qср
q Ll
= з з,
s
где L – длина выделенной части поверхности; s – величина продольной подачи.
Важным моментом является время действия теплового источника. С некоторой
погрешностью определим его через суммарный пройденный путь и скорость движения:
tт =
Lbυ
,
s
(3)
где b – ширина одной коллекторной пластины, принятой в расчетный контур; v – скорость
резания.
Так как время, определенное выражением (3), является временем контакта резца с
изделием на выделенной поверхности расчетного контура, являющегося лишь сектором
изделия, оно не соответствует реальному времени движения резца по цилиндрической
обрабатываемой поверхности. Во время отсутствия контакта резца с изделием
осуществляется конвективный теплообмен поверхности с наружным воздухом.
Коэффициент теплоотдачи определим по выражению (2), а время конвекции выражением
tк =
LπDv
− tт ,
s
где D – обрабатываемый диаметр.
При решении одной динамической тепловой задачи нельзя одновременно учесть и
тепловой поток, и конвекцию на одной и той же поверхности, поэтому для каждой
выделенной части необходимо решать две последовательные задачи: в одной
прикладывать тепловой поток, а во второй – конвекцию. Тепловое поле, полученное при
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
решении первой задачи, является начальными данными для второй задачи. Такой подход
позволяет решить основную проблему двух одновременных граничных условий.
Результат решения двух подзадач для первой выделенной области представлен на
рис.2.
Рис.2. Тепловое поле на момент выполнения точения первой
выделенной области
В соответствии с представленной методикой выполняются аналогичные действия
для всех выделенных областей. Главным условием является взаимосвязанность всех
подзадач, т.е. результат решения каждой подзадачи должен являться начальными
данными для следующей. Выполнение этого условия позволяет с некоторой
погрешностью моделировать тепловое поле от движущегося источника. На рис. 3
представлено тепловое поле, полученное после моделирования всех выделенных
областей.
Рис.3. Тепловое поле на момент окончания обработки
Результаты, представленные на рис. 3, показывают, что в связи с высокой
теплопроводностью меди тепловой фронт опережает движущийся инструмент. На момент
окончания точения первой подобласти следующая подобласть уже имеет температуру
около 30ºС, а на момент окончания обработки заготовка прогревается свыше 50ºС.
В связи с образовавшимися в процессе обработки градиентами температуры могут
возникнуть существенные тепловые деформации изделия. Для их вычисления необходимо
решать задачу определения напряженно-деформированного состояния. Исходными
данными будут являться результаты, полученные при решении тепловой задачи.
Напряженно-деформированное состояние можно моделировать для любой из решенных
тепловых задач.
Однозначность решения обеспечивают следующие граничные условия:
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
1. Боковые поверхности пластины не имеют возможности перемещения в
перпендикулярном направлении. Это ограничение компенсирует связи, имеющиеся в
цельной конструкции и отсутствующие в расчетном контуре.
2. Сопрягаемые крепежные поверхности («ласточкин хвост») пластины не имеют
возможности перемещения в осевом направлении. Это ограничение компенсирует связи с
нажимными конусами, отсутствующими в расчетном контуре.
На рис. 4 и 5 представлены результаты моделирования напряженнодеформированного состояния, соответствующие тепловым полям, представленным на рис.
2 и 3.
Рис.4. Поле перемещений на момент выполнения точения
первой выделенной области
Рис.5. Поле перемещений на момент окончания обработки
Перемещение обрабатываемой поверхности под действием нагрева в начале
обработки составляет 12…30 мкм, а в конце обработки достигает 80…100 мкм. В связи с
этим может возникнуть погрешность формы обрабатываемой поверхности – конусность.
Величина полученной погрешности может удовлетворять только получистовой обработке
и неприемлема для окончательной чистовой. Изменяя технологические параметры
обработки, можно добиться уменьшения данной погрешности.
Представленная методика позволяет моделировать погрешность от тепловых
деформаций в процессе резания и исследовать влияние технологических параметров на ее
величину. Используя оптимизацию технологических параметров, можно обеспечивать
требуемую точность обработки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. 1.Алямовский, А.А. SolidWorks/COSMOSWorks. Инженерный анализ методом конечных элементов/
А.А.Алямовский. – М.: ДМК Пресс, 2004. – 432 с.
2. Резников, А.Н. Теплофизика резания/ А.Н. Резников. – М.: Машиностроение, 1969. – 288 с.
Материал поступил в редколлегию 16.04.09.
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 658.562
В.В. Мирошников, Е.В. Левкина
СИСТЕМА МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА, ОСНОВАННАЯ НА ВВЕДЕНИИ
КРИТИЧЕСКИХ КОНТРОЛЬНЫХ ТОЧЕК
Рассмотрены принципы и метод построения системы менеджмента качества на основе введения критических контрольных точек в наиболее важные технологические процессы производства продукции.
Ключевые слова: система менеджмента качества, критические контрольные точки, качество продукции.
В настоящее время одним из инструментов повышения конкурентоспособности
предприятия является внедрение системы менеджмента качества (СМК) предприятия на
основе международных стандартов ИСО серии 9000. Но это не гарантирует повышение
конкурентоспособности. Ведь известно, что некоторые предприятия подходят к внедрению систем менеджмента качества формально, ради получения сертификата, что не приводит к улучшению качества продукции и конкурентоспособности предприятия [2]. Выходом из данной ситуации является введение в систему менеджмента качества, построенную на основе ИСО 9000:2000, дополнительных отраслевых методов обеспечения качества продукции [4].
Авторами предлагается усовершенствовать СМК, сертифицированную на соответствие требованиям стандарта ИСО 9001:2000, путем включения в нее элементов ХАССП.
ХАССП – русская транслитерация (написание буквами кириллицы) английской аббревиатуры
НАССР (Hazard Analysis and Critical Control Point System), что значит «система критических
контрольных точек и анализа рисков» [1].
Усовершенствование СМК предлагаемым методом осуществляется по алгоритму,
блок-схема которого приведена на рис. 1. При этом последовательно выполняются следующие этапы:
1. Формирование группы улучшения СМК (творческой команды), которая должна
заниматься улучшением СМК.
2. Построение блок-схемы производства продукции.
3. Выявление отрицательных факторов, способных оказать значительное влияние на
снижение качества продукции; идентификация потенциальных рисков появления отрицательных факторов при производстве продукции (включая все стадии жизненного цикла
продукции) с целью установления необходимых мер для их контроля.
4. Определение критических контрольных точек в технологических процессах производства и процессах управления качеством для контроля признаков проявления отрицательных факторов и устранения (минимизации) риска снижения качества продукции.
5. Установление для критических контрольных точек критических пределов контролируемых технологических параметров, при нарушении которых должны предприниматься предупреждающие и корректирующие действия.
6. Организация системы мониторинга критических контрольных точек для обнаружения нарушений критических пределов.
7. Создание системы предупреждающих и корректирующих действий, которые
должны применяться в случае отрицательных результатов мониторинга.
Рассмотрим подробнее каждый из этих элементов.
Формирование группы улучшения СМК. Руководство предприятия должно подобрать и назначить группу улучшения СМК. Это творческая команда из руководителей,
конструкторов, технологов, менеджеров по качеству, которая несет ответственность за
улучшение СМК, а также развивает ее.
Деятельность группы улучшения СМК аналогична (или близка) деятельности рас24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пространенных на Западе команд DFMEA и PFMEA по усовершенствованию (Improvement Team), т.е. команд по улучшению качества, которые в Японии до сих пор называются кружками контроля качества.
Работа группы улучшения СМК должна начинаться с изучения современных методов менеджмента качества и соответствующей конструкторской, технологической и нормативной документации по продукции.
Построение блок-схемы производства
продукции. Группа улучшения СМК готовит исходную информацию для обеспечения улучшения СМК. Прежде всего составляется блок-схема
технологического процесса производства. В качестве примера на рис. 2 приведена блок-схема
производства электрических прямоугольных соединителей типа РП10, выпускаемых на ФГУП
«Карачевский завод «Электродеталь» [3]. На основе этой схемы составляются схемы технологических процессов, определяются критические
контрольные точки и пределы контролируемых
технологических параметров.
Выявление отрицательных факторов,
способных снизить качество продукции. К отрицательным (опасным) будем относить такие
факторы, появление которых на любой стадии
жизненного цикла изделий может снизить их качество. Отрицательные факторы в СМК предлагается идентифицировать на основе анализа возможности (риска) невыполнения требований
специальных нормативных документов, регламентирующих разработку и производство данного вида продукции, и тяжести последствий этого
невыполнения.
На ФГУП «Карачевский завод «ЭлектродеРис. 1. Блок-схема улучшения СМК
таль»
на основе нормативных документов для
введением критических контрольных точек
технологических операций была разработана
специальная форма оценки вероятности и тяжести последствий возникновения критических факторов на технологических операциях процесса.
Определение критических контрольных точек. Под критической контрольной
точкой в СМК будем понимать место проведения контроля для идентификации отрицательного (опасного) фактора, способного снизить качество продукции. Необходимым условием выбора критической контрольной точки является наличие на рассматриваемой
технологической операции признаков риска реализации отрицательного (опасного) фактора. Для оценки риска реализации отрицательного (опасного) фактора используется следующий простой метод [3].
1. Экспертным методом, с учётом всех доступных источников информации и практического опыта членов группы улучшения СМК, оценивают вероятность реализации отрицательного (опасного) фактора, исходя из четырёх возможных вариантов оценки: практически равна нулю (1), незначительная (2), значительная (3) и высокая (4).
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2. Блок-схема производства прямоугольных электрических соединителей
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Экспертным путём оценивают также тяжесть последствий от реализации отрицательного (опасного) фактора, исходя из четырёх возможных вариантов оценки: лёгкие (1),
средней тяжести (2), тяжёлые (3), критические (4).
3. Строят границу допустимого риска на качественной диаграмме с координатами
«вероятность реализации отрицательного (опасного) фактора - тяжесть последствий» (рис.
3) [1].
Если точка лежит на или
4
Область
выше
границы
- фактор учитынедопустимого
вают, если ниже – не учитывают.
риска
Критические контрольные
3
точки определяют, анализируя
Тяжесть
риски по каждому учитываемому
последствий
отрицательному фактору и рас2
сматривая последовательно все
Область
допустимого
процессы, включенные в блокриска
схему технологического процесса производства изделий (рис.2).
1
2
3
4
Для описания взаимосвязей
процессов
в системе менеджменВероятность реализации
та
качества
применяется методиотрицательного фактора
ка функционального анализа,
Рис. 3. Анализ рисков реализации отрицательного (опасного)
основанная
на
методологии
фактора в СМК
SADT (IDEF0) [2]. С использованием данной методологии были разработаны типовые функциональные модели процессов
производства и испытаний прямоугольных электрических соединителей на ФГУП «Карачевский завод «Электродеталь». В качестве примера на рис. 4 представлена обобщенная
функциональная модель процесса холодной высадки и доделки штыря направляющего,
построенная в виде IDEF0-диаграмм подпроцессов и операций данного процесса.
Критические контрольные точки определяются по алгоритму, приведенному на рис. 5
[1]. С использованием этого алгоритма были определены следующие критические контрольные точки процесса холодной высадки и доделки штыря направляющего, процессов
сборки и приемно-сдаточных испытаний соединителей РП-10:
• критическая контрольная точка № 1 – операция «Подготовка к волочению», переход 1: «Входной контроль материала»;
• критическая контрольная точка № 2 – операция «Подготовка к высадке», переход
3: «Получить комплект холодновысадочной оснастки, измерительный инструмент»;
• критическая контрольная точка № 3 – операция «Высадка», переход 1: «Высадить
штырь согласно эскизу»;
• критическая контрольная точка № 4 – операция «Набор штырей в изолятор»;
• критическая контрольная точка № 5 – операция «Чеканка штырей», переход 1:
«Высадить штырь согласно эскизу»;
• критическая контрольная точка № 6 – операция «Измерение сопротивления изоляции»;
• критическая контрольная точка № 7 – операция «Контроль усилия расчленения
контактов»;
• критическая контрольная точка № 8 – операция «Контроль взаимозаменяемости»;
• критическая контрольная точка № 9 – операция «Контроль электрической прочности изоляции».
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Руководство
КТБ
БС
приказы
ПЩ 9.060.003 МК
нормативные документы
инструкции по технике
безопасности
ОБТ
Изолятор
брака
брак
проволока
ОМТС
Операции отходы
волочения отчетность
бухта проволоки
1
брак
Операции
высадки
отходы
2
Склад
отходов
отчетность
разбракованные
штыри
брак
Операции
мехобра- отходы
отчетность
ботки
3
обработанные
штыри
Операции
Мастер,
начальник
цеха
брак
отходы
резьбонакатки
4
отчетность
штыри с
резьбой
брак
Операции
обрезки отходы
отчетность
лысок
5
ОГМетр
ОК
ОГМ, цех 505
ОГЭ
средства измерений
персонал
оборудование, оснастка
энергоресурсы
Рис. 4. Функциональная модель процесса холодной высадки и доделки штыря направляющего (А0)
28
штыри
Цех 306
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Рис. 5. Алгоритм определения критических контрольных точек
Установление критических пределов технологических параметров. Под критическим пределом понимается значение технологического параметра, контролируемого в
критической точке в процессе производства изделий для того, чтобы предотвратить, устранить или снизить риск реализации отрицательного (опасного) фактора в данной точке.
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для установления критических пределов в критических контрольных точках определяются:
- критерии идентификации отрицательных (опасных) факторов;
- критерии допустимого (недопустимого) риска;
- допустимые пределы значений технологических параметров процесса.
Критерии и допустимые пределы, именуемые далее «критические пределы», должны
быть заданы с учётом всех погрешностей, в том числе погрешности измерения. При оценивании качественных признаков визуальным наблюдением целесообразно использовать
образцы-эталоны.
Организация системы мониторинга критических контрольных точек. Для каждой критической контрольной точки должна быть разработана система мониторинга для
проведения в плановом порядке наблюдений и измерений, необходимых для своевременного обнаружения нарушений критических пределов и реализации соответствующих предупреждающих или корректирующих воздействий (наладок процесса).
Система мониторинга критических контрольных точек представляет собой совокупность процедур, процессов и ресурсов, необходимых для проведения мониторинга в этих
точках.
Периодичность процедур мониторинга должна обеспечивать отсутствие недопустимого риска.
Создание системы предупреждающих и корректирующих действий. Группа
улучшения СМК определяет и документирует предупреждающие и корректирующие действия.
Предупреждающие действия предпринимаются для устранения причины потенциального несоответствия или другой потенциально нежелательной ситуации при производстве и направляются на устранение риска или снижение его до допустимого уровня.
Для каждой критической контрольной точки должны быть определены корректирующие действия, которые предпринимаются в случае нарушения критических пределов
до устранения причины выявленного несоответствия или другой нежелательной ситуации
в производстве.
К корректирующим действиям относятся:
- проверка средств измерений;
- наладка оборудования;
- изоляция несоответствующей продукции и др.
Опытная проверка предложенного в данной статье метода усовершенствования СМК
была проведена на ФГУП «Карачевский завод «Электродеталь» в рамках следующих выполненных авторами научно-исследовательских работ: «Разработка методического обеспечения управления качеством специальных процессов производства электрических соединителей повышенного уровня качества и надежности на Карачевском заводе «Электродеталь»; «Внедрение системы управления качеством процессов производства электрических соединителей повышенного уровня качества и надежности на Карачевском заводе
«Электродеталь».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ Р 51705.1-2001. Управление качеством пищевых продуктов на основе принципов ХАССП. Общие
требования.
2. Горленко, О.А. Создание системы менеджмента качества в организации: монография / О.А. Горленко,
В.В. Мирошников. – М.: Машиностроение – 1, 2002. – 126 с.
3. Мирошников, В.В. Совершенствование системы управления качеством электрорадиоизделий категории
качества «ОС» / В.В. Мирошников, И.А. Хохлов // Вестник военного регистра. – 2004. – №8. – С. 5-18.
4. Версан, В.Г. Как повысить эффективность систем менеджмента, базирующихся на ИСО 9000? / В.Г. Версан // Сертификация. – 2003. – №1. – С. 10-12.
Материал поступил в редколлегию 24.11.08.
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
ТРАНСПОРТНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 620.178.16: 620.178.3: 620.191.33: 621.822: 621.891
М.В.Зернин, Е.В.Мефёд, А.Г.Яшутин, А.В.Гришанов
РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ РАСЧЕТНОЙ ОЦЕНКИ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ ПО СИСТЕМЕ КРИТЕРИЕВ ПОВРЕЖДЕНИЯ
ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ
Изложены первые результаты реализации разрабатываемой на кафедре «Динамика и прочность машин»
Брянского государственного технического университета методики расчетного определения долговечности
подшипников скольжения по системе критериев повреждения поверхностей от циклических объемных напряжений и различных видов изнашивания. Продемонстрирована приемлемая точность расчетов на примере
испытанных образцов подшипников скольжения.
Ключевые слова: подшипник скольжения, объемные циклические напряжения, различные виды изнашивания, критерии повреждения, расчет долговечности.
Подшипники скольжения (ПС) являются одними из типичных узлов трения, которые
подвержены комплексу воздействий и повреждений. В ПС практически всегда давления и
другие компоненты тензора напряжений распределены неравномерно, могут реализоваться одновременно различные режимы трения на разных участках поверхности: жидкостный, граничный и даже сухой. Соответственно могут проявляться повреждения различных типов. Причем эти повреждения могут протекать по отдельности на различных участках поверхностей, но чаще в некоторых зонах одновременно протекают процессы повреждения различных типов, влияющие друг на друга. На основании собственного опыта
и классификаторов, используемых различными фирмами, нами предложена систематизация повреждений элементов ПС [1; 2]. При этом основой систематизации являются механизмы процессов повреждения.
В подшипниках жидкостного трения возможными являются повреждения от перегрева, механической (объемной) усталости, изменений давлений на небольших участках
поверхности (на уровне микроструктуры), химического воздействия смазочных веществ
(коррозия и смолообразование). В масле часто присутствуют пропускаемые фильтрами
твердые частицы, которые могут оказывать абразивное или эрозионное воздействие. В
подшипниках сухого трения могут проявляться контактные повреждения по любому известному механизму изнашивания в зависимости от условий контактирования и свойств
материалов пары трения. В подшипниках смешанного режима трения на разных участках
поверхности могут проявляться повреждения, характерные для ПС двух названных типов
трения.
Отметим, что среди механизмов изнашивания немаловажное место занимают такие
виды, которые объясняются усталостными процессами в материале: усталостный износ,
износ отслаиванием, ротационный и другие. Возможно проявление взаимного влияния
объемной усталости и изнашивания из-за ускоренного накопления усталостных повреждений в приповерхностных слоях или из-за удаления наиболее повреждаемых от усталости поверхностных слоев. На рис.1 показаны характерные стадии усталостных повреждений участка антифрикционного материала ПС.
Ранее была предложена достаточно общая методика расчетно-экспериментальной
оценки долговечности ПС с учетом усталостных и износоконтактных повреждений и
взаимовлияния всех повреждающих факторов [1; 2]. В настоящее время основные элементы этой методики реализованы (в первом приближении) и подтверждена принципиальная
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
их работоспособность. Разрабатывается проект программного комплекса, реализующего
всю предложенную общую методику и допускающего дополнительное расширение функциональных возможностей, а
также применение различных моделей отдельных повреждающих процессов. Последующие пояснения опираются на схематическое
представление вычислительного процесса (рис. 2).
Методика основана на
пространственной и временной дискретизации процессов накопления повреждений
различного вида. Для отдельных дискретных участков возможно применение
разных моделей накопления
повреждений, описывающих
различные виды изнашиваРис. 1. Стадии усталостных повреждений участка антифрикционнония и усталость материала.
го слоя подшипника скольжения: а - начальное состояние с некотоМодели и свойства материарой концентрацией микротрещин; б – накопление рассеянных миклов сгруппированы в соотротрещин; в - микровыкрашивание (если в поле макронапряже-ний
ветствующие
базы-библионет растягивающих компонентов); г – появление и развитие котеки, и пользователю прероткой трещины до размера зародыша макротрещины; д - развитие
доставляется право выбора
поверхностной макротрещины в стороны и вглубь до стыка с подвариантов реализации отложкой; е - развитие макротрещины в стороны; ж –ускоренное накопление повреждений у вершины трещины в месте стыка антидельных шагов вычислифрикционного материала и подложки; з - зарождение и развитие
тельного процесса в соответмакротрещин вдоль стыка; и - выкрашивание фрагментов
ствии с различными моделяантифрикционного слоя
ми реальных физических
процессов. После запуска вычисления выполняются в цикле по времени.
На шаге 1 определяются параметры воздействий на детали подшипникового узла с
применением различных аналитических, численных или экспериментальных методов. Такие методики и модели систематизированы в соответствующей базе. Наиболее перспективным полагаем применение современных численных методов, таких как метод конечных элементов (МКЭ). Достигнуты существенные успехи в реализации решений задач
гидродинамики ПС и задач о контактировании без смазочного материала, но с учетом нелинейных свойств поверхностных слоев [2; 4].
На шаге 2 выполняется ряд подготовительных операций. Определяется возможность
появления тех или иных видов износоконтактных или усталостных повреждений с применением какого-либо критерия из соответствующей библиотеки. Кроме того, определяются
критерии предельного износа для каждого из моделируемых видов износа при данных условиях нагружения. Перечислим некоторые из наиболее часто встречающихся критериев
износа, проиллюстрированные на поверхности, дискретизированной на участки согласно
рис. 3: достижение предельной глубины износа хотя бы на одном участке (1) поверхности
контакта (варианты: любой точки; точки, лежащей в определенной части поверхности
контакта; точки, лежащей на определенной линии; конкретной точки поверхности контакта); достижение предельного износа на некоторой доле ( k участков из K = K1 × K 3 их
общего количества) поверхности (варианты: произвольно расположенных участков (2)
(или заданный процент изношенной площади); соседних участков (3), составляющих
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Пуск
1
2
Определение параметров воздействия на материал.
Оценка применимости материала в этих условиях
Программы расчета давлений, напряжений,
температур и других воздействий
Выявление возможных видов повреждений. Задание
критериев предельных повреждений. Дискретизация
объема на участки. Выбор шага по времени и очередности расчета мер повреждений. Задание начальных условий (повреждений). Определение кинематических условий изнашивания групп участков
3
Библиотека основных свойств материалов
Библиотека критериев появления видов изнашивания. Библиотека критериев предельных
износов. Библиотека алгоритмов дискретизации слоя. Библиотека рекомендуемых
шагов по времени
Вычисление приращений мер разных видов изнашивания отдельных участков и их групп согласно кинематическим схемам. Оценка достижения предельных состояний по разным критериям износа
да
Предел
Библиотека кинематических схем износа групп
участков
Библиотека моделей изнашивания разных видов. Библиотека триботехнических свойств
материалов
Стоп
нет
4
5
База для расчетов надежности подшипника
Вычисление приращений концентрации микротрещин от циклических макронапряжений
Библиотека моделей накопления усталостных
повреждений
Вычисление суммарной концентрации микротрещин от усталости и износоконтактных воздействий. Оценка достижения предельных состояний по
критериям концентрации микротрещин
Предел
да
Библиотека моделей взаимовлияния процессов.
Библиотека критериев предельной концентрации микротрещин
База для расчетов надежности подшипника
Стоп
нет
6
7
Библиотека вероятностных критериев реализации этих фактов. Библиотека моделей развития
коротких трещин
Вычисление вероятности зарождения новых коротких трещин, вероятности подрастания коротких
трещин до макротрещин. Оценка достижения предельных состояний по критериям предельного количества трещин и их расположения
Библиотека критериев предельного состояния
по количеству трещин
Вычисление приращений размеров макротрещин.
Выделение зон с локальной концентрацией напряжений. Оценка достижения предельного состояния
по критериям предельных размеров макротрещин
Предел
да
Библиотека моделей роста трещин и параметров трещиностойкости материала. Библиотека
коэффициентов интенсивности напряжений
Библиотека критериев предельных размеров
макротрещин
Стоп
нет
8
База для расчетов надежности подшипника
Переход к следующему моменту времени
да
нет
Условия
прежние
Рис. 2. Схема расчета долговечности ПС по системе критериев износа и усталости
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
площадку определенной величины - по площади или длине; те же самые критерии, но в
конкретных частях повреждаемой поверхности (4 и 5); появление царапины определенной
длины (6) в произвольной или конкретной зоне поверхности; перечисленные критерии
износа, но не по показателю линейного изнашивания, а по показателю поверхностной поврежденности (например, питтинговых микроповреждений); достижение предельного линейного износа всей поверхности в целом или заданное сближение за счет изнашивания
двух контактирующих деталей как жесткого целого; достижение заданного уровня весового износа.
Критериями усталостного
повреждения могут быть предельная поврежденность какойто площадки на поверхности
(площадка может быть привязана
к определенной зоне поверхности, или же заданы только предельные значения размеров повреждения без указания его конкретного места), наличие предельной концентрации трещин
на какой-то площадке, наличие
макротрещины предельной длины, наличие предельного числа
Рис. 3. Дискретизированная повреждаемая поверхность с заштрихованными участками, на которых достигнут
макротрещин длиной не менее
предельный уровень износа
какого-то заданного значения и
т.п.
Выполняется дискретизация рассчитываемой детали на участки и выбирается шаг по
времени, причем для различных процессов повреждения материала в разных условиях
можно выбирать различные шаги дискретизации временной оси. Возможен вариант изменения режимов нагружения отдельных участков материала без смены режима нагружения
всей детали в целом. Это может происходить в результате накопления повреждений определенного вида. Так, изнашивание поверхности может приводить к увеличению площади
контактирования, изменению давлений и других компонент тензора напряжений или деформаций. При описании таких переходных процессов используются модели со ступенчатым изменением параметров нагружения. Если переходный процесс разбит на достаточно
малые временные интервалы, то можно считать условия нагружения постоянными в пределах каждого малого интервала и изменяющимися скачком при переходе от одного интервала к следующему. При такой дискретизации переходных процессов можно применять вместо сложных интегральных моделей более простые модели накопления повреждений со ступенчатой схематизацией изменения режимов нагружения. Если при расчете
сменился режим нагружения, то достигнутый к этому моменту уровень накопленных повреждений считается начальным для новых условий нагружения. Если расчет повреждений только начинается, то задается начальный уровень повреждений как некоторые начальные условия задачи и выбирается очередность расчета мер повреждений от разных
видов изнашивания. Эта операция необходима для корректного учета взаимовлияния различных механизмов повреждений. В принципе, большинство одновременно протекающих
процессов влияют друг на друга. В предлагаемой методике расчета на каждом временном
шаге рассматриваются различные виды повреждения как практически независимые процессы. По мере корректного описания этих взаимосвязей возможно дополнение методики
расчета полученными новыми моделями. Пока же взаимосвязь и взаимовлияние можно
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
приближенно учесть при суммировании приращений независимых повреждений от разных процессов в конце каждого временного шага.
Анализируются схемы соединения участков в соответствии с классификацией кинематических условий изнашивания участков (условий совместности их изнашивания): выполняется более подробная дискретизация поверхностей трения на участки и постулируются взаимосвязи участков с целью вычисления вероятностных характеристик возникновения различных макропроявлений износа.
На шаге 3 выполняются несколько операций по определению приращений износовых повреждений. Сначала последовательно вычисляются возможные приращения мер
различных видов повреждения отдельных участков. Окончательное значение приращения
меры износа определяется с учетом совместного изнашивания групп участков, соединенных в соответствии с выбранной кинематической схемой. Пользователю предлагается выбор модели изнашивания из библиотеки моделей. Среди большого количества моделей,
содержащихся в этой библиотеке, мы считаем предпочтительными структурные модели,
основанные на описании реальных процессов повреждения. В частности, могут быть использованы основные положения механики контактного разрушения [2].
Ранее было показано [2], что очень многие виды изнашивания имеют усталостную
природу. Поэтому все износоконтактные виды повреждений можно подразделить на две
большие группы. В первую группу включены те виды повреждений, основой которых являются усталостные процессы, и изначальное повреждение можно рассматривать как накопление рассеянных по объему (или только по приповерхностному слою) материала усталостных микроповреждений. Такие повреждения можно суммировать с учетом неоднородности их распределения по объему материала. Наличие этих видов изнашивания повлечет уменьшение общей долговечности детали. Во вторую группу включены все остальные виды износовых повреждений. Взаимовлияние их с объемной усталостью более
сложное и может приводить как к уменьшению, так и к увеличению общей долговечности
детали.
Проанализированы многочисленные известные полуэмпирические и структурные
модели процессов изнашивания различного типа. Эти модели систематизированы в соответствующих базах для использования в расчетах (рис. 2). Экспериментально определяемые коэффициенты моделей могут быть выбраны из библиотеки экспериментальных данных об износостойкости материала при конкретных условиях.
Вычисляются приращения мер износа выявленных групп участков с учетом их кинематических связей. Для этого привлекаются соответствующие разделы библиотеки кинематических схем изнашивания и вероятностные критерии износа. После вычисления
значений уровней поврежденности участков от каждого вида изнашивания вычисляется
суммарный уровень поврежденности от всей совокупности видов изнашивания в соответствии с определенной очередностью их суммирования. Оценивается, не являются ли достигнутые уровни поврежденности предельными. Если такие пределы достигнуты, то можно остановить процесс вычислений и занести результат в соответствующую базу. Статистическая обработка многих подобных результатов позволяет оценить надежность подшипникового узла.
На рис. 4 приведена развертка поверхности ПС с изношенными участками баббита
(на рис. 4б состояние при наработке в 10 раз большей, чем на рис. 4а). При этих расчетах
использованы результаты выполненных нами ранее [5] испытаний баббита Б83 в режиме
граничного трения (рис. 5).
На шаге 4 моделируется процесс накопления рассеянных по объему усталостных повреждений. Возможно применение полуэмпирических моделей накопления усталостных
повреждений, оперирующих не с явными физическими критериями протекания процесса,
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
а)
б)
Рис. 4. Износ ПС при различных значениях наработки
а с некоторой условной величиной,
обычно равной нулю в начале процесса и единице в конце его. Но при
наложении нескольких повреждающих процессов более логично и наглядно использовать структурные
модели с явной мерой повреждения.
Одна из таких моделей, развиваемая
нами [1-3] как вариант объединенной структурной модели В.В. Болотина [6], принята за основу последующих вычислений. В качестве
меры рассеянных повреждений использована скалярная величина −
объемная концентрация микротреРис. 5. Результаты измерения износа баббита Б83 при граничщин.
ном трении в паре с закаленной сталью по схеме «вал – часНа шаге 5 вычисляется сумтичный вкладыш»: 1, 2 – при давлениях 2,5 и 5 МПа; 3, 4 – при
марный уровень поврежденности
ступенчатом изменении давления с 2,5 до 5 МПа и с 5 до 2,5
МПа (●-5 МПа; ○- 2,5 МПа)
от взаимосвязанных или независимых процессов повреждения. Для
реализации этого шага построены библиотеки моделей суммирования накопленных усталостных повреждений и моделей суммирования взаимосвязанных усталостных и износоконтактных повреждений. Например, можно учесть удаление из-за изнашивания поверхностных слоев материала, обычно наиболее повреждаемых от усталости. Этот пример наглядно демонстрирует немаловажную роль очередности суммирования повреждений от
разных процессов. Нами проанализированы [2] некоторые известные модели комплексного протекания нескольких повреждающих процессов и показаны направления их развития, в том числе и для более корректного включения их в общую схему расчета (рис. 2).
На рис. 6 приведены некоторые реализованные в настоящее время варианты. Процессы
трещинообразования вблизи поверхности могут завершиться несколькими видами макротрещин (схема I), которые могут развиваться различным образом (схема II). На схеме III
изображены два варианта завершения взаимовлияния процессов развития трещины и изнашивания поверхности. Трещина может прорасти вглубь или будет окончательно удалена вследствие изнашивания.
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Некоторые виды повреждений материала (питтинговые, коррозионные, эрозионные или кавитационные) можно количественно характеризовать критическим уровнем
накопленных микроповреждений. Можно
ввести в библиотеку критериев предельных
износов понятие критического уровня микроповреждений, предшествующего выкрашиванию фрагмента определенного вида и размера или какому-то другому критериальному
завершению этих процессов. Кроме того, для
этих видов повреждений в качестве критерия
Рис. 6. Варианты взаимовлияния процессов
работоспособности детали часто используют
развития трещин и изнашивания поверхности: I
– зарождение макротрещин различного типа
отношение площади поверхности, на которой
вблизи поверхности; II – варианты траекторий
достигнут критический уровень, ко всей
развития таких макротрещин; III – варианты
площади рабочей поверхности детали. В
завершения эффекта взаимовлияния развития
предложенной методике расчета (рис. 2) вытрещин и изнашивания поверхности
числение критерия относительной поверхностной микроповрежденности деталей легко реализуется на каждом временном шаге. В качестве примера на рис. 7 показаны различные стадии эрозионного повреждения поверхности подшипника частицами, находящимися в слое масла, при однородном воздействии на
всю рассматриваемую часть поверхности.
Рис. 7. Процесс эрозионного повреждения поверхности: а – 5% повреждения; б – 10% повреждения;
в – 15% повреждения; г – 20% повреждения
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
На шаге 6 моделируется зарождение коротких трещин и подрастание их до размеров
макротрещин. Здесь также возможны разные варианты моделей. Нами предложено [1-3]
двухстадийное описание перехода от объемного накопления микротрещин к зародышу
макротрещины. Такая модель является вариантом описания реального процесса развития
коротких трещин, проанализированного ранее [2].
На первой стадии вычисляются вероятности зарождения рядом с любой из имеющихся микротрещин еще одной микротрещины. Подразумевается, что каждая микротрещина имеет размер характерного элемента структуры материала, а две такие микротрещины составляют одну короткую трещину вдвое большего размера. Когда вероятность образования такой короткой трещины из двух микротрещин достигает заданного уровня
(обычно 50%), то считается состоявшимся факт ее появления. Реализованы элементы случайного поиска при назначении номера того участка, где появилась короткая трещина.
Около короткой трещины выделяется зона, в пределах которой локализуется концентрация напряжений. Объем этой зоны в дальнейшем исключается из зависимостей для моделирования накопления рассеянных повреждений, что приводит к скачкообразному
уменьшению вероятности зарождения следующей короткой трещины. В выделенной зоне
применяются закономерности развития коротких трещин.
Вторая стадия зарождения макротрещин моделирует подрастание коротких трещин
до размеров зародыша макротрещины. При этом могут быть использованы различные модели развития коротких трещин [8], собранные в соответствующую базу моделей. В том
числе могут быть использованы полученные экспериментально статистические закономерности развития коротких трещин [2] и их статистическая схематизация. На каждом
шаге вычисляется вероятность подрастания каждой короткой трещины и вероятность
подрастания хотя бы одной из них до размеров зародыша макротрещины. При достижении заданного уровня вероятности принимается, что одна из коротких трещин достигла
размера зародыша макротрещины. Определяется положение зародыша макротрещины
вместо одной из коротких трещин с применением датчика случайных чисел, учитывающего вклад каждой короткой трещины в общую вероятность появления макротрещины. Около макротрещины также очерчивается зона с повышенной концентрацией напряжений, в
которой применяются закономерности развития макротрещин. В последующие моменты
времени аналогичным образом моделируется зарождение других коротких и макроскопических трещин.
На шаге 7 моделируется развитие макротрещин. Большое число моделей развития
макротрещин реализованы в соответствующей библиотеке. На каждом временном интервале вычисляется приращение размеров макротрещин. Могут быть использованы различные критерии определения траектории роста трещины в ширину и глубину. Можно учитывать также влияние процессов изнашивания, а именно уменьшение размеров поверхностной трещины. Для вычисления приращений размеров трещин привлекается информация
из библиотеки соответствующих моделей, библиотеки экспериментально полученных параметров трещиностойкости материалов, библиотеки коэффициентов интенсивности напряжений. Возможно применение традиционного МКЭ для расчетов параметров напряженно-деформированного состояния у вершины трещины, а также специально построенных гибридных конечных элементов.
На практике применяются критерии выбраковки подшипников, в основе которых
лежит информация о числе и предельной концентрации трещин. В предлагаемой дискретной методике выполняется прямое назначение числа и места расположения трещин. Поэтому указанные критерии выбраковки (остановки вычислительного процесса) реализуются сравнительно просто.
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Описанная процедура применялась для расчетной оценки долговечности баббитового слоя подшипников-образцов, методика и результаты испытаний которых приведены в
наших работах [2; 7-9]. А именно, испытывались полукольцевые подшипники-образцы
при нагружении одной или двумя циклически изменяемыми силами. Образец прижимался
к вращающемуся валу, который находился в масляной ванне с регулируемой температурой масла. Для подшипников-образцов достаточно точно определялись давления и напряжения. В таких экспериментах можно выяснить влияние особенностей контактного
нагружения при наличии смазки, конструктивных особенностей подшипников и ряда технологических факторов. При нашем участии исследовано [7-9] влияние на долговечность
толщины баббитового слоя, изгибной жесткости, температуры масла, различных технологий нанесения баббита на стальную основу и различных типов армирования баббитов металлической сеткой. Для примера на рис. 8 приведены кривые усталости для трех серий
испытаний. В первой серии (рис. 8а) оценивалось влияние на долговечность толщины
слоя баббита, во второй серии (рис. 8б) – влияние изгибной жесткости стальной основы
подшипника-образца. В третьей серии (рис. 8в) оценивалось влияние вида напряженного
состояния, которое варьировалось путем приложения не только вертикальной нагрузки,
но и разделенной на две силы, удаленные от вертикали на определенный угол.
На этих рисунках отмечены точками расчетные значения долговечности по критерию зарождения первых макротрещин. Видно, что экспериментальные и расчетные реQmax,
кН 45
40
Qmax,
кН 45
40
35
35
30
30
25
25
20
20
104
106 N, цикл
105
105
N, цикл
б)
а)
Qmax,
кН 45
40
35
30
25
20
105
106
N, цикл
в)
Рис. 8. Кривые усталости (по критерию зарождения первой макротрещины в слое баббита Б83) подшипников-образцов: а - при различной толщине слоя за счет варьирования радиуса R3 (1 - 8 мм; 2 – 6,5 мм;
3 – 4 мм; 4 - 2 мм; 5 – 1 мм; 6 – 0,5 мм); б - при различной жесткости стальной подложки за счет варьирования радиуса R4 (1 - 40мм; 2 - 45мм; 3 - 50мм; 4 - 54,25мм; 5 - 70мм при толщине 25мм); в - при
различных углах приложения нагрузки (1 - 0º; 2 - 27º; 3 - 36º)
зультаты неплохо согласуются. На рис. 9 приведены развертки поверхностей двух подшипников-образцов на различных этапах повреждения.
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
-36°
-27°
-18°
-9°
0°
9°
18°
27°
-36°
-27°
-18°
-9°
0°
-36°
-27°
-18°
-9°
18°
27°
б)
a)
-45°
9°
0°
9°
18°
27°
36°
-45°
в)
-36°
-27°
-18°
-9°
0°
9°
18°
27°
36°
г)
Рис. 9. Состояние поверхности АФС в случае нагружения подшипника-образца c параметрами
R4=54,25 мм, R2=25 мм, B=25 мм, hсл=4мм: а – одной силой (Q=30 кН; φq=0º) при долговечности
N=3·104 циклов; б – одной силой (Q=30 кН; φq=0º) при долговечности N=5,4·104 циклов; в – двумя
силами (Q=30 кН; φq=36º) при долговечности N=2,4⋅104 циклов; г – двумя силами (Q=30 кН; φq=36º)
при долговечности N=7,6⋅104 циклов
На шаге 8 осуществляется переход к следующему расчетному моменту времени. В
зависимости от сохранения или изменения режима нагружения осуществляется переход к
различным шагам общего алгоритма вычислений (рис. 2).
Таким образом, моделируется одна конкретная реализация протекания процессов
повреждения конкретного ПС при конкретных условиях его нагружения. Если вычислительный процесс для этих же условий нагружения того же ПС выполнять неоднократно,
то результаты расчетов будут несколько различаться, так как на некоторых шагах алгоритма использованы датчики случайных чисел (например, при определении места появления короткой трещины и выявлении той короткой трещины, которая достигла размера
макротрещины). Выполнив серию расчетов для неизменных начальных условий, получаем
статистическую базу для расчетов показателей надежности.
Несколько сложнее формируется база результатов при учете случайного варьирования начальных параметров задачи в пределах заданных ограничений. Перед каждой реализацией методом статистических испытаний определяются конкретные значения варьируемых параметров. Результаты расчета можно обработать статистическими методами
оценки надежности по всей системе критериев отказа. Еще сложнее моделируется процесс
повреждения деталей при переменных режимах эксплуатации, особенно если случайный
характер носят такие временные показатели, как очередность смены режимов и продолжительность работы на каждом режиме.
В настоящее время апробированы основные этапы расчетной методики и показана
их принципиальная работоспособность, а также разработаны первые версии некоторых
библиотек (рис. 2). Начата разработка проекта системы, реализующей общую схему расчета долговечности.
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Зернин, М.В. Дискретное моделирование повреждений подшипников скольжения с учетом комплекса
воздействий и критериев отказа. Сообщение 1. Общая схема расчета долговечности/ М.В. Зернин// Трение и износ. - 1996. - Т. 17. - № 6. - С. 747-755.
Морозов, Е.М. Контактные задачи механики разрушения/Е.М. Морозов, М.В. Зернин. − М.: Машиностроение, 1999. – 540 с.
Зернин, М.В. Конечноэлементное описание процессов усталости с учетом особых свойств поверхности
материала/М.В. Зернин //Заводская лаборатория. - 1995. - № 2. - С. 43-51.
Зернин, М.В. Моделирование контактного взаимодействия с использованием положений механики
«контактной псевдосреды»/ М.В. Зернин, А.П. Бабин, А.В. Мишин, В.Ю. Бурак// Вестн. БГТУ. – 2007. №4. - С. 62-72.
Зернин, М.В. Методика определения малых величин износа и построение математической модели изнашивания баббита при неустановившемся режиме граничного трения/ М.В. Зернин, А.Г. Кузьменко// Заводская лаборатория. - 1998. - № 8. - С. 48-52.
Болотин, В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций/В.В. Болотин. - М.: Машиностроение,
1984. - 312 с.
Кузьменко, А.Г. Методика оценки сопротивления усталости антифрикционных материалов для подшипников скольжения/ А.Г. Кузьменко, А.В. Яковлев, М.В. Зернин// Заводская лаборатория. - 1984. - № 8. С. 77-79.
Зернин, М.В. К исследованию усталостной долговечности баббитового слоя тяжелонагруженных подшипников скольжения/ М.В. Зернин, А.В. Яковлев// Заводская лаборатория. - 1997. - № 11. - С. 39-47.
Зернин, М.В. Экспериментальная оценка долговечности напыленных и армированных сеткой баббитовых слоев подшипников скольжения/М.В. Зернин// Трение и износ. - 1987. - Т. 18. - № 4. - С. 506-514.
Материал поступил в редколлегию 26.03.08.
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 625.033
Г.С. Михальченко, А.В. Антохин
ОЦЕНКА ДИНАМИЧЕСКИХ КАЧЕСТВ СКОРОСТНОГО ЭЛЕКТРОВОЗА
С РАЗЛИЧНОЙ КОНСТРУКЦИЕЙ ТЯГОВОГО ПРИВОДА
Приведены результаты компьютерного моделирования ходовой динамики скоростного электровоза с тремя
двухосными тележками и динамической нагруженности тягового привода с опорно-осевым и рамным подвешиванием тягового редуктора.
Ключевые слова: тяговый привод; компьютерное моделирование; скоростной электровоз; динамические
качества.
В настоящее время перед локомотивостроителями России поставлена задача создать
скоростной электровоз, призванный эксплуатироваться на основных пассажиронапряженных линиях европейской части страны. С учетом того, что на большинстве этих линий
используются две системы энергоснабжения контактной сети (на постоянном токе – напряжением 3000 В и переменном – 25000 В), электровозы должны быть двухсистемными.
Первый опыт применения двухсистемного электровоза ЭП10, созданного совместно Новочеркасским электровозостроительным заводом и западноевропейской фирмой Adtranz,
показал, что на стыковочных по контактной сети станциях время движения поезда сокращается на 20 – 30 мин, так как поезд может вообще не стоять на этих станциях.
Помимо использования двухсистемного питания для новых электровозов предполагается увеличить конструкционную скорость движения от 160 до 200 км/ч за счет более
современной экипажной части и применения асинхронных тяговых двигателей, позволяющих реализовывать осевую мощность до 1200 кВт.
Расчеты показывают, что, например, эксплуатация подобных электровозов в шестиосном исполнении на линии Москва – Адлер позволяет сократить время движения поезда
из 24 вагонов в одну сторону с 28 до 22 ч.
Одним из принципиальных, важнейших аспектов конструкции скоростного электровоза является тип шестиосного экипажа. На сегодняшний день реализованы два типа
экипажей: на двух трехосных тележках и трех двухосных. Первый тип традиционно применяется на локомотивах Коломенского завода, второй – на локомотивах
Новочеркасского электровозостроительного завода. Следует отметить, что эти два типа
экипажей отличаются также конструкцией тягового привода колесных пар. На локомотивах Коломенского завода применен привод с опорно-рамным подвешиванием тягового
электродвигателя и редуктора, который впервые был реализован на тепловозах типа
ТЭП70. На локомотивах Новочеркасского завода, в частности на электровозе ЭП10, применен привод с опорно-рамным подвешиванием тягового электродвигателя и опорноосевым редуктором. Согласно классификации профессора И.В. Бирюкова [1], эти приводы
отнесены соответственно к третьему и второму классам конструкций тяговых приводов. В
нашем случае при рассмотрении проблемы обоснования типа привода для скоростных
электровозов будем придерживаться этой классификации.
Отечественные пассажирские локомотивы существующих конструкций имеют конструкционную скорость 160 км/ч. На реализацию этой скорости рассчитаны и примененные на этих локомотивах конструкции тяговых приводов.
Естественно, возникает вопрос: как отразится на надежности работы и динамических
качествах этих приводов и в целом экипажной части повышение скорости с 160 до 200
км/ч?
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Задача первого этапа рассматриваемой работы - оценить методом компьютерного
моделирования динамические качества электровоза с одним типом конструкции экипажной части, в частности на трех двухосных тележках, и динамическую нагруженность
приводов двух классов. Задача облегчается тем, что специалистами Всероссийского электровозного научно-исследовательского института (ВЭлНИИ, Новочеркасск) проработаны
конструкции и основные параметры этих приводов для перспективного электровоза на
двухосных и трехосных тележках.
Компьютерное моделирование
динамики
движения
электровоза реализовано с помощью известного программного
комплекса «Универсальный механизм» (UM) [2; 3]. Модуль UM
Loco программного комплекса
UM позволяет автоматизировать
процесс синтеза математической
1
2
3
4
5
модели пространственных колеРис. 1. Общий вид анимационной модели электровоза:
баний
рельсовых экипажей и
1 – кузов локомотива; 2, 4 – крайние тележки; 3 – средняя тележка; 5 – наклонная тяга
моделировать их движение в
прямых и кривых участках пути при наличии случайных, периодических или единичных
вертикальных и горизонтальных неровностей.
На рис.1 показан общий вид анимационной модели электровоза, на рис. 2а, б изображены крайняя и средняя тележки.
Дадим краткое описание конструкции экипажной части рассматриваемого электровоза. Итак, кузов 1 электровоза (рис. 1) опирается на три двухосные тележки: 2, 3, 4.
Конструкции крайних тележек идентичны, а средняя тележка отличается от них второй
ступенью рессорного подвешивания. На крайние тележки кузов опирается через четыре
пружины 2 типа «флексикойл» (рис. 2). Статический прогиб второй ступени составляет
118 мм. Гашение вертикальных колебаний осуществляют четыре гидравлических гасителя
колебаний 1 (рис. 2). На среднюю тележку кузов опирается через четыре упругие маятни1
5
6
2
7
3
1
4
5
6
8
4
7
а)
б)
Рис. 2. Внешний вид первой (а) и второй (б) тележек модели с приводом 3 класса:
1, 3, 4 – гидравлические гасители вертикальных колебаний, колебаний относа и виляния соответственно; 2 –
опора типа «флексикойл»; 5 – гидравлический гаситель первой ступени подвешивания; 6 – букса; 7 – поводок; 8 – маятниковая опора
ковые опоры 8 (рис. 2б), которые позволяют кузову перемещаться в поперечном
направлении относительно тележки на 170…180 мм. Такое перемещение кузова возможно
при движении в крутых кривых.
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Для гашения колебаний виляния каждая тележка
оборудована
двумя
гидравлическими
2
гасителями 4 (рис. 2), расположенными по бокам
3
рамы тележки. Для гашения колебаний бокового от4
носа на первой и последней тележках установлены
два гидравлических гасителя 3 (рис. 2). Крайние те5
лежки разнесены относительно оси симметрии
локомотива на расстояние 7,21 м. Тяговые усилия от
6
тележек на кузов передаются через наклонную тягу
7
5 (рис. 1), угол наклона которой составляет 5°. На8
клонная тяга крепится к кузову через сайлентблок.
9
Колесно-моторный блок (КМБ) с приводом
10
второго класса показан на рис. 4. Тяговый двигатель
11
жестко закрепляется на раме тележки в трех точках:
А, Б, В (рис. 5а). Вращающий момент от ротора на
шестерню тягового редуктора передается через торРис. 3. Схема опирания кузова
на среднюю тележку:
сион и резинокордную муфту (рис. 5б). Тяговый
1, 2 - фланцы; 3 – стакан; 4 – стержень; 5
редуктор имеет опорно-осевое подвешивание. Кор– прокладка; 6 – кольцо; 7 – пружина; 8 –
пус редуктора одной своей частью опирается на ось,
болт; 9 – втулка; 10 – шайба; 11 - стакан
а другой – через наклоненную на 30° реактивную
тягу 7 – на раму тележки (рис. 4).
1
Передаточный механизм тягового
привода позволяет компенсировать отно2
сительные перемещения тягового двигателя вместе с рамой и редуктора с колес3
ной парой. В вертикальном направлении
это обеспечивается за счет карданной податливости
резинокордных
дисков
4
5 6
7
муфты и углового проскальзывания сферических
зубьев
полумуфты
по
Рис. 4. КМБ с приводом 2 класса:
1 – гидравлический гаситель колебаний первой стуцилиндрическим зубьям зубчатого венпени; 2 – рессорное подвешивание первой ступени;
ца, а в горизонтальной плоскости – за
3 – буксовый поводок; 4 – тяговый электродвигасчет
осевой податливости резинокордных
тель; 5 – резинокордная муфта; 6 – тяговый
дисков в муфте. В случаях превышения
редуктор; 7 – реактивная тяга редуктора
1
А
Б
5
3
4
3
2
1
1
2
В
6
а)
б)
Рис. 5. Схема тягового привода:
а – на тележке (1 – тяговый редуктор; 2 – передаточный механизм; 3 – тяговый двигатель; А, Б, В – точки
крепления тягового электродвигателя к раме тележки);
б – передаточный механизм (1 – зубчатая полумуфта; 2 – торсионный вал; 3 – ступица; 4 – резинокордный
элемент; 5 – корпус муфты; 6 – якорь тягового двигателя)
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
сил трения между сферическими зубьями полумуфты 1 (рис. 5б) относительно цилиндрических зубьев зубчатого венца, запрессованного во втулку якоря ТЭД, относительные
перемещения компенсируются за счет проскальзывания в зубчатой полумуфте [4].
Колесная пара диаметром 1250 мм вращается в одноповодковых буксах 6 (рис. 2).
Ось колесной пары воспринимает нагрузку от массы через роликовые подшипники, а осевые инерционные нагрузки – специальным шариковым подшипником. Продольные
нагрузки от буксы к раме тележки передаются через поводок 3 (рис. 4). Поводок закреплен на 20 мм ниже оси колесной пары. Рама тележки опирается на буксу через комплект
винтовых пружин 7 со статическим прогибом 45 мм. Гашение вертикальных и поперечных колебаний осуществляется с помощью гидравлического гасителя колебаний 1,
установленного под небольшим углом к вертикали.
КМБ с приводом 3 класса представлен на рис. 6.
Корпуса тягового двигателя 1 и осевого редуктора 2 стянуты в единое целое и закреплены в трех точках (А, Б, В) на раме тележ1
ки (рис. 7). Ведущая шестерня 3 жестко
2
закреплена на хвостовике вала ротора тягового
3
электродвигателя. Зубчатое колесо 8 (рис. 6)
4
установлено на полый карданный вал 9 через
5
подшипники. Тяговое усилие от венца зубчато6
го колеса 8 передается на полый карданный вал
7
через поводки. В свою очередь, другим своим
концом полый вал 9 через другие поводки 10
8
10 11
9
передает вращающий момент на колесный
Рис. 6. КМБ с приводом 3 класса:
центр 11, а от него и на всю колесную пару. Та1 – тяговый электродвигатель; 2 – корпус ре- ким образом, весь тяговый привод подрессорен,
дуктора; 3 – ведущая шестерня; 4 – поводок; 5
– пружина рессорно-осевого подвешивания; 6 неподрессоренными остаются лишь колесная
– гидрогаситель первой ступени подвешива- пара с буксовыми узлами. Буксы колеснония; 7 – букса; 8 – зубчатое колесо на ступице моторного блока с приводом третьего класса
в сборе; 9 – полый вал; 10 – передаточный идентичны тем, которые были описаны ранее.
поводок; 11 – ступица колесной пары
Отличия в конструкции рассматриваемых
двух
типов
тяговых приводов, в частности увеА
Б
1
личение необрессоренной массы за счет
2
опирающегося на ось тягового редуктора, нали3
чие реактивной тяги привода второго класса,
4
различные параметры жесткости и демпфирова5
ния в связи колесной пары с рамой тележки и
6
тяговым двигателем, влияют как на динамические качества локомотива в целом, так и на
динамическую нагруженность элементов конструкции самих приводов.
Для оценки конструкций тяговых приводов
исследовалось движение электровоза в прямых
7 В
8
участках пути, где можно рассматривать интереРис. 7. Схема тягового привода 3 класса:
сующий нас диапазон скоростей 120…220 км/ч.
1 – пружина «флексикойл»; 2 – корпус реВ крутых и пологих кривых скорость движения
дуктора; 3 – тяговый электродвигатель; 4 –
рельсовых экипажей ограничивается не только
рама тележки; 5 – колесная пара; 6 – букса; 7
воздействием на путь, но и так называемым не– поводковая муфта; 8 – полый карданный
вал; А, Б, В – точки крепления стянутых тяпогашенным ускорением. Например, в кривой
гового двигателя и корпуса осевого
радиуса R = 650 м при возвышении наружного
редуктора
рельса 140 мм эта скорость равна 115 км/ч. В
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
более пологих кривых движение экипажа мало чем отличается от его движения в прямых
участках пути.
В качестве возмущающих воздействий со стороны пути приняты случайные вертикальные и горизонтальные неровности рельсовых нитей, параметры которых (по
рекомендации ВНИИЖТ) соответствуют пути хорошего содержания. Для оценки динамических качеств электровоза приняты показатели, используемые в практике натурных
испытаний (боковые, рамные силы, горизонтальные и вертикальные ускорения кузова, коэффициенты вертикальной динамики). Для оценки динамической нагруженности привода
рассчитывались усилия в зубчатом зацеплении тягового редуктора.
Результаты расчетов приведены на рис. 8 - 13. Здесь 1, 2, …6 – порядковые номера
колесных пар.
160
Fy,
кН
120
1
2
3
80
160
Fy,
кН
120
1
2
3
80
4
4
40
0
10
20
30
40
а)
50
5
40
6
0
5
6
10
V,
60м/с
20
30
40
50
60 м/с
V,
б)
Рис.8. Боковые силы:
а – экипаж с приводом 2 класса; б – экипаж с приводом 3 класса
Fy,
160
кН
1
120
2
3
80
4
5
40
Fy,
160
кН
120
1
2
3
80
4
5
40
6
0
10
20
30
40
6
0
50 V, 60
м/с
10
20
30
40
50 V, м/с
60
а)
б)
Рис.9. Рамные силы:
а – экипаж с приводом 2 класса; б – экипаж с приводом 3 класса
0,5
КД1
1
0,4
2
0,5
КД1
1
0,4
2
0,3
3
0,3
3
0,2
4
0,2
4
0,1
5
0,1
5
6
0,0
6
0
10
20
30
40
50
V,60м/с
10
20
30
40
а)
б)
Рис.10. Коэффициент динамики 1 ступени подвешивания:
а – экипаж с приводом 2 класса; б – экипаж с приводом 3 класса
46
50
V,60м/с
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
0,16
КД2
1 тележка
2 тележка
0,12
0,16
КД2
1 тележка
2 тележка
0,12
3 тележка
3 тележка
0,08
0,08
0,04
0,04
0
0
10
20
30
40
50
60м/с
V,
10
20
30
40
50
60м/с
V,
а)
б)
Рис.11. Коэффициент динамики 2 ступени подвешивания:
а – экипаж с приводом 2 класса; б – экипаж с приводом 3 класса
A,2
м/с2
1,5
Y
A,2
м/с2
1,5
Y
1
1
Z
0,5
0,5
Z
0
0
10
20
30
40
50
V, м/с
60
10
20
30
40
50 V, м/с
60
а)
б)
Рис.12. Ускорение кузова на месте машиниста:
а – экипаж с приводом 2 класса; б – экипаж с приводом 3 класса
Fy,
100
кН
80
1
1
2
Fy,
100
кН
80
60
3
60
3
40
4
4
40
5
20
6
0
2
5
20
6
0
10
20
30
40
50
V,60
м/с
10
20
30
40
50
V,60
м/с
а)
б)
Рис.13. Усилия в зубчатых зацеплениях:
а – экипаж с приводом 2 класса; б – экипаж с приводом 3 класса
Как и следовало ожидать, заметная разница в динамических показателях экипажей с
приводами второго и третьего классов наблюдается при скоростях движения свыше 40 м/с
(144 км/ч). У экипажа с приводом второго класса с увеличением скорости движения наблюдается более интенсивный рост практически всех динамических показателей, за
исключением коэффициентов динамики первой ступени рессорного подвешивания. Особенно заметна разница в силовых показателях. Так, максимальные боковые силы при
скорости V = 50 м/с больше на 39%, рамные силы – на 47%; при V = 60 м/с – на 42 и 74%
соответственно (рис. 8, 9).
У экипажа с приводом второго класса наблюдается увеличение численных значений
коэффициентов динамики во второй ступени на 13% при V = 50 м/с (рис. 11) и уменьшение коэффициентов динамики первой ступени на 16% при этой скорости (рис. 10).
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Уменьшение КД1 у экипажа с приводом второго класса вполне объяснимо. Подрессоренная масса рамы тележки у этого экипажа меньше на 10% из-за применения опорноосевого тягового редуктора.
На вертикальные ускорения кузова тип привода практически не влияет, горизонтальные ускорения кузова у экипажа с приводом второго класса заметно выше – на
60…70% при скоростях 50…60 м/с (рис. 12).
В наибольшей степени тип привода влияет на динамическую нагруженность зубчатых колес тягового редуктора (рис. 13). Усилия в зубчатом зацеплении редуктора привода
второго класса в 2,5 раза больше при скоростях 50 и 60 м/с.
Таким образом, электровоз с приводом третьего класса при движении с высокими
скоростями (V > 140 км/ч) имеет заметные преимущества по динамическим качествам и
особенно по динамической нагруженности зубчатых колес тягового редуктора. Верхняя
граница максимальной скорости при применении привода второго класса для экипажа на
трех двухосных тележках, на наш взгляд, должна быть порядка 150…160 км/ч, не более.
Привод третьего класса вполне применим для электровозов с конструкционной скоростью 200 км/ч.
Анализ распределения силовых показателей (боковых и рамных сил) по колесным
парам экипажа (рис. 8, 9) показывает, что средняя тележка (колесные пары 3 и 4) имеет
заметно более высокий уровень этих сил. Эти результаты подтверждаются данными натурных испытаний электровоза ЭП 10, имеющего экипаж на трех двухосных тележках.
Очевидно, что при проектировании скоростных электровозов необходим поиск дополнительных технических решений, направленных на улучшение динамических качеств
средней тележки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
Бирюков, И.В. Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог / И.В. Бирюков, А.И.
Беляев, Е.К. Рыбников. – М.: Транспорт, 1986. – 256 с.
Погорелов, Д.Ю. Компьютерное моделирование динамики технических систем с использованием
программного комплекса «Универсальный механизм»/ Д.Ю. Погорелов // Вестник компьютерных и
информационных технологий. –2005. – №4.
Ковалев, Р.В. Введение в моделирование динамики механических систем / Р.В. Ковалев, Д.В. Даниленко // САПР и графика. – 2008. – № 4. – С. 26 – 31.
Кодинцев, И.Ф. Электровоз ЭП1. Тяговый привод/ И.Ф. Кодинцев// Локомотив. – 1999. – №9. –
С. 38 – 40.
Материал поступил в редколлегию 04.02.09.
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 631.3
В.Т. Аксютенков, А.В. Титенок, А.К. Тимаков
ОПОРЫ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ С ВЫСШИМИ
КИНЕМАТИЧЕСКИМИ ПАРАМИ
Рассмотрена возможность создания опор возвратно-поступательного движения с высшими кинематическими парами.
Ключевые слова: опора, кинематическая пара, возвратно-поступательное движение.
В некоторых отраслях техники применяются подвески в которых используются опоры с высшими кинематическими парами, благодаря чему существенно повышается износостойкость таких опор по сравнению с опорами скольжения.
Подвески с такими опорами надежно работают более 20 лет [1]. Однако эти подвески имеют большие габариты и массу и по этой причине не получили широкого распространения в технике. Предлагается опора с высшими кинематическими парами, работающая на сжатие, которая, обладая достоинствами подвески, имеет небольшие габариты по
высоте и в несколько раз меньшую массу. Кроме того, как будет показано ниже, диапазон
характеристик у нее значительно шире, чем у подвески.
Принципиальные положения для создания и исследования предлагаемой опоры были разработаны ранее [2; 3]. На рисунке приведена расчетная схема опоры возвратнопоступательного движения с высшими кинематическими парами.
Между основанием 1 с двумя вогнутыми поверхностями радиуса R и такой же верхней плитой 2 установлены
две стойки 3 с выпуклыми поверхностями радиуса r на торцах. Высота стойки по
оси симметрии равна L.
Введем неподвижную систему координат (хоу) и обозначим на поверхности радиуса R верхней плиты точку S и
две точки контакта стойки: K – с основанием; K' – с верхней плитой.
При отклонении верхней плиты в
горизонтальном направлении на величину х стойка повернется на угол φ. Запишем равенство дуг, проходимых точкой
Рис. Опора возвратно-поступательного движения
контакта при перекатывании без скольс высшими кинематическими парами
жения: по вогнутой поверхности R (α –
φ); по выпуклой – rα, где α – угловое перемещение точки контакта по поверхности радиуса r.
R(α − ϕ ) = rα .
Из этого равенства выразим кинематическую зависимость между углами:
(1)
α − ϕ = rϕ ( R − r ) .
Запишем параметрические уравнения движения точек S и K с учетом зависимости
(1):
(2)
xS = 2(R − r )sin (rϕ (R − r )) + (L − 2r )sin ϕ ,
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
(3)
y S = 2[R − (R − r ) cos(rϕ (R − r ))] + (L − 2r ) cos ϕ ,
(4)
x K = R sin (rϕ (R − r )) ,
(5)
y K = R[1 − cos(rϕ (R − r ))] .
Уравновешенная система равнодействующих сил Q и Q', действующих на стойку,
направлена по линии KK', соединяющей точки контакта. Тангенс угла θ наклона линии
KK' к вертикальной оси у, представляющий собой отношение горизонтальной силы F к
вертикальной силе Р, равен
(6)
tgΘ = F P = ( xS − 2 x K ) ( y S − 2 y K ) .
После подстановки уравнений (2 – 5) выражение (6) преобразуется к следующему
виду:
(L − 2r )sin ϕ − 2r sin (rϕ (R − r )) .
(7)
tgΘ = F P =
(L − 2r )cos ϕ + 2r cos(rϕ (R − r ))
В дальнейшем этот угол будем называть углом возврата.
Проанализируем формулу (7). Минимальная высота стойки 2 не может быть менее
диаметра цилиндра 2r. По результатам проведенного ранее теоретического и графического
анализа рекомендуется угол поворота стойки от среднего положения принимать – 300 ≤ φ
≤ 300. Знаменатель в правой части формулы (7) может быть только положительным.
Чтобы верхняя плита в пределах допускаемых отклонений была устойчивой, tgθ
должен быть меньше нуля при φ > 0 и больше нуля при φ < 0. Для положительного φ числитель в формуле (7) не должен быть положительным. Запишем неравенство:
(L − 2r )sin ϕ − 2r sin (rϕ (R − r )) ≤ 0 .
Выразим L:
 sin (rϕ (R − r )) 
(8)
L ≤ 2r 1 +
.
sin ϕ


При φ > 0 L будет больше 2r, так как второе слагаемое в квадратных скобках больше
нуля, а при φ = 0 существует неопределенность 0 0 . Раскрыв ее по правилу Лопиталя,
приведем выражение (8) к следующему виду:
(9)
L ≤ 2r [1 + r (R − r )] .
0
При изменении φ от нуля до ±30 правая часть выражения (8) возрастает, так как
первая производная больше нуля. Следовательно, предельная максимальная высота стойки определяется по формуле (9).
Из рисунка видно, что при отклонении верхней плиты от среднего положения в точках контакта K и K' возникает касательная сила сцепления Т, которая стремится сдвинуть
стойку в сторону положения статического равновесия. Отношение силы Т к нормальной
силе N равно тангенсу угла γ. Будем называть этот угол углом сцепления. Пока угол сцепления меньше угла трения контактирующих поверхностей, происходит перекатывание без
скольжения. Из рисунка видно, что α − ϕ = −(Θ + γ ) . Отсюда с учетом зависимости (1) определим угол γ:
(10)
γ = −(rϕ (R − r ) + Θ ) .
Следует обратить внимание на то, что если tgθ по абсолютной величине увеличивается, то tgγ уменьшается и наоборот. Выразим равенство (10) через тангенсы углов:
tg (rϕ (R − r )) + tgΘ
.
(11)
tgγ = −tg ((rϕ (R − r )) + Θ ) = −
1 − tg (rϕ (R − r ))tgΘ
Далее рассмотрим частные случаи.
Случай 1. L = 2r , R >> r.
Формулы (2), (3), (7) и (11) запишутся соответственно в следующем виде:
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
x S = 2(R − r )sin (rϕ (R − r )) ,
y S = 2[R − (R − r ) cos(rϕ (R − r ))] ,
tgΘ = −tg (rϕ (R − r )) ,
tgγ = 0 .
Касательные силы в точках K и K' отсутствуют.
Случай 2. R = 2r , rϕ (R − r ) = ϕ , 2r ≤ L ≤ 4r .
Формулы (2), (3), (7) и (11) упростятся и будут иметь следующий вид в той же последовательности:
xS = L sin ϕ ,
(12)
y S = 4r − (L − 4r ) cos ϕ ,
(13)
tgΘ = (1− 4r L )tgϕ ,
(4 r L − 1)tgϕ .
(14)
tgγ = −
1 + (1 − 4r L )tg 2ϕ
Проанализируем выражение (13). При 4r/L > 1 коэффициент при tgφ имеет отрицательное значение. Следовательно, восстанавливающая сила всегда направлена против отклонения верхней плиты. Система имеет устойчивое равновесие. Наибольшая восстанавливающая сила равна Ptgφ (при L = 2r), наименьшая равна нулю (при L=4r). Величина tgγ
– тангенса угла сцепления [см. формулу (14)] – при увеличении L от 2r до 4r возрастает от
нуля до tgφ.
Заслуживает особого анализа вариант при L=4r. Как видно из выражений (12) и (13),
y Sv = 4r – постоянная величина при всех значениях φ, а tgθ = 0. Следовательно, верхняя
плита будет совершать прямолинейное движение без внешнего сопротивления. Этот частный вариант опоры с целью снижения износа и потерь энергии может быть использован
для направляющих с односторонним или двухсторонним ограничением, так как в направляющих чаще всего реализуют трение скольжения.
Увеличение высоты стойки более 4r приводит к неустойчивому положению системы, и такая опора может применена в составе механизма с принудительным возвращением.
Случай 3. R = 3r , rϕ (R − r ) = 0,5ϕ , 2r ≤ L ≤ 3r .
Формулы, преобразованные для данного случая, в статье не приводятся. Рассмотрим
основные результаты их анализа. При увеличении высоты стойки от L = 2r до L = 3r tgθ
уменьшается от –tg(0,5φ) до нуля, а tgγ увеличивается от нуля до –tg(0,5φ). По абсолютной
величине значения tgθ и tgγ снизились примерно в два раза по сравнению с частным случаем 2.
Случай 4. R = 1,5r , rϕ (R − r ) = 2ϕ , 2r ≤ L ≤ 6r .
Преобразованные формулы также не приводятся.
При увеличении высоты стойки от L = 2r до L = 6r рассматриваемые параметры изменяются в следующих пределах: tgθ – от –tg(2φ) до 0; tgγ – от 0 до –tg(2φ).
По сравнению с частным случаем 2 значения tgθ и tgγ при тех же φ увеличились в
два раза. Поэтому такой вариант конструкции опоры можно применить при небольших
амплитудах колебаний, особенно в тех случаях, когда при малых значениях угла φ требуется существенно увеличить амплитуду колебаний контактных точек с целью снижения
местных остаточных деформаций.
Результаты разработки и исследования опоры возвратно-поступательного движения
дают основание для следующих заключений:
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
1. Предложена конструктивная схема опоры возвратно-поступательного движения с
высшими кинематическими парами, в которой скольжение заменено перекатыванием
внешних поверхностей по внутренним.
2. Выявлены основные характеристики для оценки качественных показателей опоры:
траектория движения верхней плиты; отношение возвращающего усилия к вертикальной
нагрузке, т.е. тангенс угла возврата; угол между равнодействующей сил и ее нормальной
проекцией в точках контакта, т.е. угол сцепления.
3. Получены расчетные зависимости, по которым исследованы четыре частных случая влияния параметров опоры на ее характеристики. Каждый частный случай может быть
использован в зависимости от назначения опоры и условий ее эксплуатации.
4. Разработано несколько вариантов опор для установки вагона на тележки по заказу
одной из вагоностроительных компаний.
5. Предложен и исследован механизм для уравновешивания сил инерции ножа жатки
зерноуборочного комбайна.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тепловоз ТЭМ7 / А.В. Балашов, И.И. Зеленов, Ю.М. Козлов [и др.]; под общ. ред. Г.С. Меликджанова. М.: Транспорт, 1989.-295 с.
2. Аксютенков, В.Т. Фрагменты теории геометрических замыкателей /В.Т. Аксютенков// Изв. вузов. Машиностроение. – 1991.- № 10. -С. 6 - 11.
3. Аксютенков, В.Т. Две схемы маятниковых подвесок /В.Т. Аксютенков, Е.В. Бондарь// Изв. вузов. Машиностроение. – 1994.- № 7. -С. 12 - 15.
Материал поступил в редколлегию 14.01.09.
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 658.512
А.А. Реутов
ФОРМАЛИЗАЦИЯ ВЫБОРА КОНЦЕПЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА
Рассмотрен фасетный способ классификации концепций проектирования. Предложен формальный метод
выбора концепции путем сравнения описания технического задания и фильтрованного множества концепций.
Ключевые слова: проектирование, концепция, классификация, техническое задание.
Концепцией проектирования называют общий замысел проекта без конкретизации
составляющих. Описание концепции включает назначение и описание объекта проектирования. Выбор концепции определяет направление проектирования, область возможных
проектных решений. Проектировщик, как правило, ищет подходящие проектные решения,
не имея заранее точных сведений об их характеристиках.
Для упорядочения множества концепций применим фасетный метод классификации
[1]. Каждой концепции g сопоставим фасетную формулу F(g) – последовательность пар:
фасет φ и его значение φ(g) на этой концепции для всех фасетов.
F ( g ) = < (ϕ , ϕ ( g )) > ϕ ∈ Φ , g ∈ G ,
где Ф – множество всех фасетов; G – множество всех концепций.
При классификации важно обосновать классифицирующие признаки – фасеты. Выбор концепции хорошо контролируется, если количество фасетов не превышает семидевяти. Выделим классифицирующие признаки и варианты их реализации для приводов
ленточных конвейеров (ЛК) (табл.1).
Таблица 1
Классифицирующие признаки приводов ЛК и варианты их реализации
Классифицирующий признак (фасет)
Обозначение
Наименование
φ1
Место установки привода на конвейере
φ2
Вид подводимой энергии
φ3
Способ передачи силы
тяги
Вариант реализации (значение фасета)
Обозначение
Наименование
φ 11
Грузовая ветвь ленты
φ 12
Концевой барабан
φ 13
Порожняковая ветвь ленты
φ 21
Электрическая
φ 22
Гидравлическая
φ 23
Пневматическая
φ 24
Тепловая
φ 31
Фрикционный контакт с прижатием
за счет натяжения ленты
φ 32
φ4
Тип компоновки узлов
привода
φ 33
φ 41
φ 42
53
Фрикционный контакт с прижатием
за счет натяжения ленты и дополнительных сил
Бесконтактный электромагнитный
Привод из отдельных по функциональному назначению узлов
Привод из совмещенных по функциональному назначению узлов
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Базовое множество концепций G b , включающее все возможные сочетания значений
фасетов, для конкретной проектной задачи необходимо отфильтровать с использованием
известных теоретических и заданных в техническом задании (ТЗ) критериев и ограничений. В качестве самых общих можно использовать критерий взаимного исключения и
критерий взаимного дополнения фасетов.
Результат фильтрации базового множества концепций G b представим матрицей совместимости А вариантов реализации классифицирующих признаков. Значение элемента
матрицы А является мерой совместимости фасетов. При использовании дискретной трехступенчатой шкалы совместимости матрица А заполнена по следующему правилу:
– если элемент матрицы a ij = -1, то реализации i и j несовместимы;
– если a ij = 0, то реализации i и j нейтральны по отношению друг к другу;
– если a ij = 1, то реализации i и j взаимно дополняют друг друга.
Для приводов ЛК матрица совместимости имеет вид
−








A =









−
−
0
0
0
0
0
0
0
1
−1
1
−
−
−
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
0
0
0
0
0
0
0
0
1
−1
−1
−1
−
−
−
−
−
−
0
0
0
0
0
0
0
−
0

0
0

0
0 
0

0
0

0
0

−
− 
Номера столбцов и строк матрицы A соответствуют порядку обозначений значений
фасетов в табл.1.
Матрица совместимости A является симметрической. Незаполняемые элементы
матрицы отмечены черточками.
Базовое множество G b для приводов ЛК включает 72 концепции. Из матрицы А
следует, что пары значений фасетов φ 11 и φ 32 , φ 22 и φ 33 , φ 23 и φ 33 , φ 24 и φ 33 несовместимы. Несовместимость пары значений фасетов φ 11 и φ 32 обусловлена нецелесообразностью
расположения на грузовой ветви конвейера дополнительных устройств для создания
фрикционного контакта с прижатием за счет натяжения ленты и других сил. Несовместимость пар φ 22 и φ 33 , φ 23 и φ 33 , φ 24 и φ 33 связана с тем, что бесконтактный электромагнитный способ передачи силы тяги невозможен без электрической энергии.
Несовместимость пары значений фасетов φ 11 и φ 32 приводит к выбраковке 8 концепций, остальных трех пар - к выбраковке 18 концепций. Поэтому множество концепций
после фильтрации G f содержит 46 концепций.
Отфильтрованное множество концепций G f представим фасетной таблицей (табл.
2), содержащей все допустимые сочетания значений фасетов.
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Обозначение
концепции
g1
g2
g3
φ1
φ 11
φ 11
φ 11
g 46
φ 13
Фасетная таблица
Значения фасетов
φ2
φ3
φ 21
φ 31
φ 21
φ 31
φ 21
φ 33
…
…
…
φ 24
φ 32
Таблица 2
φ4
φ 41
φ 42
φ 41
φ 42
В качестве формального способа выбора концепции примем сопоставление описаний концепций с требованиями ТЗ. Для этого описания концепций и ТЗ должны иметь
одинаковый формат, т.е. одинаковые правила составления описаний. Формат определяет
способ расположения и представления данных в таблицах, базах данных и других информационных объектах. С учетом [2] в табл. 3 приведены обязательные разделы ТЗ и описания концепций.
Таблица 3
Разделы ТЗ и описания концепций
Разделы ТЗ
Разделы описания концепций
1. Наименование. Идентификатор
1. Наименование. Фасетная формула
2. Перечень нормативных документов для
2. Перечень документов, источников инпроектирования
формации с характеристиками концепции, результатами испытаний, статистическими данными
3. Источники информации для проектиро3. Источники информации, использованвания
ные при разработке концепции
4. Технические требования:
4. Технические возможности, ограниче– основные параметры и характеристики; ния:
– требования назначения;
– диапазоны возможных значений ос– требования надежности;
новных параметров и характеристик;
– требования стойкости к внешним воз– область (условия) применения;
действиям
– данные о надежности аналогов;
– данные о стойкости эксплуатируемых
объектов, результаты испытаний
5. Конструктивные требования
5. Конструктивные ограничения
6. Требования к технологии изготовления
6. Перечень технологических процессов
изготовления аналогов
7. Эксплуатационные требования
7. Эксплуатационные характеристики
аналогов
8. Требования эргономики и безопасности
8. Показатели эргономики и безопасности
аналогов
9. Требования производственной санитарии 9. Показатели производственной санитаи экологии
рии и экологии аналогов
10. Экономические требования
10. Экономические показатели аналогов
Каждый раздел ТЗ и описания концепции может иметь несколько пунктов, содержащих текстовую, графическую и числовую информацию.
Методика описания концепции включает:
– выбор аналогов, соответствующих фасетной формуле (реальных объектов, проектов, описаний изобретений и других документов);
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
– сбор источников информации с характеристиками аналогов, результатами испытаний, статистическими данными;
– заполнение разделов описания концепции (табл. 3).
Многократное автоматизированное использование описаний концепций возможно
при создании онтологической модели концепции и применении инструментального средства, например редактора Protégé.
Описания ТЗ и концепции всегда содержат неопределенность вследствие недостатка информации, поскольку полную информацию об объекте проектирования содержит
только рабочий проект.
Соответствие пунктов описаний ТЗ и концепции оценим степенью совместимости
ζ i - дискретной экспертной оценкой в интервале [0,1]. Оценка ζ i = 0 означает, что требования i-го пункта ТЗ ни в коей мере (ни в коем объеме) не могут быть удовлетворены при
использовании концепции. Оценка ζ i = 1 означает, что требования i-го пункта ТЗ могут
быть полностью удовлетворены при использовании концепции.
Результатом сопоставления описания ТЗ и множества концепций G f может быть:
1. Выбор наиболее подходящей концепции по обобщающему оценки ζ i критерию.
Например, максимальная суммарная степень совместимости Σb i ζ i → max, где b i - весовые коэффициенты; или минимум максимальной несовместимости min(max(1-ζ i )).
2. Выбор Парето-оптимальных концепций.
3. Корректировка требований ТЗ.
4. Поиск, синтез новых концепций (расширение базового множества G b ).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Информатика / под ред. Н.В. Макаровой. -М.: Финансы и статистика, 2007. – С. 51 – 52.
2. ГОСТ 2.114-95. Технические условия. Правила построения.
Материал поступил в редколлегию 17.11.08.
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 621.81.004.1:624.04
М.А. Моисеенко, В.И. Сакало
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ
В ДЕТАЛЯХ ДИСКОВОГО ТОРМОЗА
На основе решения уравнения нестационарной теплопроводности в движущейся среде методом прямого
математического моделирования разработана методика определения полей температур и напряжений, возникающих в процессе торможения в деталях дискового тормоза скоростного вагона.
Ключевые слова: нестационарное температурное поле, дисковый тормоз, прямое математическое моделирование.
Одним из условий безопасности железнодорожных перевозок является обеспечение
высокой надежности тормозных систем. Их проектирование и доводка невозможны без
использования современных методов расчета. Однако из-за сложности математического
описания процесса теплообмена при торможении моделирование температурных полей в
деталях тормоза связано с большими трудностями. Актуальность этой проблемы объясняется тем, что ошибки в определении температурного поля ведут к накоплению ошибок
при последующем определении температурных напряжений, деформаций ползучести и
термопластичности, которые в конечном итоге приводят к существенной ошибке при
оценках надежности и в прогнозах ресурса деталей тормоза. Поясним суть и состояние
рассматриваемой проблемы.
Механическая часть дискового тормоза состоит из подвижных (диска тормоза) и неподвижных (башмака и колодки с накладками) деталей. При торможении они приводятся
в соприкосновение. В результате совершения работы сил трения в зоне фрикционного
контакта происходит интенсивное выделение тепла. Его большая часть отводится в детали
тормоза.
В настоящее время нет математической модели, позволяющей адекватно описать
процессы теплообмена, происходящие при торможении. Вместо нее предлагают модели,
упрощенно описывающие подвод тепла к отдельным деталям тормоза. В соответствии с
этими упрощениями предполагают, что температурное поле детали обладает угловой
симметрией, а долю тепла, отводимого каждой деталью тормоза, учитывают c помощью
коэффициента распределения тепловых потоков. Этот коэффициент определяется эмпирическим путем. От точности его определения зависит точность результатов расчета.
Ориентировочные значения коэффициента распределения тепловых потоков известны только для некоторых конструкций колодочного тормоза. Для дисковых тормозов таких данных нет.
Большая неопределенность при выборе граничных условий и, следовательно, низкая
достоверность расчета значений температур - еще не главный недостаток таких моделей.
С ним можно было бы мириться при проведении многовариантных расчетов с целью оптимизации конструкции тормоза. Однако модели, основанные на предположении об угловой симметрии полей температур, дают качественно неправильную картину их распределения в теле детали. Этот недостаток намного серьезнее. Его причина - некорректная постановка задачи.
Действительно, можно предположить, что геометрическая форма вращающихся деталей тормозов обладает угловой симметрией. Однако этого еще недостаточно для того,
чтобы можно было использовать осесимметричную модель для их расчета. Необходимо,
чтобы и нагрузки, действующие на деталь, обладали этим свойством. А это условие не
выполняется.
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Детальные исследования давлений в зоне фрикционного контакта дискового тормоза
[14] показали, что эпюры давлений на поверхностях трения не имеют какой-либо симметрии. Это обусловлено многими факторами, в том числе и действием опрокидывающего
момента.
В свою очередь, интенсивность тепловыделения в зоне фрикционного контакта q
пропорциональна давлению p на поверхности контакта:
(1)
q = fvp ,
где f - коэффициент трения; v - относительная скорость скольжения трущихся поверхностей.
Следовательно, и распределение тепловых потоков не обладает осевой симметрией.
Чтобы придать распределению тепловых потоков осевую симметрию, применяют следующий прием.
Эпюры давлений, полученные из решения контактной задачи, усредняют по окружности. Для этого вводят понятие коэффициента перекрытия K п . Он равен отношению
длин участка, на котором осуществляется подвод тепла ( L ), и окружности радиуса R . С
его помощью определяют эквивалентную удельную мощность тепловых источников, равномерно распределенных по окружности радиуса R [14].
Такой способ преобразования граничных условий используется во многих работах,
посвященных расчету температурных полей в деталях тормоза. Однако усреднение тепловых потоков приводит к тому, что решение суррогатной задачи существенно отличается
от решения исходной задачи. Это легко установить, если воспользоваться методами теории подобия.
Числа Кирпичева (Ki ) и Фурье (Fo ) для исходной ( Ki ' , Fo ' ) и суррогатной
( Ki " , Fo '' ) задач различны. Связь между ними можно выразить через коэффициент пере1
крытия К п следующим образом: Ki ' =
Ki " , Fo ' = К п Fo" .
Кп
Для существующих конструкций тормозных устройств железнодорожного подвижного состава значение коэффициента перекрытия лежит в пределах 0,1...0,3. Следовательно, исходная задача подменяется задачей, в которой тепло подводится с меньшей в несколько раз интенсивностью, а время теплового воздействия в несколько раз больше. Поэтому решение суррогатной задачи всегда будет отличаться более низкими градиентами
температуры и значительно большей глубиной прогрева детали.
Игнорирование конвективного переноса тепла, как одного из наиболее существенных физических процессов, происходящих при торможении, является главной причиной
неадекватности математических моделей, используемых в настоящее время при расчете
температурных полей в деталях тормоза. Конвективный перенос тепла обусловлен вращением деталей тормоза. Для его моделирования необходимо использовать уравнение нестационарной теплопроводности в движущейся среде [11]:
 ∂T

(2)
cρ 
+ v ⋅ grad T  = div(λ ⋅ grad T ) + Q ,
 ∂t

где
T - температура; t - время; c - удельная теплоемкость; ρ - плотность материала; v скорость движения среды; λ - матрица теплопроводности (в общем случае тензор второго
ранга); Q - мощность внутренних источников тепла; div и grad - соответственно дивергенция и градиент.
Если математическую модель переноса тепла при торможении строить на основании
уравнения (2), то становятся ненужными многие допущения. При такой постановке задачи
диск, башмак и колодку с накладками можно рассматривать как одно сплошное тело (точ58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
нее, как неоднородную сплошную среду). Поэтому отпадает необходимость в использовании коэффициента распределения тепловых потоков и допущения об осевой симметрии
температурного поля диска тормоза.
Для моделирования тепловыделения в зоне фрикционного контакта введем на границе контакта диска и накладки внутренний распределенный источник тепла. Его интенсивность будем рассчитывать по формуле (1).
Такой способ моделирования теплообмена при трении подробно рассматривается в
работе В. М. Александрова и М. И. Чебакова [1]. Авторы считают, что тепловыделение
происходит не на поверхности контакта, а в тонком слое, примыкающем к ней, который
они называют «третьим телом». Теплофизические свойства этого слоя из-за наличия продуктов износа, шероховатостей поверхностей контакта и существования множества мельчайших дефектов вблизи этих поверхностей (микроповреждений и трещин) весьма неоднородны по толщине и существенно отличаются от свойств тел, образующих пару трения.
В настоящем исследовании теплопроводность контактного слоя считалась анизотропной. По толщине контактного слоя коэффициент теплопроводности определялся как
величина, обратная термическому сопротивлению, которое рассчитывалось по формулам,
приведенным в работе В. М. Попова [9]. При этом учитывались шероховатость поверхностей и величина давления в зоне контакта. В других направлениях коэффициент теплопроводности рассчитывался на основе гипотезы объёмных долей.
Для определения давлений между накладками и диском дискового тормоза решалась
контактная задача. Сложность ее решения состоит в том, что в процессе торможения из-за
нагревания деталей тормоза распределение контактных давлений может существенно меняться. Методик решения контактных задач в такой постановке в настоящее время нет.
Однако при небольшой модификации релаксационный метод [10] может с успехом справиться с этой задачей. В сочетании с методом суперэлементов (СЭ) он позволяет понизить
размерность решаемых на каждой итерации систем уравнений.
В представленной работе релаксационный метод использовался только для определения давлений в зоне фрикционного контакта. На поверхностях сопряжения, находящихся вне зоны действия высоких температур (например, между накладками и деталями башмака), были использованы специальные контактные элементы, основанные на концепции
«псевдосреды» [2].
Решение уравнения (2) возможно только численными методами, среди которых наибольшей популярностью пользуется метод конечных элементов (МКЭ). Однако МКЭ
обеспечивает приемлемую точность только при моделировании стационарных и медленно
меняющихся температурных полей.
Это известная проблема [13]. Она состоит в том, что в результате конечноэлементной дискретизации уравнения (2) получается очень жесткая система обыкновенных дифференциальных уравнений. По этой причине для решения нестационарных задач с быстро
меняющимися краевыми условиями необходимо применять специальные методы. Обычно
они строятся на основе неявных многостадийных схем Рунге-Кутты второго [4] и третьего
порядков точности [5]. Эти методы обладают свойствами A- и L-устойчивости [15] и позволяют получать решение уравнения (2) с высокой точностью, но при их использовании
приходится выполнять большой объем вычислений. Поэтому при разработке специализированного комплекса программ для моделирования полей температур и напряжений в деталях дискового тормоза большое внимание было уделено вопросу повышения эффективности реализации МКЭ в трехмерной постановке.
Один из наиболее эффективных путей снижения объема вычислений при реализации
трехмерных моделей состоит в использовании конечных элементов высоких порядков
точности [6]. Однако в практике расчетов эти элементы используются сравнительно редко, а главное - крайне неэффективно. Это объясняется тем, что существующие реализации
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
МКЭ, в том числе и ставшие индустриальными стандартами (ANSYS, NASTRAN [16]),
предоставляют своим пользователям очень ограниченный выбор элементов высоких порядков точности. Как правило, это элементы второго порядка точности. Элементы третьего и более высоких порядков точности включаются в библиотеки элементов программных
комплексов очень редко.
Методические вопросы, связанные с использованием элементов высоких порядков
точности для расчета сложных конструкций, разработаны тоже очень слабо. Применение
таких элементов имеет свои особенности. В отличие от простейших (линейных) элементов
использование только одного типа элемента высокого порядка точности для аппроксимации всей конструкции нерационально. При анализе прочности детали интерес представляют экстремальные значения напряжений или температур. Их локализация (концентрация) происходит в сравнительно небольших областях (зонах) детали. Для аппроксимации
исследуемой функции в этих областях и следует использовать элементы высокой точности. Тогда возникает вопрос: каким образом аппроксимировать исследуемую функцию
вне этих зон? Ответом на него может стать использование переходных элементов [6;7].
Переходные элементы имеют произвольное число промежуточных узлов на ребрах,
потому с их помощью очень легко строить модели, состоящие из элементов различных
порядков точности. Например, в местах высоких градиентов температуры или концентрации напряжений можно, не прибегая к сгущению конечноэлементной сетки, повысить
точность аппроксимации (причем избирательно и в нужном направлении) очень простым
способом. Он состоит в увеличении числа промежуточных узлов на соответствующих
ребрах элемента.
Чтобы в полной мере использовать преимущества элементов высоких порядков, был
реализован алгоритм [7], который позволяет сгенерировать 531441 тип переходных неполных элементов сирендипова семейства с 1-го по 3-й порядок точности. Элементы этого
семейства представляют собой шестигранные призмы [13]. Путем совмещения узлов из
них можно получать вырожденные элементы в виде пятигранных призм, пирамид или
тетраэдров [2], а путем смещения узлов - сделать их сингулярными [8]. Чтобы улучшить
точность и качество аппроксимации объектов со сложной геометрической формой, в разработанном комплексе программ наряду с изопараметрическим разрешено использование
суб- и суперпараметрического преобразований координат [13].
Уравнение (2) решалось двумя способами. Первый из них состоял в непосредственном решении этого уравнения. Его дискретизация методом Петрова-Галеркина (SUPG
[20]) приводит к системе нелинейных уравнений с несимметричной матрицей. Её решение
требует большого объема вычислений. Поэтому был разработан более простой способ получения решения уравнения (2), основанный на методе прямого математического моделирования. Суть его состоит в том, что на каждом шаге по времени решается уравнение (2)
без конвективного члена. А перенос тепла конвекцией моделируется тем, что на каждом
шаге по времени температурное поле диска поворачивается на угол, определяемый кинематикой движения поезда.
Оба способа обеспечивают высокую точность решения. Это было проверено при
решении тестовых задач. Однако способ непосредственного решения уравнения (2) требует использования более мелкого шага по времени. Способ прямого математического моделирования оказался менее требователен к величине шага по времени. Поэтому при сопоставимой точности решения он позволяет получить решение задачи с меньшими затратами.
Выбор шага по времени оказывает очень большое влияние на точность и устойчивость численных методов, применяемых при решении нестационарных задач. При этом
надо учитывать, что дискретизация по времени и пространству должны быть согласованы
[3;16]. Например, нельзя использовать грубую сетку и маленький шаг по времени. При
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
применении трехмерных моделей это приводит к необходимости использования специальных приемов работы с конечноэлементной сеткой, таких, как метод редуцированных
элементов (МРЭ) [17] или метод конечных суперэлементов (МКСЭ) [18]. Альтернативой
им может стать применение специальных [19] и сингулярных элементов. В настоящем исследовании использовались сингулярные элементы 2-го и 3-го порядков точности. Это позволило получать приемлемую точность расчета при сравнительно небольшом числе элементов.
Разработанная методика была использована при исследовании одного из вариантов
дискового тормоза Тверского вагоностроительного завода. Конструкция тормоза состоит
из диска, колодки и башмака. Диск выполнен из стали марки 20X13. Его параметры: толщина - 40 мм; внутренний диаметр - 340 мм; наружный диаметр - 620 мм. Торможение
осуществляется за счет прижатия к двум торцевым поверхностям диска башмаков с тормозными колодками. Колодка состоит из пластины, к которой приклепаны тормозные накладки. Башмак сварен из пластин, ребер жесткости и проушин. Усилие нажатия на башмак передается через валик, проходящий сквозь отверстия в проушинах.
Зеркальная симметрия этой конструкции тормоза относительно серединной плоскости диска позволяет ограничить область исследования только одной из ее половин (рис. 1). Для аппроксимации этой области потребовалось
19113 переходных элементов сирендипова семейства от 1-го до 3-й порядок
точности. При этом общее число узлов
модели составило 90754.
При расчете распределения контактных давлений между поверхностями накладок и диска принималось усилие нажатия на тормозной башмак 21
кН. Контактные давления рассчитаны с
учетом влияния опрокидывающего момента. Результаты расчета показаны на
Рис. 1. Конечноэлементная модель дискового тормоза:
1- диск; 2 - колодка; 3 - башмак
рис. 2.
Нестационарные тепловые поля и
температурные напряжения, возникающие в деталях тормоза, рассчитывались
для режима экстренного торможения поезда. Скорость поезда в начале торможения принималась равной 160 км/ч, а время торможения до полной остановки –
55 с.
В процессе расчета шаг по времени
◌ּ
менялся в диапазоне 2 ּ◌10-4…8 10-4 с.
Эти значения шага по времени были выбраны на основе серии численных экспериментов. Они соответствуют повороту диска дискового тормоза на 1 градус. Выбор
такого шага по времени объясняется резким изменением граничных условий из-за вращения диска, а следовательно, высокими градиентами температуры по толщине диска. Поэтому для построения конечноэлементной модели диска использовалась неравномерная
Рис. 2. Контактные давления на поверхности диска (значения в разрывах изолиний показывают значения давлений в МПа)
61
P
P
P
P
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
сетка, состоящая из 6 слоев сингулярных элементов третьего порядка точности. Толщина
верхнего слоя элементов составила 1,2 мм. Это и обеспечило высокую точность расчета.
Анализ результатов расчета (рис. 3) показывает, что конвективный перенос тепла
оказывает существенное влияние на формирование профиля температурного поля деталей
тормоза. Если в начале процесса торможения распределение температур соответствует
распределению контактных давлений, то в дальнейшем профиль температурного поля
полностью меняется (рис. 4а). Максимальная температура 409 °С на поверхности диска
достигается на 41-й секунде торможения.
a)
б)
Рис. 3. Распределение температур в диске тормоза: а - при повороте диска на 180 град;
б - при повороте на 720 град (значения в разрывах изолиний показывают температуру в °С)
б)
Рис. 4. Температуры на поверхностях трения: а - диска;
б - накладки (значения в разрывах изолиний показывают температуру в °С на 41-й с торможения)
а)
Во время торможения перепады температуры в окружном направлении не превышают 60...70 °С.
Интенсивность напряжений в поверхностных слоях диска дискового тормоза (рис.
5а) превышает предел текучести материала диска. Напряжения такой интенсивности локализуются в сравнительно тонком поверхностном слое диска (рис. 5б). Продолжитель62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
ность их воздействия не превышает нескольких секунд. Из-за вращения диска происходят
высокочастотные пульсации температуры и напряжений. На поверхности диска амплитуда колебаний температуры достигает 60...70 °С, а амплитуда колебаний интенсивности
напряжений превышает 90 МПа. Высокочастотные колебания температурных напряжений
возникают в поверхностных слоях диска в течение всего процесса торможения и должны
приниматься в расчет при оценках прочности этой детали. Интенсивность напряжений в
неподвижных деталях тормоза невелика. Например, их максимальное значение на поверхности накладки не превышает 360 МПа.
б)
Рис. 5. Распределение интенсивности напряжений:
а - на поверхности диска; б - по толщине диска
(значения в разрывах изолиний показывают интенсивность напряжений в МПа на 41-й с торможения)
а)
Подводя итоги, следует отметить, что разработанная методика позволяет на качественно новом уровне проводить исследование теплового и напряженно-деформированного
состояния деталей тормоза. Она свободна от допущений, которые делают неадекватными
существующие методики расчета этих деталей, и способна воспроизводить с высокой
точностью все особенности тепловых и силовых воздействий на детали тормоза при любых режимах торможения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Александров, В.М. Введение в механику контактных взаимодействий / В. М. Александров, М.И.
Чебаков. – Ростов н/Д: ЦВВР, 2007. – 114 с.
Бабин, А. П. Методические основы учета нелинейных эффектов при решении задач механики твердого тела: дис…. канд. техн. наук / А. П. Бабин. – Брянск, 2004. – 190 с.
Ершов, Н. Ф. Метод конечных элементов в задачах гидродинамики и гидроупругости / Н. Ф. Ершов,
Г. Г. Шахверди. – Л.: Судостроение, 1984. – 237 с.
Исполов, Ю. Г. Конечноэлементный анализ нестационарных полей в деталях ГТУ / Ю. Г. Исполов,
Н. Н. Шабров // Проблемы прочности. - 1989. - №12. – С. 82–87.
Исполов, Ю. Г. Построение методов и организация алгоритмов численного интегрирования нестационарной задачи теплопроводности / Ю. Г. Исполов, Е. А., Постоялкина, Н. Н. Шабров // Дифференциальные уравнения и процессы управления: электрон. журн. – 2002. - №2.http://www.newa.ru/journal.
Корнеев, В. Г. Схемы метода конечных элементов высоких порядков точности / В. Г. Корнеев. – Л.:
Изд-во Ленингр. ун-та, 1977. – 206 с.
Моисеенко, М. А. Решение задачи термоупругости с использованием переходных конечных элементов высокой точности / М. А. Моисеенко, Г. А. Неклюдова // Материалы XII Международного
симпозиума «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных
сред»: избр. докл. – М.: Изд-во МАИ, 2006. – С. 121-124.
Морозов, Е. М. Метод конечных элементов в механике разрушения / Е. М. Морозов, Г. П. Никишков. – М.: Наука, 1980. - 256 с.
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
Попов, В. М. Теплообмен в зоне контакта разъемных и неразъемных соединений / В. М. Попов. –
М.: Энергия, 1971. – 216 с.
Сакало, В. И. Контактные задачи железнодорожного транспорта / В. И. Сакало, В. С. Коссов. – М.:
Машиностроение, 2004. – 496 с.
Самарский, А. А. Вычислительная теплопередача / А. А. Самарский, П. Н. Вабищевич. – М.: Едиториал УРСС, 2003. – 784 с.
Сегерлинд, Л. Применение метода конечных элементов / Л. Сегерлинд. – М.: Мир, 1979. –302 с.
Стренг, Г. Теория метода конечных элементов / Г. Стренг, Дж. Фикс. – М.: Мир, 1977. – 349 с.
Тишенко, П. А. Нестационарные температурные поля в элементах дискового тормоза скоростного
вагона с учетом нестабильности теплового контакта: дис…. канд. техн. наук / П. А. Тишенко. –
Брянск: БГТУ, 2004. – 175 с.
Хайрер, Э. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Жесткие и дифференциальноалгебраические задачи / Э. Хайрер, Г. Боннер. - М.: Мир, 1999. - 685 с.
Шимкович, Д. Г. Расчет конструкций в MSC.visualNastran for Windows / Д.Г.Шимкович. - М.: ДМК
Пресс, 2004. - 704 с.
Вороненок, Е. Я. Метод редуцированных элементов для расчета конструкций / Е. Я. Вороненок, О.
М. Палий, С. В. Сочинский. - Л.: Судостроение, 1990. – 220 с.
Жуков, В.Т. Применение метода конечных суперэлементов для решения задач конвекции-диффузии
/ В. Т. Жуков, Н. Д. Новикова, Л. Г. Страховская, Р. П. Федоренко, О. Б. Феодоритова // Математическое моделирование. – 2002. - Т. 14. - №11. - C. 78–92.
Флетчер, К. Численные методы на основе метода Галёркина / К. Флетчер. – М.: Мир, 1988. – 352 с.
Hughes, T. J. R. Recent progress in the development and understanding of SUPG methods with special reference to the compressible Euler and Navier-Stokes equations / T. J. R. Hughes // Intrn. Journ. for Numer.
Met. in Fluids. – 1987. - V. 7. - P. 1261-1275.
Материал поступил в редколлегию 04.02.09.
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 621.87
М.С. Корытов
МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ ЭКВИДИСТАНТНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ В ЗАДАЧЕ
ПОИСКА ПУТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГРУЗА АВТОКРАНОМ
Описана методика построения эквидистантной поверхности вокруг любой реальной поверхности препятствий, заданной на двухмерной дискретной сетке с произвольным шагом, которая предназначена для использования в алгоритмах поиска кратчайшего пути перемещения груза в системах автоматического управления
автомобильных грузоподъемных кранов.
Ключевые слова: автокран, эквидистантные поверхности, препятствия, кратчайшая траектория, поиск пути.
При перемещении грузов автомобильными кранами, как правило, не ставится задача
точной отработки траектории перемещения груза. Достаточно обеспечить достижение
финишной точки. Кроме того, необходимо обеспечить ряд условий при движении груза,
например ограничения ускорения, сохранения ориентации груза в некоторых (обычно довольно широких) пределах (иногда достаточно, чтобы груз не опрокинулся). При перемещении емкостей с жидкостями или хрупких грузов требования могут быть более жесткими [1 - 3].
Однако существуют ситуации, при которых задание определенной траектории перемещения груза необходимо. Например, при наличии различных препятствий между начальным и конечным положениями груза возможно: 1) поднятие груза выше препятствий
и его перемещение над ними; 2) обход препятствий сбоку без поднятия груза над ними,
особенно если высота препятствий достаточно велика или они вообще непреодолимы по
высоте для данной конструкции автокрана. Таким образом, наличие препятствий предусматривает их обход с какой-либо стороны, а следовательно, возникает задача минимизации пути.
Использование методик поиска кратчайшего пути в системе автоматического управления автокраном позволит перемещать груз по оптимальной траектории, обеспечивая
минимизацию расстояния (а следовательно, повышение производительности) и одновременно плавность перемещения (ограничение первых двух производных: скорости и ускорения).
Необходимо переместить груз из начального положения в конечное, минуя препятствия, расположение и форма которых известны. Дополнительно необходимо минимизировать длину траектории перемещения. Форма и размеры груза предполагаются известными.
Все преобразования в трехмерном пространстве могут быть сведены к композиции
двух преобразований: вращения и переноса вдоль координатных осей. Это позволяет разделить и выполнять по отдельности: 1) нахождение траектории определенной точки груза
в трехмерном пространстве с препятствиями; 2) оптимизацию траекторий трех угловых
обобщенных координат груза.
Выполнение п. 1 предполагает расчет и оптимизацию пути перемещения характерной точки - начала координат системы груза - в среде с поверхностями-препятствиями,
представляющими собой пространственные эквидистантные (равноудаленные) поверхности, соответствующие реальным поверхностям препятствий.
Построение эквидистантных поверхностей вокруг реальных при поиске траектории
движения точки начала координат системы груза необходимо для того, чтобы исключить
столкновение груза с реальными поверхностями препятствий.
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Эквидистантные поверхности предлагается построить на расстоянии эквидистантного радиуса R от реальных поверхностей препятствий, равном
R =l g +l зап ,
где l g – расстояние от точки начала координат системы груза до наиболее удаленной от
начала координат периферийной точки груза в заданном направлении, определяемом угловой ориентацией груза относительно препятствия в момент его прохождения; l зап – запас расстояния, учитывающий возможное раскачивание груза, погрешность округления
алгоритма, погрешность при сглаживании траектории, погрешность реализации алгоритма
приводами и т.п.
Возможно задание фиксированного значения l g в виде максимального значения
вдоль одной из координатных осей (X g, Y g, Z g ) системы координат груза (l gx на рис. 1).
Пусть рабочая область с препятствиями (рис. 2 а) задана в виде двухмерного массива
чисел – высот точек реальной поверхности z ij , где i = 1… i max ; j=1… j max ; i max –
Zg
число точек рассматриваемой области
вдоль оси X 0 ; j max – число точек вдоль оси
Y0.
Yg
Xg
Исходя из условия закрепления
(строповки) грузов и требования о том,
что расположение грузового каната автоГруз
крана в процессе перемещения груза
должно оставаться вертикальным (что
lgz
регламентируется Правилами техники
lgx
lgy
безопасности при эксплуатации стреловых самоходных кранов ВСН 274-88 [1]),
примем допущение о невозможности нахождения характерной точки груза под
Рис. 1. Определение величины lg
каким-либо навесом, создаваемым препятствиями (рис. 3).
Z0
X0
Z0
X0
Y0
а)
Y0
б)
Рис. 2. Реальная (а) и соответствующая ей эквидистантная (б) поверхности (пример)
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
а)
б)
Рис. 3. Варианты расположения груза:
а – возможные; б - невозможный
r
∆j
R
∆i
r
R
R
а)
б)
Рис. 4. Схема к определению эквидистантных
поверхностей: а – вид сверху; б – вид сбоку
Из этого допущения следует, в частности, что при построении эквидистантных поверхностей навесы и проемы любой
формы в препятствиях типа стен и др. учитываться не должны. Таким образом, рабочая область будет представлена в виде
некоторой «поверхности», образованной
максимальными по высоте (вдоль гравитационной вертикали) точками объектовпрепятствий.
При построении конечной эквидистантной поверхности – так же: если для
одинаковых значений x и y будет получено
несколько различных значений вертикальной координаты z (для точек, равноудаленных от различных точек исходной поверхности), из них будет взято одно - максимальное.
Эквидистантные поверхности на
дискретной двухмерной сетке предлага∆z ется строить по следующему алгоритму:
- при помощи циклов, меняющих i
и j, осуществить перебор каждой точки
сетки с высотой z ij и для каждой из ее
ближайших точек-соседей, входящих в
область эквидистантного радиуса R (за
исключением тех, которые выходят за
пределы рассматриваемой рабочей области), определить значения r и ∆z (рис.
4):
r=
(∆i ⋅ ∆l )2 + (∆j ⋅ ∆l )2 ,
где ∆i=∆j= –окр. целое(R/∆l)…+окр. целое(R/∆l);
∆z = R2 − r 2 ;
- для текущих значений i и j подсчитать значение высоты z':
z'= z ij +∆z;
- сравнить высоты z' и z i1j1 и при выполнении неравенства z'>z i1j1 присвоить z i1j1 значение z':
z i1j1 =z',
где i 1 =i+∆i; j 1 =j+∆j.
Блок-схема описанного алгоритма приведена на рис. 5. Возможна его дальнейшая
модификация для построения так называемых полидистантных поверхностей. Для этого
потребуется рассмотрение переменного значения R для различных значений, например, i.
В более сложном случае, если необходимо учесть разные степени удаления вдоль разных
координатных осей, возможно видоизменение схем, приведенных на рис. 5, и рассмотрение эллипсов вместо окружностей.
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
…
i=1:imax
j=1: jmax
∆i=–окр.(R/∆l),
+окр.(R/∆l)
∆j=–окр.(R/∆l),
+окр.(R/∆l)
i1=i+∆i
j1=j+∆j
i>imax или
i<1 или
j>jmax или
j<1
Нет
r=
Нет
Да
(∆i ⋅ ∆l )2 + (∆j ⋅ ∆l )2
r>R
Да
∆z = R 2 − r 2
z'= zij+∆z
Да
z'>zi1j1
Нет
zi1j1=z'
…
Рис. 5. Блок-схема алгоритма построения
эквидистантной поверхности
Значения i max и j max определяются дискретностью сетки координат ∆l и максимальными значениями координат рассматриваемой области x max , y max . Для рассматриваемого
примера (рис. 2) i max =x max /∆l=20/0,1=200; j max =y max /∆l=20/0,1=200.
Пусть l gy =l gx = 0,5 м (рис. 1). Примем l g =0,5 м, l зап =0,5 м. Эквидистантный радиус
будет равен R =l g +l зап =1,0 м. Построенная в качестве примера для R=1,0 м эквидистантная
поверхность приведена на рис. 2 б.
Разработанная методика позволяет построить эквидистантную поверхность вокруг
любой реальной поверхности препятствий, заданной на двухмерной дискретной сетке с
произвольным шагом. Предполагается использование методики в алгоритмах поиска
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
кратчайшего пути перемещения груза в системах автоматического управления автомобильных грузоподъемных кранов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов и кранов-манипуляторов: ПБ
10-382-00 и ПБ 10-257-98. – Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2007. – 335 с.
Котельников, В.С. Комментарий к правилам устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных
кранов (ПБ 10-382-00) / В.С. Котельников, Н.А. Шишков. – М.: МЦФЭР, 2007. – 720 с.
Правила техники безопасности при эксплуатации стреловых самоходных кранов: ВСН 274-88. – М.:
СтройИнфо, 2007. – 22 с.
Материал поступил в редколлегию 16.03.09.
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 621.83.06
М.Е. Лустенков
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛАНЕТАРНЫХ ШАРИКОВЫХ ПЕРЕДАЧ
С РАЗЛИЧНЫМИ ПРОФИЛЯМИ БЕГОВЫХ ДОРОЖЕК
Рассмотрены конструкция и принцип работы планетарных шариковых передач. Приведены уравнения, описывающие профили беговых дорожек различных типов, и проведен их сравнительный анализ по возможности осуществления зацепления с постоянным передаточным отношением и по КПД.
Ключевые слова: планетарная передача, тело качения, беговые дорожки, КПД.
Планетарные шариковые передачи применяются в настоящее время для увеличения
передаваемых усилий ручного механизированного инструмента (баллонных ключей, гайковертов и т.д.) и для создания малогабаритных редукторов технологического оборудования [1]. Благодаря компактности данные передачи могут встраиваться в механизмы, работающие в условиях ограниченных диаметральных размеров.
Рассмотрим конструкцию этих передач с различными типами беговых дорожек
(рис. 1) и их принцип работы. При вращении ведущего вала 1 с закрепленными на нем
двумя торцовыми кулачками, образующими беговую дорожку, тела качения 4 перемещаются по ней и по волнообразному профилю наружного кулачка 3, закрепленного в корпусе (на рис. 1 корпус не показан), а также совершают колебательные движения вдоль пазов,
выполненных на внутренней цилиндрической поверхности выходного вала 2.
Беговые дорожки в
модели передачи могут
быть представлены как
две кривые, замкнутые на
цилиндре с радиусом образующей R. Кривые являются периодическими с
числами периодов Z 1 и Z 3 .
Одна кривая описывает
однопериодную дорожку
Рис. 1. Конструкция планетарной шариковой передачи: а - с синусои(Z 1 =1) на ведущем валу,
дальным профилем беговых дорожек; б - с эллипсообразным
другая – многопериодную
и дугообразным профилями беговых дорожек
торцовую
поверхность
(Z 3 ) наружного кулачка. Центры тел качения расположены в точках пересечения этих
кривых, причем учитываются точки пересечения разнонаправленных ветвей кривых - восходящих и нисходящих и наоборот. Преимуществами планетарных шариковых передач
являются независимость передаточного числа от радиальных габаритов и повышенная нагрузочная способность, связанная с большим числом тел качения, одновременно передающих нагрузку. Работу одного тела качения независимо от других можно рассматривать как сочетание прямого и обратного кулачковых механизмов. Кинематика же всей передачи полностью подчинена формуле Виллиса (функцию чисел зубьев центральных колес выполняют числа периодов сопрягаемых кривых Z 1 и Z 3 ), что доказывает правомерность использования термина «планетарная передача».
Обратимся к уравнению развертки на плоскость xOy периодической кривой, замкнутой на цилиндре: y i = f ( Z i x i ) , где Z i – число периодов кривой; i – номер кривой (i=1, 3).
Ось Ох является центральной линией. Математическая модель передачи представляет собой систему двух таких уравнений, решаемых совместно. Синусоидальная форма беговых
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
дорожек с уравнениями y i = A sin (Z i xi R ) , где А – амплитуда кривых, была одной из
первых форм, используемых в планетарных шариковых передачах [2]. Однако она имеет
ряд недостатков, одним из которых является явление срезания вершин беговых дорожек
при их изготовлении сферической фрезой. Вследствие этого нарушается постоянство контакта тел качения на вершинах синусоид, что приводит к увеличению шума и динамических нагрузок в передаче при высоких скоростях вращения. В литературе [3] приводятся
уравнения других видов кривых – гладко-кусочных функций, в частности циклоиды, спирали Архимеда, винтовой линии, сопряженных полуокружностей. Данные уравнения располагают кривые на плоскости с центральной линией в виде окружности. Преимущества
кривых были рассмотрены только с точки зрения исследования жестких и мягких ударов
тел качения на вершинах: проанализированы изменения скоростей и ускорений. Также
отмечено, что постоянство углового шага обеспечивается только при взаимодействии
кривых одного типа.
Получены уравнения, позволяющие построить и проанализировать некоторые кривые, расположенные на цилиндрической поверхности, и их развертки на плоскости.
Для кусочно-винтовой кривой (совокупности чередующихся нисходящих и восходящих участков отрезков прямых) уравнение на плоскости имеет следующий вид:


 Z x  πR 


x− i ⋅

πR  Z i 
 Z i x  


y i = sign − sin 
  − 2 AZ i 
+
πR
 R  












A , x = 0  2πR,



(1)
где квадратными скобками обозначена математическая операция, выделяющая целую
часть числа; i – номер кривой (1 или 3).
Кусочно-винтовая кривая характеризуется постоянными углами наклона во всех точках зацепления и, следовательно, равномерным износом рабочих поверхностей. На рис. 2
приведена схема взаимодействия двух кусочно-винтовых кривых (однопериодной и четырехпериодной). Движение одной кривой относительно другой вдоль оси абсцисс имитируется заменой для однопериодной кривой в уравнении (1) параметра x на (x±Δ), где Δ –
параметр, изменяемый с некоторым шагом.
Рис. 2. Развертка на плоскость кусочно-винтовых кривых: 1 – однопериодная кривая;
2 – многопериодная кривая
Кусочно-винтовая кривая в пространстве опишется в декартовой системе координат
следующей системой параметрических уравнений (t – параметр, t = 0 2πR ):
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
t 
x = R cos ;
R


 Z t  πR

t −  i ⋅

πR Z
t 
 Z i t  

yi = R sin  ; z i = sign − sin   − 2 AZ i    i
πR
 R  

R











 + A , .






Рассмотрим уравнения кривых с дугообразным профилем (кривые представляют собой сочетание сопряженных дуг окружностей) на плоскости (рис. 3). Преимущество беговых дорожек передачи с профилем данного типа заключается в полном отсутствии явления срезания вершин при их изготовлении. При этом уравнение многопериодной кривой
имеет вид
y 3 = (−1)
 x


+1
 2 R0 


2


 x
 
R02 −  x − 2 R0   + 1 − 1 − R0  ,


  R0  


(2)
где R 0 – радиус сопрягаемых полуокружностей.
Параметрические уравнения, описывающие пространственную кривую ( t = 0 2πR ):
t 
t 
x3 = R cos ; y3 = R sin  ; z3 = (−1)
R
R


 t +1
 2R

0 

2


 t
 
R02 −  t − 2 R0   + 1 − 1 − R0  , . (3)


  R0  


Параметр R 0 в выражениях (2) и (3) фактически выполняет функцию амплитуды, однако, в отличие от синусоиды значения числа периодов Z 3 , радиуса образующей цилиндра
R и амплитуды А для круглого профиля взаимозависимы и не могут назначаться произвольно.
Процедуру выбора этих параметров для многопериодного зацепления представим в
виде следующего алгоритма. Исходным является значение числа периодов Z 3 , которое определено передаточным отношением. Из условия минимизации потерь мощности на трение скольжения определяем оптимальное значение амплитуды [4] и приравниваем его к
радиусу R 0 . Радиус R окружности, образующей цилиндрическую поверхность, определяем
по формуле
2πR = 4 ZR0 ⇒ R = 2 Z 3 R0 / πR.
(5)
После округления радиуса R до целого значения необходимо окончательно уточнить
радиус R 0 . В случае ограниченности диаметральных габаритов передачи значение R может задаваться изначально. Тогда
A = R0 =
πR
2Z 3
.
(6)
Сопряженный с многопериодным профилем однопериодный профиль будет представлять собой сочетание двух дуг окружностей. Радиус этих дуг R 1 определится из следующего уравнения:
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
2
 2πR 
π 2R2 A

 = (2 R1 − A)A ⇒ R1 =
+ .
8A
2
 4Z 3 
Уравнение однопериодного профиля в системе координат xOy будет выглядеть следующим образом:
y1 = (− 1)



x


πR 
2


x


 πR 

πR  x  
(R1 − A).
R12 −  x −
−  πR  − (− 1)
2  πR  

(4)
На рис. 3 показано взаимодействие двух кривых, составленных из сопряженных дуг
окружностей.
Взаимодействие двух кривых
исследовалось по следующему алгоритму. Численными методами
решалось уравнение, полученное в
результате приравнивания правых
частей уравнений (2) и (4), описывающих многопериодную и однопериодную кривые. При этом задавались два интервала для локаРис. 3. Взаимодействие кривых с дугообразным
лизации корней. Например, для
профилем: 1 – однопериодная кривая;
кривых, изображенных на рис. 3,
2 – многопериодная кривая
это интервалы {2πR/10, 6πR/10},
{6πR/10, πR}. Определяемая разница между найденными корнями характеризует расстояние между двумя точками пересечения кривых - А и В (рис. 3). Далее аргументу х в уравнении однопериодной кривой (4) сообщалось приращение, что имитировало перемещение этой кривой вдоль оси Ох. При этом процедура определения корней и вычисления
разницы между их значениями повторялась и т.д.
Вычисления по описанному алгоритму проводились для различных видов сопряженных кривых. Все передачи имели следующие параметры: R=20 мм, Z 1 =1, Z 3 =4. На рис. 4
показаны результаты анализа, проведенного в диапазоне изменения угла поворота ведущего вала от 0 до 0,9π. Постоянство расстояний вдоль оси Ох, а значит, постоянство углового шага между точками пересечения обеспечивается для сопряженных кривых одного
типа: двух синусоид и двух кусочно-винтовых кривых. Постоянство углового шага дает
возможность ввести в конструкцию передачи звено 2 (рис. 1), позволяющее суммировать
относительные и переносные движения тел качения и создать передачу, обеспечивающую
постоянное передаточное отношение.
Две кривые, образованные сопряженными дугами окружностей, не обеспечивают
постоянства углового шага при изменении угла поворота ведущего вала с однопериодной
кривой. При этом расстояние между точками пересечения А и В в начальный момент составляло 23,7 мм, а расстояние между точкой А и точкой пересечения кривых О, расположенной левее (начало координат), составило 25,6 мм. Аналогичная ситуация наблюдалась
и при взаимодействии кривых различных типов: многопериодной кривой, составленной из
сопряженных дуг окружностей, с однопериодными кусочно-винтовой кривой и синусоидой.
Проведенный анализ явился основой для создания алгоритма синтеза уравнений
взаимодействующих кривых. Как было показано, различные кривые обладают различными преимуществами. Целью синтеза является получение уравнения однопериодной кри73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
вой на плоской развертке, обеспечивающей постоянство передаточного отношения при
взаимодействии с заданной многопериодной кривой. Исходными данными являются
уравнение многопериодной кривой на плоскости y=f(x) и Z 3 – число периодов многопериодной кривой.
Рис. 4. Изменение расстояния между точками пересечения различных типов сопрягаемых кривых: 1 – две
синусоиды (две кусочно-винтовые кривые); 2 – две кривые, образованные сопряженными дугами окружностей; 3 – кусочно-винтовая кривая и кривая, образованная сопряженными дугами окружностей; 4 – синусоида и кривая, образованная сопряженными дугами окружностей
В уравнении многопериодной кривой постепенно изменяем аргумент (x) от нуля до
значения 2πR/Z 3 с постоянным шагом. При этом на каждом шаге вычисляем координаты
однопериодной кривой по формулам
x1' = xZ 3 ; y1' = y.
Таким образом, формируется массив значений координат, соединенный сплайновой
кривой. Взаимодействие полученной однопериодной кривой с многопериодной кривой с
дугообразным профилем показано на рис. 5.
Рис. 5. Взаимодействие синтезированной кривой (1) и кривой, представляющей собой
сочетание дуг окружностей (2)
Дальнейшей задачей исследований было определение аналитической зависимости
для построения кривой 1 (рис. 5). Было предположено, что данная кривая представляет
собой сопряжение ветвей эллипса с полуосями πR/2 и R 0 . Данная гипотеза подтвердилась,
и было выведено уравнение развертки на плоскость кривой эллипсообразной формы:
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
2
 x

y1 = (− 1) πR +1 R02 −

L L  x 
 x − −    R02
4 2  πR  

L
 
4
2
(5)
.
Проведенный анализ взаимодействия двух кривых подтвердил правильность зацепления: расстояния между точками пересечения остаются постоянными. После упрощения
зависимостей (2) и (5) были получены следующие параметрические уравнения в пространственной декартовой системе координат для круглого профиля для однопериодной
кривой:
2

t

+1 πR

t 
t 
x1 = R cos ; y1 = R sin  ; z1 = (−1)  πR  ⋅
2Z 3
R
R
 πR
 t 
4 t −
− πR   
2
 πR  

1−
, .
π 2R2
Многопериодная беговая дорожка второй крайней обоймы представляет собой сочетание дуг окружностей и описывается уравнениями:
Z t 
 3 +1
 πR



2
π 2 R 2  πR   Z 3 t   πR 
t 
t 

x2 = R cos ; y 2 = R sin  ; z 2 = (−1)
− t −
+ 1 − 1 −
,
Z 3   πR
4 Z 32
R
R
  2 Z 3 

Здесь t – параметр (дуговая координата, отсчитываемая вдоль окружности с радиусом R,
расположенной в плоскости xOy, причем центр окружности совпадает с началом координат).
Квадратными скобками в приведенных уравнениях обозначены математические операции выделения целой части числа и отбрасывания его дробной части.
Также был разработан алгоритм определения КПД планетарных передач с телами
качения с использованием кривых различных типов.
Заданными считаются уравнения кривых (однопериодной и многопериодной) как
функции от абсциссы x и угла поворота ведущего вала φ 1 . Для первой кинематической
схемы известны передаточное число u и длина развертки окружности L=2πR. В качестве
примеров рассмотрим синусоидальные беговые дорожки, сочетание сопряженных дуг окружностей и ветвей эллипса и сочетание кусочно-винтовых кривых.
По заданным уравнениям составляется k (i=1,2…k) зависимостей (k – число учитываемых точек пересечения взаимодействующих кривых, т.е. число тел качения), которыми
определяются ординаты точек пересечения. Для синусоидальных однопериодной и многопериодной беговых дорожек соответственно:
(i − 1)L


 x+

1


k
− ϕ1 1 −  ;
y1 sin i ( x, ϕ1 ) = A sin  Z 1

R
 u 




(i − 1)L


x+


Zϕ
k
y 3 sin i ( x, ϕ1 ) = − A sin  Z 3
+ 3 1 .

R
u 




75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Для кривой, представляющей собой сочетание сопряженных половин эллипса, и
многопериодной кривой, представляющей сочетание дуг окружностей:
y1crug i (x, ϕ1 ) = (− 1)














2 x −ϕ1R 1− u1  + L  i −1  

 k




L




×
2

 

1 L


 2 x − ϕ1 R1 −  + (i − 1)  

1 L
L L
 u k


R02  x − ϕ1 R1 −  + (i − 1) − −  

4 2
L
 u k

 





.
× R02 −
2
(0,25L )
y 3crug i ( x, ϕ1 ) = (− 1)













ϕR L
x+ 1 + i − 1
u k
2 R0













( )
×



 
ϕR L


   x + 1 + (i − 1)  


ϕ1 R L
u
k
 


2
× R0 −  x +
+ (i − 1) − 2 R0 
+ 1 − 1 − R0  .


u
k
R
2
0



 



 



Для однопериодной и многопериодной кусочно-винтовых кривых соответственно:
 
(i − 1)L

  x+

2
1 

k


− ϕ 1 1 −  ;
y1v int i ( x, ϕ 1 ) = A arcsin sin Z 1
 
π
R
 u 

 

 
 
(i − 1)L


  x+
Z 3ϕ1  
k


.
+
y 3v int i ( x, ϕ1 ) = − A arcsin sin Z 3
 
R
u 

 

 
Определяем углы подъема в точках пересечения:
d

y i ( x, ϕ1 );
 dx

α 1i (x, ϕ1 ) = arctg 
d

y 3 ( x, ϕ1 );
 dx

α 3i (x, ϕ1 ) = arctg 
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Определяем крутящий момент на входном звене М 1 , необходимый для обеспечения
известного крутящего момента на выходе М 2 :
k
sin (α 1i (x, ϕ1 ) + arctg ( f )) cos(α 3i (x, ϕ1 ) − 2arctg ( f ))
M2
M 1 ( x, ϕ 1 ) =
,
∑
sin (α 1i (x, ϕ1 ) + α 3i (x, ϕ i ))
k cos(arctg ( f )) i
где f – коэффициент трения в парах «тело качения – рабочие поверхности деталей передачи».
Определяем КПД передачи:
M2
.
η ( x, ϕ 1 ) =
M 1 ( x, ϕ1 )u
На рис. 6 показаны результаты изменения КПД за поворот ведущего вала на угол
0,7 рад (далее графики отображаются циклически) для передач с беговыми дорожками
различных типов. При этом геометрические параметры для всех передач были приняты
одинаковыми: Z 1 =1, Z 3 =4, R=10 мм, A=6 мм, f=0,1. Всплески графиков показывают значения КПД механизма при попадании одного из тел качения на вершину кривой, где углы
подъема кривых равны нулю. В реальной передаче нагрузка перераспределяется на другие
тела качения.
Как видно из рис. 6, для заданных геометрических параметров наибольший КПД имеет передача с кусочно-винтовыми
кривыми, а наименьший – передача с эллипсообразным и дугообразным профилями беговых дорожек. При этом следует
учесть, что в представленной модели тела качения рассматриваются как ползуны, перемещающиеся по клинообразным
поверхностям. На практике трение скольжения заменяется
трением качения с гораздо более низкими энергетическими
потерями, что существенно увеличивает КПД.
Разработанные алгоритмы позволяют подобрать тип
кривой зацепления на стадии проектирования, обладающий
необходимыми свойствами для конкретных условий работы,
спроектировать сопряженную однопериодную кривую и приближенно оценить КПД разрабатываемой передачи. По данРис. 6. Изменение КПД переным методикам были рассчитаны редуцирующие узлы для
дач при различных типах бебаллонных ключей для демонтажа и сборки резьбовых соговых дорожек: 1 – для синуединений, крепящих головки блока цилиндров дизельного
соид; 2 – для эллипсообразной
и дугообразной кривых; 3 –
двигателя тепловоза ЧМЭ-3, резьбовых соединений типа
для кусочно-винтовых кривых
«гайка-футорка», крепящих ведущие колеса грузовых автомобилей ЗИЛ и ГАЗ старых моделей, а также автомобилей
марки «газель».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лустенков, М. Е. Планетарные шариковые передачи цилиндрического типа: монография /
М.Е. Лустенков, Д.М. Макаревич. – Могилев: Белорус.-Рос. ун-т, 2005. – 123 с.
2. Пашкевич, М.Ф. Планетарные шариковые и роликовые редукторы и их испытания / М.Ф. Пашкевич,
В.В. Геращенко. - Минск: БелНИИНТИ, 1992. - 248 с.
3. Игнатищев, Р.М. Синусошариковые редукторы / Р.М. Игнатищев.- Минск: Высш. шк., 1983. - 107 с.
4. Лустенков, М.Е. Определение основных геометрических параметров планетарных шариковых передач /
М.Е. Лустенков // Сборка в машиностроении и приборостроении. – 2008. - №1. – С.12-17.
Материал поступил в редколлегию 08.04.09.
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 621.81
М.Д. Малинкович
ОДИН ИЗ СПОСОБОВ УМЕНЬШЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
В ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧЕ
Рассмотрен способ уменьшения коэффициента передачи усилий в зубчатой передаче путем снижения жесткости зубьев разделением их поверхностей на несколько участков.
Ключевые слова: зубчатая передача, коэффициент передачи усилий, жесткость зубьев.
Представление о процессе зацепления в зубчатой передаче как об автоколебательном процессе с образованием амортизационного слоя на поверхностях зубьев приводит к
необходимости рассмотрения вопроса об уменьшении коэффициента передачи усилия k C ,
который в прямозубых эвольвентных передачах, как правило, больше четырех, тогда как
для эффективной работы амортизатора он не должен превышать единицу. Ранее были рассмотрены такие способы уменьшения динамических нагрузок, как использование перепада твердостей поверхностей зубьев и осуществление контакта их на участке активной линии зацепления, смещенной в конец теоретической, где величина этих нагрузок меньше,
чем в начале [1]. В качестве ещё одного из способов уменьшения коэффициента передачи
усилия может быть предложен способ, в основу которого положено снижение коэффициента жесткости зацепления на отдельных участках по ширине зубьев при практически неизменной их жесткости в целом.
С точки зрения колебательного процесса зубчатая передача, как известно, может
быть представлена в виде одномассовой динамической модели (рис. 1).
Поскольку нас интересует сравнительная оценка коэффициентов передачи усилий,
то ширина зубчатого колеса может быть рассмотрена как некоторая единица ширины.
Представим коэффициент жесткости с как коэффициент жесткости пружины, эквивалентной i параллельно установленным на равных расстояниях по ширине
зуба пружинам. Жесткость каждой i-й
пружины
.
Для того чтобы представить такую схему, нужно разрезать зубья колес
плоскостями,
параллельными
плоскостям движения (рис. 2).
Рис. 1. Динамическая модель зубчатой передачи: q –
Рассмотрим порядок определения
нормальная нагрузка к поверхности зуба на единицу
коэффициента
передачи усилий для од– приведенная масса зубчаширины зуба;
нопарного зацепления, воспользовавтых колес, приходящаяся на единицу ширины зуба; сшись ранее приведенными формулами
коэффициент жесткости зубчатой передачи, отнесен[2].
ный к единице ширины зуба
Амплитуда
колебаний
, где r b1 – основной радиус ведущего колеса; ω 1 – его угловая скорость;
– собственная частота.
Приведенная масса колес m п не изменяется, так как колеса остаются такими же, как
и до рассечения зубьев.
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Длина волны p = 2πA; n = =p/b – число площадок контакта, вмещающихся в длину
одной волны; b – ширина площадки контакта, определяемая по формуле Г.Герца [3];
– коэффициент
динамичности (при слабом
демпфировании коэффициент передачи усилия k c =
k дин ).
Рассмотрим пример [2].
Дано:
m=4
мм;
z 1 =z 2 =30; α=20˚; ω 1 =100
рад/с, r b =56,4 мм; q=100
Н/мм,
m п =0,0000259
Н·с2/мм2;
Рис. 2. Схема действия i параллельных пружин
мм; b =
0,21 мм; E = 2,15∙105 Н/мм2; c i = 14500 Н/мм2.
Разрежем зуб на i = 4 равные части.
рад/с;
где
мм;
,
– ширина площадки контакта, получающаяся под действием силы
q/i, приходящейся на одну долю разрезанного зуба,
.
При определении контактных напряжений σ н k с должен быть под знаком квадратного корня, т.е.
(в примере, где зуб не разрезан [2], – 2,21).
Примем i=5.
рад/с;
;
мм; p = 2π∙0,533 = 3,347 мм;
;
.
Таким образом, при разрезании зубьев на пять равных частей получаем уменьшение
контактных напряжений в 2,21/1,47 = 1,5 раза. Рассмотрим контакт в зоне двухпарного
зацепления при i=5. Для двух пар зубьев i`=2 ∙ 5 = 10.
рад/с;
мм; p` = 2π∙0,574 = 3,6 мм;
, где b` - ширина площадки контакта в зоне двухпарного зацепления; b`=0,148 мм;
;
.
F max = 2,17∙100=217 Н – при однопарном зацеплении, F = 3,73∙50=186,5 Н – при
двухпарном зацеплении.
Таким образом, максимальная динамическая нагрузка, не смотря на меньший коэффициент , будет в зоне однопарного зацепления, и в расчетах нужно рассматривать однопарное зацепление.
Рассмотрим случай, когда коэффициент передачи усилий
.
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
, отсюда получаем
;
;
.
Следовательно, для снижения
до 1 нужно разрезать зуб на 24 части, что практически нереально.
Подробным образом рассмотрены и другие варианты
разрезов зубьев. На графике
(рис.3) показана зависимость
k с от i для однопарного рассеченного зацепления.
Разрезая зубья на части,
радиусы впадин прорезей R 1 и
R 2 следует определять из условий, что эти окружности
должны проходить для ведущего колеса через начало активной линии зацепления, а
Рис. 3. График изменения коэффициента передачи усилий
для ведомого – через ее конец
(рис. 4).
,
где
;
, где r b
– основной радиус; r a – радиус
вершин зубьев; a w – межосевое расстояние; α w – угол зацепления.
Для ориентировочного определения R его можно взять равным (1,05…1,1)r b .
Прорези между частями зуба должны быть по возможности тоньше, что определяется выбором режущего инструмента. Тогда ширина зуба, которая уменьшается на (i - 1)∆,
изменится незначительно, и влияние этого изменения на величину площадки контакта по
Герцу будет несущественным, так же как и влияние на прочность при изгибе, тем более
что зуб разрезать до опасного сечения не нужно.
Что же касается условий смазки зубьев, то они станут лучше, так как наличие прорезей увеличит доступ масла к соприкасающимся поверхностям зубьев.
Таким образом, разрезая зуб на i равных частей, можно существенно снизить коэффициент передачи усилий, а следовательно, улучшить динамику зубчатой передачи, что
повлечет за собой уменьшение лимитирующих ее возможности контактных напряжений и
габаритов передачи.
Межосевое расстояние зубчатой передачи
, где
- коэффициент, учи-
тывающий действие параметров, входящих в известную формулу для определения a W ; k с –
коэффициент передачи усилий; σ н – контактные напряжения в цельном зубе (приняты
равными допускаемым).
Предположим, что и в случае разрезания зубьев σ нр = σ н , т.е. равны допускаемым
напряжениям.
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Тогда
;
.
мм; k с = 4,87 (рис. 3).
Для приведенного ранее примера
При разрезанном на
пять частей зубе k` c = 2,17;
мм;
, т.е.
Рис. 4. Зубчатая передача с разрезанными зубьями
межосевое
расстояние
уменьшается примерно на
25%.
Таким образом, происходит существенное уменьшение габаритов передачи.
Если учесть, что нередко
именно они влияют на размеры всей машины, то можно сделать вывод, что последняя имеет резерв по массе и габаритам для более
компактного проектирования и изготовления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Малинкович, М.Д. Исследование процесса зацепления цилиндрических зубчатых передач / М.Д. Малинкович // Вестн. БГТУ. – 2008. - №3. – С. 32-37.
2. Малинкович, М.Д. Динамика прямозубой цилиндрической передачи / М.Д. Малинкович // Вестн. БГТУ.
– 2005. - №4. – С. 43-46.
3. Биргер, И.А. Расчет на прочность деталей машин / И.А. Биргер, Б.Ф.Шорр, Г.Б. Иосилевич. - М.: Машиностроение, 1979. – 702 с.
Материал поступил в редколлегию 05.02.09.
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 621.313.33
Л.А. Потапов, В.П. Маклаков
ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВЫХ УСКОРЕНИЙ МЕТОДОМ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ
СИГНАЛОВ ЧАСТОТНОГО ФОТОДАТЧИКА
Рассмотрен способ экспериментального измерения углового ускорения с помощью частотного фотодатчика,
подключаемого через формирователь импульсов к порту компьютера. Представлены алгоритмы калибровки
фотодатчика, цифровой фильтрации и дифференцирования его сигналов. Приведены результаты экспериментов.
Ключевые слова: измерение, угловые ускорения, вращающие моменты, цифровая обработка сигнала, частотный фотодатчик.
Экспериментальное исследование динамических режимов работы двигателей, как
правило, всегда затруднено из-за сложности определения таких неэлектрических величин,
как угловая скорость и вращающий момент. Известно несколько способов измерения динамических моментов [2], но все эти способы весьма трудоемки и требуют разработки и
использования специализированного оборудования. В частности, для документирования
результатов экспериментов обычно требуются шлейфовые осциллографы. Предлагается
сравнительно простой способ измерения угловых скоростей и ускорений, а также динамических моментов, основанный на максимальном использовании общедоступных аппаратных и программных возможностей современных ЭВМ. Предлагаемый способ позволяет
получить осциллограммы исследуемых процессов непосредственно на экране компьютера
и при необходимости распечатать.
Для обеспечения высокой точности измерения углового ускорения в переходных
режимах необходимо иметь установку, обладающую высоким быстродействием, широким
диапазоном измерения и низким уровнем возмущения, вносимым на вал испытуемого
устройства. Для удовлетворения этих требований целесообразно использовать бесконтактный частотный способ измерения скорости и цифровую обработку сигнала.
Для измерения частоты вращения ротора используется известный фотоэлектрический датчик, который состоит из закрепленного на оси испытуемого двигателя зубчатого
диска-модулятора, вращающегося между источником и приемником светового потока. На
диске-модуляторе имеется Nz зубцов, поэтому выходная частота фотодатчика в Nz раз
выше частоты вращения вала испытуемого двигателя. Электрический сигнал с выхода фотодатчика посредством формирователя импульсов, осуществляющего квантование по
уровню сигнала фотоприемника, преобразуется в последовательность импульсов и поступает на вход LPT-порта компьютера. Формирователь импульсов построен на триггере
Шмитта, обеспечивающем отсечку возможного сигнала помехи фотоприемника. Он же
формирует уровни выходного сигнала, соответствующие допустимым ТТЛ – уровням
входных сигналов LPT-порта. После записи в LPT-порт компьютера сигнал фотодатчика
обрабатывается программными методами.
Программа опроса порта считывает поступающий сигнал и формирует файл результата сканирования. При постоянном логическом уровне сканируемого сигнала программа
суммирует количество опросов до изменения этого уровня. При изменении уровня сканируемого сигнала сумма опросов записывается в массив. Дальше суммируется количество
опросов следующего логического уровня сигнала, также с последующим сохранением в
массив. Заполненный массив из 32767 элементов сохраняется в файл, и программа завершается. При выполнении программы сканирования порта блокируются все программные и
аппаратные прерывания для обеспечения непрерывности опроса порта.
Погрешность измерения частоты входного сигнала, обусловленная конечной частотой сканирования порта, определяется как отношение этих частот. Частота сканирования
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
порта определяется быстродействием конкретного компьютера и лежит в диапазоне
0,6…1,5 МГц.
Полученный цифровой массив сумм опросов порта преобразуется программно по
следующему алгоритму:
1. Для исключения возможной несимметрии сигнала таходатчика вычисляется массив сумм соседних значений количества опросов высокого и низкого уровней, определяющий периоды этого сигнала.
2. Для уменьшения погрешностей, обусловленных технологическими факторами
(неравномерность нарезки зубцов диска-модулятора, его биение и т.д.), полученный в п.1
сигнал калибруется. Калибровка проводится путем домножения каждого периода сигнала,
соответствующего определенному зубцу диска-модулятора, на индивидуальный калибровочный коэффициент этого зубца. Калибровочные коэффициенты вычисляются на предварительном этапе эксперимента при равномерном вращении диска-модулятора с известной скоростью.
3. Полученный после калибровки сигнал преобразуется в частотный сигнал с постоянной частотой выборки с целью обеспечения возможности последующего применения
алгоритмов цифровой фильтрации. Результатом описанных преобразований является массив значений частоты исследуемого сигнала с фиксированным шагом дискретизации по
времени. Для вычисления скорости вращения вала испытуемого устройства необходимо
определить соотношение частоты его вращения и выходной частоты таходатчика:
Kf=2π/Nz, где Nz – число зубцов диска-модулятора. После этого скорость вращения вала
вычисляется как ω(i)=f(i)Kf.
Полученный массив значений частоты вращения вала испытуемого устройства, как
правило, не позволяет построить гладкую зависимость от времени. Для сглаживания этой
зависимости используется алгоритм цифровой фильтрации, который предполагает применение цифрового низкочастотного импульсного фильтра с конечной областью отклика
(ИКО), построенного по следующему принципу:
mf
ω1(i ) = ω(i ) b k (1) + ∑ (ω(i + 1) + ω(i − 1)) b k (k + 1) ,
k =1
где ω(i) – исходные значения частоты фильтруемого сигнала; ω 1 (i) – значения частоты отфильтрованного сигнала; mf – размах фильтра; b k (i) – значения весов фильтра, полученные по методу Поттера, Бикфорда и Глейзера [1]. В случае низкочастотного фильтра весовые коэффициенты вычисляются по следующему алгоритму. Сначала вычисляются веса
прямоугольной части окна фильтра:
b k (1) = 2f 0 f1 ,
b k (i + 1) = sin (2 i π f 0 f1 ) πi , i = 1...mf ,
где f 0 - частота отсечки фильтра; f 1 - частота дискретизации фильтруемого сигнала.
Затем выполняется трапециевидное сглаживание в конце окна:
b k (mf + 1) = b k (mf + 1) 2 .
После этого корректируется окно фильтра по методу Поттера в соответствии со следующим алгоритмом:
p1 = b k (1) .
Первый
цикл:
где
b k (i + 1) = b k (i + 1)p 2 ; p1 = p1 + 2b k (i + 1), i = 1...mf ,
p 2 = d 0 + ∑ 2d(k )cos(πik mf ) , d 0 = 0,35577019 , d(1) = 0,2436983 , d(2) = 0,07211497 ,
k =1...3
d(3) = 0,00630165 .
Второй цикл: b k (i ) = b k (i ) p1 , i = 1...mf + 1 .
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Достоинства ИКО-фильтра в том, что он всегда устойчив, не вносит фазовых искажений и позволяет вычислять значения выходных сигналов независимо друг от друга.
Кроме того, применение цифрового фильтра позволяет в широких пределах варьировать
полосу его пропускания и размах, что дает возможность изменения параметров фильтрации в зависимости от качества фильтруемого сигнала.
После применения процедуры фильтрации ускорение вала испытуемого устройства
определяется путем численного дифференцирования массива частоты его вращения по
формуле Лагранжа:
dω 1  2
(ω(t + ∆ t ) − ω(t − ∆ t )) − 1 (ω(t + 2∆ t ) − ω(t − 2∆ t )) .
=

dt ∆ t  3
12

Динамический момент, развиваемый испытуемым устройством, определяется путем
умножения углового ускорения на момент инерции его ротора. Полученные значения динамического момента и частоты вращения позволяют построить динамическую механическую характеристику испытуемого устройства М(ω).
Описанный алгоритм преобразования частотного сигнала датчика вращения реализован в виде программного комплекса, позволяющего задать параметры преобразования
сигнала, построить и вывести на печать зависимости ω(t), M(t), M(ω).
С целью оценки величины технологических погрешностей использованного частотного датчика и возможности его программной калибровки был проведен эксперимент, в
котором в качестве испытуемого устройства применялся блок головок видеомагнитофона,
обеспечивающий высокую равномерность вращения вала с известной частотой. В качестве бесконтактного частотного фотодатчика использовался датчик со 120 зубцами дискамодулятора, обеспечивающий 120 – кратное превышение выходной частоты электрического сигнала над входной частотой вращения вала. На рис. 1 приведены исходный и откалиброванный сигналы частотного фотодатчика, полученные с помощью описанных алгоритмов. Исходный сигнал определяет числа опросов LPT – порта, соответствующие периодам сигнала таходатчика, вычисленным по п.1 приведенного алгоритма, а откалиброванный сигнал получен в результате калибровки исходного.
Анализ этих графиков показывает, что при равномерном вращении относительное
изменение выходной частоты датчика, обусловленное технологическими факторами, составляет около 5%. Однако применение алгоритма калибровки позволяет уменьшить погрешность выходного сигнала более чем в 10 раз, компенсировав тем самым несовершенство диска-модулятора.
Рис. 1. Сигналы частотного датчика скорости: 1 – исходный; 2 – откалиброванный
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Калибровочные коэффициенты, вычисленные для каждого зубца конкретного дискамодулятора при его равномерном вращении с известной скоростью, применяются при последующих исследованиях динамических режимов работы электромеханических преобразователей для калибровки частотного сигнала фотодатчика. Калибровка фотодатчика особенно актуальна при исследовании переходных режимов устройств, не обеспечивающих
равномерного вращения в установившихся режимах. В этой ситуации непостоянство экспериментально полученного значения скорости в установившемся режиме может быть
вызвано как неравномерностью вращения вала испытуемого устройства, так и несовершенством диска-модулятора, а потому неверно истолковано. При анализе переходных режимов игнорирование несовершенства фотодатчика может приводить к значительным погрешностям вычисления угловых ускорений. Следует помнить, что эксперимент необходимо проводить при том же направлении вращения диска-модулятора, при котором вычислялись калибровочные коэффициенты его зубцов. В противном случае неправильная
калибровка фотодатчика приведет к ухудшению качества получаемых результатов.
Одним из наиболее распространенных примеров электромеханического преобразователя, не обеспечивающего постоянства частоты вращения вала ротора в установившемся режиме работы, является асинхронный конденсаторный электродвигатель. На рис. 2
приведена зависимость электромагнитного момента от скорости, полученная при холостом пуске однофазного конденсаторного асинхронного двигателя АИР63В4 с трехфазной
несимметричной обмоткой статора при номинальном напряжении питания. Данная зависимость получена с использованием описанной экспериментальной установки при последовательном применении алгоритмов калибровки фотодатчика, преобразования его сигнала в сигнал с постоянной частотой выборки, цифровой фильтрации, вычисления скорости вращения ротора, вычисления углового ускорения и вращающего момента.
Анализ рис. 2 показывает значительные колебания скорости вращения вала электродвигателя и его электромагнитного момента как в переходном, так и в установившемся
режиме работы, вызванные эллиптичностью электромагнитного поля статора, что иллюстрирует сложность создания кругового вращающегося поля с помощью фазосдвигающего конденсатора.
Рис. 2. Экспериментальная динамическая механическая характеристика
асинхронного конденсаторного двигателя
Для оценки адекватности разработанного метода экспериментального измерения угловых ускорений был проведен эксперимент по определению динамических характеристик пуска асинхронного двигателя 4АА56В4У3 с массивным ферромагнитным ротором
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
при номинальном напряжении питания. Результаты эксперимента приведены на рис. 3
(пунктирные линии). Для сравнения на рис. 3 приведены расчетные переходные характеристики пуска того же двигателя, полученные при тех же условиях с помощью программного комплекса CalcSRM (сплошные линии).
Анализ рис. 3 показывает высокую степень совпадения расчетных и экспериментальных переходных
характеристик исследуемого
электродвигателя.
Также
видно, что в установившемся режиме работы колебания
скорости вращения вала ротора и электромагнитного
момента отсутствуют, что
объясняется круговой формой магнитного поля статора. Следует отметить, что
отсутствие колебаний скороРис. 3. Переходные характеристики пуска асинхронного двигателя
сти и момента на экспериментальных кривых получено, несмотря на несовершенство диска-модулятора, в результате применения процедуры его калибровки.
Предложенный способ измерения угловых ускорений при помощи частотного фотодатчика вращения и компьютера является бесконтактным и достаточно универсальным.
Для его реализации требуются только фотодатчик, компьютер и соответствующее программное обеспечение. Способ позволяет значительно сократить время проведения эксперимента и упростить его, используя современную доступную вычислительную технику. С
его помощью возможно исследование переходных и установившихся режимов как электродвигателей, так и двигателей внутреннего сгорания без значительных материальных
затрат.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
Отнес, Р. Прикладной анализ временных рядов / Р. Отнес, Л.Эноксон; пер. с англ. В.И. Хохлова; под
ред. И.Г. Журбенко. – М.: Мир, 1982. – 428 с.
Потапов, Л.А. Испытания микроэлектродвигателей в переходных режимах / Л.А. Потапов, В.Ф. Зотин. –
М.: Энергоатомиздат, 1986. –104с.
Маклаков, В.П. Экспериментальное исследование динамических режимов электродвигателей /
В.П. Маклаков // Электромеханические устройства и системы: межвуз. сб. науч. тр. / под ред.
Л.А. Потапова. – Брянск: БГТУ, 2003. – С. 28-32.
Материал поступил в редколлегию 21.11.08.
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 621.355
Ю.И. Фокин, В.С. Янченко, В.В. Журавлёв
ПРОБЛЕМЫ ВЫБОРА ПЕРВИЧНОГО ГОРЮЧЕГО
ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Проанализированы возможности применения основных видов горючего для работы топливных элементов
на транспортных средствах. Сравнены варианты риформинга первичного топлива для получения водорода.
Рассмотрены трудности удаления непрореагировавших газов в процессе риформинга.
Ключевые слова: топливные элементы, топливо, риформинг, конверсия, катализ, пиролиз.
Большинство транспортных энергоустановок в настоящее время работают на природном ископаемом топливе. Энергия в них преобразуется по достаточно сложной схеме:
химическая энергия окисления топлива – тепловая энергия – механическая энергия. При
всем техническом совершенстве отдельных звеньев этой цепи на каждом этапе превращения одного вида энергии в другой возникают потери. В связи с этим общий КПД тепловых
транспортных энергоустановок не превышает 45 %.
Наиболее перспективными устройствами, обеспечивающими прямое преобразование
химической энергии в электрическую, являются топливные элементы (ТЭ), в которых
проходит окислительно-восстановительная реакция [1; 2]. ТЭ состоит из помещенных в
электролит и разделенных пористой перегородкой анода и катода. К аноду подается топливо, а к катоду – окислитель. В растворе происходит движение ионов от катода к аноду, а
во внешней цепи – движение электронов от анода к катоду, в результате чего в цепи генерируется постоянный электрический ток. Простой принцип действия ТЭ привлекает специалистов разных видов транспорта – автомобилистов, судомехаников, работников железнодорожного транспорта – к использованию электрохимических генераторов в качестве основных энергоустановок [3-6].
Самым эффективным топливом для ТЭ является водород, так как единственным
продуктом реакции становится вода. Реализация такой схемы использования водорода на
транспортных средствах зависит от успехов в создании экономичной и дешевой системы
хранения водорода.
В настоящее время единого подхода к выбору способа хранения водорода нет. Среди
способов аккумулирования чистого водорода целесообразно рассматривать газобаллонный (в баллонах высокого давления), криогенный (в жидком виде) и металлогидридный.
Объем баллона для хранения газообразного водорода должен обеспечивать размещение 5 кг этого газа при давлении 40 МПа, что соответствует пробегу автомобиля без
дозаправки 300 км. Основными материалами для изготовления баков при таком давлении
являются сталь, титановые и алюминиевые сплавы, а также конструкционные композиционные материалы. Масса сферических баков для хранения 5 кг газообразного водорода
при 40 МПа составляет: стального – 300 кг, титанового – 210 кг, алюминиевого – 190 кг,
из композиционных материалов – 40 кг. С точки зрения стоимости предпочтительными
являются алюминий и композит.
Создание небольших баков для хранения жидкого водорода на борту транспортных
средств, а также систем их заправки и эксплуатации является достаточно сложной технической задачей. В рамках лунной программы в Центре Келдыша были изготовлены малогабаритные сосуды объемом 80 л для хранения 5 кг жидкого водорода при рабочем давлении
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
0,5…0,8 МПа. Масса сосуда составляла 30 кг, т.е. содержание водорода составляет – 15 %
от массы бака. Стоимость такого бака при массовом производстве составляет около 900 $.
Использование гидридов имеет определенные преимущества в отношении техники
безопасности, так как в баке постоянно находится малое количество газообразного водорода при небольшом давлении. Еще одно достоинство такой системы хранения – высокая
компактность: в металлическом гидриде плотность водорода больше плотности жидкого
водорода. Основным недостатком гидридной системы является низкое содержание водорода по массе. Для хранения 5 кг водорода требуется контейнер массой около 500 кг [7;
8].
Сравнение массовых, объемных и стоимостных удельных характеристик рассмотренных газобаллонной, криогенной и гидридной систем хранения водорода показывает,
что для реализации в ближайшей перспективе может быть рекомендована система хранения водорода в баллонах высокого давления из композиционных материалов с содержанием водорода около 10 % от массы баллона. Это очень низкий показатель. В частности, в
емкости, в которой перевозится 2400 кг природного газа, можно транспортировать только
288 кг водорода (если они находятся при одном давлении).
Один бензовоз заправит в 15 раз больше транспорта, чем один автомобиль с водородным топливом. В жидком состоянии водород занимает в три раза больший объем, чем
бензин, но для того, чтобы превратить его в жидкость, требуется сложное оборудование и
большие затраты энергии [9].
Такие рассуждения приводят к постановке ключевой задачи технологии ТЭ для
транспортных средств: выяснить вопрос о том, какой химический процесс и какое первичное горючее наиболее перспективны для получения водорода. При этом желательно,
чтобы риформинг водородсодержащего сырья осуществлялся при атмосферном давлении
и возможно более низких температурах (300…4000С); обогрев риформера не должен
обеспечиваться за счет внешних источников энергии; необходима тщательная очистка водорода от монооксида углерода.
В качестве горючего для ТЭ, кроме газов и жидкостей, могут использоваться металлы. Еще в 60-е гг. прошлого века был разработан амальгамный натриево-кислородный ТЭ,
состоящий из жидкого натриевого амальгамного анода, катода в виде пористого углерода
и электролита из водного раствора гидроокиси натрия. Весьма сложным в этом ТЭ был
процесс получения амальгамы при соединении хранящегося в жидком состоянии при температуре 1200С натрия с ртутью. Рабочий диапазон функционирования амальгамы –
25…800С. При более низкой температуре перекись натрия осаждается в порах катода.
Верхний предел диапазона определяется тем, что увеличивается скорость проникновения
раствора электролита в угольные электроды [1].
Амальгамный натриево-кислородный ТЭ отличают следующие преимущества по
сравнению с водородно-кислородным:
1) высокие плотность тока (1,075 А/см2) и напряжение элемента (1,55 В);
2) отсутствие взрывоопасности и необходимости хранения анодного реагента при
глубоком охлаждении или под высоким давлением.
Весьма существенны и недостатки такого элемента:
1) высокая стоимость натрия;
2) использование токсичной ртути;
3) сложность вспомогательного оборудования.
Проведенный авторами патентный поиск показал невысокую динамику патентования первичного горючего для ТЭ, в том числе металлов. В частности, в качестве горючего
предложено использовать магний, хром, алюминий [10-12].
В исследовательских центрах Военно-морских сил США создается ТЭ с окислением
металлов, например алюминия, в кислороде воздуха. Такой ТЭ включает металлический
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
анод, воздушный катод и необычную мембрану в твердом состоянии с высокой ионной
проводимостью даже при комнатной температуре. Прототип такого ТЭ показал удельную
энергоемкость 500 Вт∙ч/кг.
Прошли испытания ТЭ с окислением цинка кислородом воздуха, показавшие одинаково высокие результаты. Побочные продукты окисления – безвредные оксиды – могут
использоваться в различных областях промышленности или восстанавливаться до базового продукта для повторного использования в ТЭ.
Однако в большинстве случаев первичным горючим для ТЭ мобильной техники являются газообразные и жидкие виды топлива. В частности, фирма «Тойота» на своих автомобилях осуществляет риформинг бензина и метанола, «Хюндай» – бензина, а в одном
из университетов США в риформере разлагают аммиак для ТЭ. Вот основные преимущества применения аммиака как горючего для ТЭ. Аммиак содержит только азот и водород,
поэтому побочными продуктами окисления не являются углекислый и угарный газы.
Кроме того, аммиак сжижается при относительно низком давлении, образуя топливо с высокой энергоемкостью при стоимости, близкой к цене бензина.
Проводятся исследования по применению в качестве первичного горючего для ТЭ
нетрадиционных жидких видов топлива (этиленгликоля, смеси эфиров с кислотами), а
также серосодержащих видов топлива – отработанных и смывочных масел [13; 14].
Рассмотрим возможности и ограничения методов получения и каталитической очистки водорода применительно к транспортным средствам на основе ТЭ.
Около 90 % водорода, полученного в промышленности, производится в результате
пароводяной конверсии углеводородов, например метана:
СН 4 + Н 2 О → СО + 3Н 2 ;
> 937 k

СН 4 + 2Н 2 О → СО 2 + 4Н 2 ,
> 937 k

причем полученная газовая композиция включает также непрореагировавшие метан и воду.
Такой процесс интересен лишь в случае, когда речь идет о стационарных системах
получения водорода, так как конверсию метана проводят при весьма высокой температуре
– 7000С (из-за этого в настоящее время не существует емких и компактных бортовых систем хранения метана). Гомологи метана – пропан и бутан – легко сжижаются, и их риформинг происходит при более низких температурах – около 4500С [15]. Пароводяной риформинг бензиновых фракций происходит в присутствии платинового катализатора при
температуре 600…7500С, т.е. при тех же температурных условиях, что и в случае метана.
Пароводяной риформинг метанола протекает при температурах 205…3000С по эндотермической реакции:
533 k
СН 3 ОН + Н 2 О �⎯⎯� СО 2 + 3Н 2 .
Примерно при такой же температуре происходит пароводяная конверсия диметилового эфира (также по эндотермической реакции) [15]:
0,5(СН 3 ) 2 О + 1,5Н 2 О → СО 2 + 3Н 2 .
А вот проведение пароводяной конверсии этанола затруднено в связи с быстрым закоксовыванием катализатора и образованием нежелательных промежуточных продуктов.
Патентные исследования последних лет показали, что интерес к термическому раз89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
ложению гидридов металлов практически утрачен. За последние пять лет из 1500 патентов
по ТЭ, опубликованных в США, лишь два относятся к гидридам металлов [15]. В бортовых системах пиролиз водородсодержащих соединений возможен только для тех веществ,
диссоциация которых происходит при умеренных (до 4000С) температурах. В этом случае
предметом рассмотрения могут быть аммиак, гидразин и метанол.
Главным преимуществом аммиака как источника водорода является простота технологической схемы. Однако высокая температура каталитического разложения (около
7000С) аммиака и его высокая токсичность при аварийном разрушении бортовой двигательной системы делают применение этого горючего для ТЭ проблематичным. Аналогичное заключение может быть сделано и в отношении гидразина.
Каталитический пиролиз метанола проходит в интервале температур 200…3500С в
присутствии палладиевого катализатора:
СН 3 ОН → СО 2 + 2Н 2 О.
Однако образующаяся газовая смесь имеет высокое содержание монооксида углерода, удаление которого усложняет аппаратурное устройство процесса.
Выбор первичного топлива для бортового генератора водорода является компромиссом, учитывающим энергетическую ценность топлива, температурные условия пароводяной конверсии, спектр образующихся при риформинге газов и, главное, его стоимость.
Стоимостной критерий однозначно свидетельствует в пользу метана. Однако отсутствие компактных систем хранения этого газа на мобильной технике и неприемлемо высокие температуры конверсии делают невозможным использование его в качестве первичного топлива.
По совокупности признаков в настоящее время метанол является наилучшим сырьевым материалом для получения водорода на транспортных средствах на основе ТЭ с протонобменными полимерными мембранами.
Созданию бортовых генераторов водорода уделяется повышенное внимание [16; 17].
Базовой технической проблемой при этом является создание системы очистки получаемого водорода от примесей оксида углерода [18-20]. В химической технологии эта задача не
является новой. Такие же требования предъявляются к водороду при синтезе аммиака.
Существует три пути снижения концентрации оксида углерода: фильтрация водорода через палладиевые мембраны, химическое связывание по реакции метанирования, а
также селективное каталитическое окисление кислородом воздуха.
Мембранная технология сразу отпадает в связи с высокой стоимостью и дефицитом
палладия. Химические методы менее эффективны. Процесс метанирования прост и безопасен, однако при его использовании снижается содержание водорода, потребляемого на
образование метана и воды. Селективное каталитическое окисление имеет тот недостаток,
что при значительной концентрации оксида углерода в газовом потоке необходимо создавать систему нейтрализации сбрасываемого в атмосферу метана. Это усложняет технологическую схему [21].
В настоящее время более перспективной является двухступенчатая схема удаления
оксида углерода, включающая первоначальное его взаимодействие с парами воды и последующее селективное окисление кислородом в присутствии катализаторов платиновой
группы и золота.
Конструктивное оформление реакторов каталитической очистки может быть различным. Предлагаются, например, скрученная гофрированная металлическая фольга, каталитические слои с сотовой, пенометаллической, пенокерамической и металловолоконной структурой. Если исходить из стандарта, принятого для каталитического нейтрализатора современного бензинового автомобиля, то продолжительность эксплуатации борто90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
вой системы очистки водорода должна составлять не менее 8000 ч. Нет оснований сомневаться в реальности выполнения этих требований на транспортных средствах на основе
ТЭ, включающих полимерные протонобменные мембраны.
Проблема нейтрализации газовых выбросов бензиновых автомобилей была успешно
решена благодаря созданию системы непрерывного контроля и электронного регулирования остаточного содержания кислорода в газовом потоке на выходе из двигателя с помощью датчика проводимости на основе диоксида циркония (λ – зонда).
Применительно к системам с ТЭ приходится решать более сложную задачу. Контролирующие датчики должны давать информацию о температуре газового потока и содержании СО после риформера и после конвертера окисления кислородом. Если уровень остаточного содержания СО превысит заданные пределы, то электронные управляющие
системы должны обеспечить инжекцию паров воды и кислорода в соответствующие каталитические реакторы. Отсутствие реакции системы на такое воздействие будет означать
либо потерю активности катализаторов, либо нарушение температурного режима эксплуатации узлов каталитической очистки. В настоящее время такие системы находятся в стадии разработки.
На основании изложенного можно сделать следующие выводы:
1. Создание электрогенерирующих установок на основе топливных элементов для
дорожно-строительной, автомобильной и других видов техники является актуальной задачей. Проведенные патентные исследования также доказывают высокий уровень патентования в области топливных элементов.
2. Что касается выбора первичного горючего для топливных элементов, то по своим
химическим свойствам таким топливом является водород. Однако отсутствие развитой
инфраструктуры по заправке водородом и трудности хранения водорода на транспортных
средствах приводят к необходимости использования риформеров для разложения дешевых видов топлива. Использование металлов в качестве горючего на транспорте не целесообразно в связи с трудностью перезаряжения топлива. Также маловероятно, что на
транспортных средствах могут быть использованы высокотемпературные топливные элементы, требующие повышенных габаритов и расхода топлива.
3. Анализ альтернативных видов горючего для топливных элементов – бензина, пропана, бутана, этанола, аммиака, метанола, смесей эфира, отработанных масел – показал,
что в качестве первичного топлива следует использовать метанол, который должен подвергаться пароводяному риформингу в бортовом агрегате, а получаемый водород – проходить очистку от окиси углерода путем селективного каталитического окисления.
4. Наиболее приемлемы для передвижных и бортовых электрохимических генераторов топливные элементы с твердополимерным электролитом (с протонобменными полимерными мембранами). Весьма перспективны электрохимические генераторы, в которых
полезно используется не только электроэнергия, но и выделяемое в процессе работы тепло. Применять их следует в случаях, когда весогабаритные показатели установки не критичны.
5. Большая часть проблем по созданию системы глубокой очистки получаемого при
риформинге водорода от примесей оксида углерода уже решены или близки к решению.
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. Николаева, И. Н. Альтернативные источники энергии для автомобилей / И.Н. Николаева // Автомобильный транспорт. – 2002.–№3.–С. 43 - 47.
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
4. Анисимов, В.М. Топливные элементы и перспективы применения их на железнодорожном транспорте /
В.М. Анисимов. – М.: Транспорт, 1971.–72 с.
5. Баранов, А.П. Судовые системы электродвижения с генераторами прямого преобразования теплоты /
А.П. Баранов – Л.: Судостроение, 1990.–232 с.
6. Локомотивные энергетические установки: учеб. для вузов / под ред. А. И. Володина. – М: Желдориздат,
2002.–718 с.
7. Коротеев, А.С. Водородное топливо, или Новая автомобильная революция / А.С. Коротеев, В.А. Смоляров // Мир транспорта. – 2003.–№4.–С. 32-43.
8. Емельянов, В.Е. Автомобильный бензин и другие виды топлива: свойства, ассортимент, применение
/ В.Е. Емельянов, И.Ф. Крылов. – М.: Астрель: АСТ: Профиздат, 2005.–207 с.
9. Вельд, М. Экономичность водородного топлива / М. Вельд // В мире науки. – 2004.–№8.–С. 38-45.
10. Пат. 2 136 080 РФ, НО1М 8/02. Матрица топливного элемента.
11. Пат. 2 172 543 РФ, НО1М 8/12. Высокотемпературный топливный элемент на основе твердого оксида.
12. Пат. 2 260 880 РФ, НО1М 8/04. Способ хранения водорода гидролизом алюминия для автомобильных
энергетических установок с электрохимическими генераторами.
13. Пат. 2 262 161 РФ, НО1М 8/10. Новые виды топлива в ТЭ.
14. Пат. 2 280 297 РФ, НО1М 8/10. Способ эксплуатации термоэлектрохимических генераторов для получения водорода при ионизационном облучении.
15. Вишняков, А.В. Возможности и ограничения методов получения и каталитической очистки водорода для
тепловых элементов автомобилей. Ч.I. Термодинамические и кинетические аспекты получения водорода
в бортовых системах / А.В. Вишняков [и др.] // Химическая технология. – 2002.–№1.–С. 3-9.
16. Пат. 2 175 799 РФ, НО1М 8/06. Риформинг для топливных элементов.
17. Пат. 2 180 978 РФ, НО1М 8/24. Энергетическая система с электрохимическим конвертером, система с
электрохимическим конвертером и устройство для использования с резервуаром высокого давления.
18. Пат. 2 118 633 РФ, НО1М 8/10. Удаление газов из топливных элементов.
19. Пат. 2 191 449 РФ, НО1М 8/04. Удаление газов из топливных элементов.
20. Пат. 2 249 887 РФ, НО1М 8/06. Устройство для удаления побочных продуктов и топливный элемент, соединенный с модулем для выработки электроэнергии.
21. Вишняков, А.В. Возможности и ограничения методов получения и каталитической очистки водорода для
тепловых элементов автомобилей. Ч.II. Удаление СО из газовых смесей / А.В. Вишняков [и др.] // Химическая технология. – 2002.–№2.–С. 2-10.
Материал поступил в редколлегию 08.12.08.
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 621.165+621.438
И.Г.Гоголев, А.М. Дроконов, Т.А.Николаева
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ
НА ИЗМЕНЕНИЕ ПРОЕКТНОЙ ГЕОМЕТРИИ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ
ТУРБОМАШИН И ХАРАКТЕРИСТИК ИХ СТУПЕНЕЙ
Приведены результаты исследования влияния изменения геометрии каналов сопловых и рабочих решеток
турбомашин на их экономичность и надежность.
Ключевые слова: ротор, ступень, солеотложение, реактивность, осевое усилие, турбомашины, технологические факторы, эксплуатационные факторы, характеристика ступени.
Перспективы развития современной энергетики тесно связаны с проблемой повышения экономичности и долговечности турбомашин. Тенденция увеличения мощности и усложнения конструкции сопровождается ростом требований к надежности и эффективности энергоблоков, а повышение ресурса турбоустановок является одной из основных задач улучшения качества.
При этом в процессе проектирования необходимо учитывать воздействие ряда эксплуатационных факторов, оказывающих влияние на характеристики агрегатов, например
изменение геометрии каналов решеток вследствие засоления (загрязнения) проточной
части, возможного в паротурбинных установках (ПТУ) водяного удара или попадания в
горячий блок холодного пара (из линии отбора), приводящих к деформациям сопл, и др.
Материалов о влиянии таких факторов на технико-экономические показатели энергоблоков недостаточно, а приведенные ниже результаты регистрации отдельных производственных случаев не систематизированы и глубоко не изучены.
Так, на турбине мощностью 160 МВт [3] за четыре месяца эксплуатации средний
уровень солеотложений на лопатках составил 1,5…2 мм, что привело к снижению мощности блока на четверть.
В газотурбинных установках (ГТУ) компрессорных станций магистральных газопроводов наблюдаются значительные загрязнения первых ступеней компрессоров, где
наибольшие отложения формируются на выпуклой стороне лопаток, что приводит к снижению полезной мощности установок на 2…4% [2]. При этом в ГТУ такого типа, расположенных в промышленных центрах, налеты преимущественно содержат органические
вещества, а в установках, работающих в южных регионах, – минеральные компоненты.
Существенно меняются в процессе эксплуатации характеристики корабельных ГТУ
ввиду попадания в проточную часть содержащихся в воздухе солей.
Значительному засолению подвергается проточная часть турбин геотермальных
станций, так как рабочий пар содержит свыше 1000 различных химических соединений,
примесей и газов, компоненты которых осаждаются на поверхности лопаточных венцов,
где превалирует Fe 3 O 4.
Сложно решается проблема снижения отложений в газотурбинных двигателях колесных и гусеничных машин, которые работают в условиях наличия в воздухе большого
количества кварцевой пыли (с содержанием SiО 2 от 60 до 90%) или лессовой пыли (с содержанием СаО до 7…9% и Na 2 O – до 12…13%). При оборудовании таких транспортных
средств даже эффективными воздухоочистителями на лопатках первого соплового аппарата турбины образуются отложения, состоящие из мелких (1…2 мкм) частиц спекшейся
пыли, плавящейся при температуре около 1500 К, которая достаточно интенсивно загромождает межлопаточные каналы.
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Тяжелые условия эксплуатации характерны и для ГТУ, работающих на доменном газе, который даже после сухой очистки обладает запыленностью до 5 мг/м3 и более.
Достаточно подробно состав и количество образующихся солеотложений изучены в
паротурбинном блоке типа К-300-240 [1,3]. Установлено, что загрязнение проточной части преимущественно развивается в направляющих аппаратах (НА). Максимальная толщина отложений на поверхностях рабочих лопаток (РЛ) составляет 0,04…0,15 мм, в то время как под бандажом она достигает нескольких миллиметров.
Как видно, интенсивность отложений в ПТУ и ГТУ зависит от многих факторов, а их
численные значения достаточно высоки, несмотря на использование специальных защитных устройств (воздухозаборных шахт, фильтров, сепараторов и др.).
Очистка проточных частей на работающих установках не всегда позволяет получить
удовлетворительные результаты, остановка же их для этой цели во многих случаях невозможна. В таких условиях приходится эксплуатировать турбомашины, причем порой достаточно длительные сроки, с определенным уровнем загрязнения лопаточных каналов, т.
е. при уменьшенной площади их выходного сечения по сравнению с расчетной.
В процессе работы установок, как было показано, возможно и некоторое увеличение
угла выхода потока из решеток за счет их деформации.
Аналогичные изменения линий тока теплоносителя в проточной части турбомашин
наблюдаются и при нарушении технологии ее производства - недостаточном качестве изготовления и монтажа сопловых и рабочих венцов.
Отклонение от расчетных условий течения рабочего тела в лопаточных аппаратах
приводит к изменению основных характеристик ступеней: степени реакции ( ρ ), расхода
теплоносителя (G), коэффициента полезного действия (КПД) ( η ), развиваемой мощности
и осевого усилия на рабочие лопатки (Р л ).
Изложенное свидетельствует об исключительной актуальности рассматриваемой
проблемы, составившей предмет исследования.
Влияние изменения угла выхода потока из НА на энергетические показатели турбомашин изучалось на экспериментальном динамическом воздушном стенде с использованием моделей как семи вариантов одноступенчатых турбинных отсеков (с диапазоном изменения отношения d/l 7,9…27,6 и степени реакции – 0,1…0,2), так и двухступенчатого
отсека, в котором характеристические
параметры первой ступени составляли
(d/l) 1 = 6,35 и ρ 1 = 0,21, второй – (d/l) 2
= 5,45 и ρ 2 = 0,27. При этом изменение
углов выхода газа из сопловых и рабочих решеток (вследствие технологических погрешностей, засоления каналов
или деформации профилей в натурных
образцах) моделировалось в опытах
варьированием в турбинных отсеках
углов установки лопаток НА и рабочего
колеса (РК).
В ходе исследования двухступенчатого отсека было установлено, что
с увеличением угла выхода потока из
диафрагмы α 11 реактивность предвклюРис. 1. Зависимости степени реактивности ступеней
ченной ступени как в корневом ( ρ1′ ),
двухступенчатого отсека от величины ∆α 11 :
так и в периферийном ( ρ1′′ ) сечениях
1, 2 - ρ1′ и ρ1′′ для первой ступени; 3, 4 - ρ 2′ и ρ 2′′ для
второй ступени
возрастает, а при уменьшении – умень94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
шается, причем наиболее интенсивно изменяется корневая реакция (рис. 1). Так, при изменении угла ∆α 11 от −0,15 до +0,15 ( ∆α 11 = (α11 − α11* ) / α11* , где α11* - расчетное значение
угла; α 11 – значение исследуемого угла) величина корневой реакции (ρ' 1 ) в опытной модели возрастает от −0,1 до +0,1, а периферийной ( ρ1′′ ) – от 0,26 до 0,36.
В то же время изменение в двухступенчатом отсеке угла установки сопл первой ступени ( α 11 ) практически не сказывается на степени реакции последующей ступени ( ρ 2 ),
как и изменение угла выхода газа из НА второй ступени ( α12 ) – на реактивности первой
( ρ1 ).
Наряду с этим исследовано влияние угла выхода потока из диафрагм на экономичность турбинных ступеней.
На рис. 2 проиллюстрирована зависимость ∆η = f (∆α 11 ) , где ∆η = (η − η p ) / η p
(здесь η p – КПД предвключенной ступени двухступенчатого отсека при α11* ; η – КПД этой
ступени при исследуемом значении угла).
Рис. 2. Зависимости изменения относительного внутреннего КПД
∆η и относительного
G от величин ∆α 11 и ∆α 1 :
1 - ∆η = f ( ∆α 11 ; ∆α 1 ) ; 2 - G = f ( ∆α 11 )
расхода рабочего тела через турбинный отсек
Рис. 3. Зависимости относительного
осевого усилия на РЛ от относительных
изменений углов выхода потока из НА и РК:
1 - Рл
f (∆ β 2 )
= f (∆α 1 ; ∆α 11 ) ; 2 - Ð=
ë
Как видно, отклонение от расчетного значения α 11 вызывает снижение КПД первой ступени турбинного отсека ввиду возрастания углов
атаки энергоносителя на профили смежных РЛ
(отрицательных при ∆α 11 > 0 и положительных
при ∆α 11 < 0 ), что ухудшает условия обтекания
этого венца; создает возбуждающие силы, вызывающие виброакустическую активность РК;
влияет на степень реактивности.
Так, при ∆α 11 < 0 значение ρ1′ становится
отрицательным, в РК происходит удар потока в
вогнутую сторону профилей, вызывая существенный рост потерь кинетической энергии и, как
следствие, градиента изменения КПД турбинной
ступени (рис. 2).
Следует также отметить, что при увеличе95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
нии α11 возрастает расход рабочего тела через двухступенчатый отсек G = f (∆α 11 ) (рис.
2). Здесь G = G / G p , где G p и G – соответственно расход теплоносителя при α11* и α11 .
Аналогичные зависимости и фи-зиические процессы зарегистрированы при испытании одноступенчатых моде-лей, в которых изменялись углы входа из сопл:
∆α 1 = (α 1 − α 1* ) / α 1* , где α1* и α1 - соответственно расчетное и опытное значения углов выхода рабочего агента из НА изолированных турбинных ступеней (рис. 2).
Как видно, полученную зависимость ∆η = f (∆α 1 ; ∆α 11 ) практически можно принимать в качестве универсальной характеристики при расчете ступеней осевых турбин.
Результаты экспериментов также показали, что величина угла выхода потока из
диафрагмы влияет на уровень осевого усилия на РЛ этой ступени – Рл (рис. 3, кривая 1).
Здесь величина относительного осевого усилия Р л = Рл / Рл р , где Рл р – осевое усилие на
лопаточный венец РК при расчетном значении углов α1* и α11* ( α1* и α11* – для изолированных моделей и в двухступенчатом отсеке); Рл - при исследуемом значении угла.
Опытную характеристику Р л = f (∆α 1 ; ∆α 11 ) можно также считать близкой к универсальной и использовать при расчете параметров ступеней осевых турбин.
Оценить степень влияния изменения углов выхода энергоносителя из смежных НА в
двухступенчатом отсеке (первой модели - α11 - и второй - α12 ) на величину относительного осевого давления Р л , действующего на РЛ предвключенного РК, можно с помощью
номограммы (рис. 4). Так, если в процессе изготовления или эксплуатации турбины произошло изменение углов выхода потока из НА, например ∆α 11 =
∆α 12 =
−0, 05 , то осевое
усилие на лопаточный венец уменьшится по сравнению с расчетным значением приблизительно на 0,115 (рис. 4, точка А), что определено методом интерполяции кривых.
В случае изменения угла выхода рабочего тела только в одной из диафрагм, например при ∆α 11 =
+0, 03 , усилие P л окажется выше расчетного на 0,085 (рис. 4, точка В). Аналогично можно оценить отклоне-
Рис. 4. Номограмма для определения
относительного осевого усилия на РЛ турбинного отсека в зависимости
от величин
∆α 11 и ∆α 12
ние усилия P л при изменении угла ∆α 12 .
Таким образом, на основании проведенных исследований можно заключить, что
отклонение от расчетного значения угла выхода потока из НА оказывает существенное
влияние на осевое усилие и экономичность
данной ступени, но незначительно влияет на
осевую нагрузку в предвключенной и последующих ступенях.
Практический и теоретический интерес
представляет изучение влияния угла установки РЛ β y (угла выхода теплоносителя из
рабочего венца β 2 ) на характеристики турбинного отсека. Объектом исследования
служила модель изолированной ступени с
отношением d/l=6,22 и степенью реакции
ρ =0,28.
Программа испытаний включала изу96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
чение четырех вариантов РК с различными углами установки профилей: β y = 360 25′ ,
380 25′ , 420 25′ (модель расчетной ступени) и 480 25′ . При этом угол β 2 соответственно
имел значения 17 050′ , 20 0 20′ , 22 0 28′ (расчетная величина - β 2 р ) и 280 06′ .
При испытаниях использовалась сопловая решетка проектного варианта турбинного
отсека.
В процессе экспериментальных исследований было установлено, что уменьшение
угла установки РЛ способствует росту реакции ступени из-за изменения углов атаки потока и, как следствие, характера течения рабочего тела в проточной части, уменьшения
эффективной проходной площади РК. Зависимости корневой ( ρ ′ ) и периферийной ( ρ ′′ )
степени
реактивности
от
относительного
значения
изменения
угла
∆β 2
( ∆ β 2 = ( β 2 − β 2 р ) / β 2 р ) приведены на рис. 5.
Представленный характер изменения реактивности ρ свидетельствует о том, что при уменьшении угла β 2 осевое усилие на РЛ возрастает. Зависимость для относительной величины этого параметра Р л (отнесенной к уровню осевого давления
на РЛ в расчетной модели) проиллюстрирована на
рис. 3 (кривая 2), из которого следует, что изменение угла ∆ β 2 от +0,15 до −0,15 вызывает почти
трехкратный рост усилия Р л .
Выполненное исследование влияния угла β 2
на экономичность турбинной ступени показало, что
Рис. 5. Зависимости степени реактивности
ступени от изменения угла ∆ β 2 :
ρ ′ - корневая реактивность;
ρ ′′ - периферийная реактивность
его отклонение от расчетного значения приводит к
снижению КПД ступени, причем градиент изменения последнего возрастает с увеличением значения
∆ β 2 (рис.6). Здесь величина относительного изменения КПД ∆η = (η − η p ) / η p , где η p и η - внутрен-
ний КПД ступени соответственно при β 2 р и β 2 .
Рис. 6. Зависимость изменения относительного
внутреннего КПД турбинной
ступени
∆η от изменения угла ∆ β 2
Наиболее интенсивно эффективность
преобразования энергии в отсеке уменьшается при возникновении положительных углов
атаки потока на РЛ, что вызывает одновременно значительный рост виброакустической активности РК и, следовательно, сокращает работоспособность последнего.
Таким образом, отклонение от проектной геометрии каналов решеток турбомашин
под влиянием технологических и эксплуатационных факторов приводит к росту потерь
энергии теплоносителя, снижению экономичности и надежности энергоблоков, изменению осевого усилия ротора, что указывает
на необходимость:
- использования высокоэффективных воздухоочистительных устройств и качественных видов топлива в ГТУ;
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
- контроля водного режима в ПТУ;
- своевременной очистки проточной части от загрязнений;
- рименения прогрессивных комбинированных и наукоемких методов обработки и
создания поверхностных слоев лопаточных аппаратов, обеспечивающих повышение точности их изготовления и долговечности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Золотарева, В.А. Исследование образования отложений и их влияние на физические процессы и техникоэкономические характеристики турбинных установок тепловых электрических станций: автореф. дис….
канд. техн. наук / В.А. Золотарева. - Минск: БПИ, 1980.-21с.
2. Козаченко, А.Н. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов /А.Н. Козаченко. М.: Нефть и газ, 1999.-463с.
3. Трухний, А.Д. Стационарные паровые турбины / А.Д.Трухний.-М.:Энергоатомиздат,1990.-640с.
Материал поступил в редколлегию 01.10.08.
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 621
А.А.Обозов
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДВС КАК СРЕДСТВА АЛГОРИТМИЗАЦИИ
СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
Рассмотрен пример использования метода имитационного моделирования процессов с целью установления
связи между структурными и диагностическими параметрами судового дизеля. Определено влияние неплотности камеры сгорания на параметры процесса сжатия воздуха в цилиндре при проворачивании коленчатого
вала валоповоротным устройством. На основе полученных данных построен алгоритм диагностирования
герметичности камеры сгорания дизеля.
Ключевые слова: судовой малооборотный дизель, техническое диагностирование, имитационное моделирование процесса.
Состояние деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ) в эксплуатации обычно оценивается на работающем двигателе косвенно по параметрам индикаторной диаграммы (по
давлению сжатия p comp , среднему индикаторному давлению p mi ) и уровню температуры
выпускных газов за цилиндрами двигателя t cyl с учетом влияния на них режимных факторов (индекса топливного насоса, частоты вращения коленчатого вала) и параметров внешней среды. Общая наблюдаемая в эксплуатации тенденция, вызванная ухудшением состояния деталей ЦПГ, – это снижение давления p comp и возрастание температуры t cyl . Методы
диагностирования, в основе которых лежит получение информации о техническом состоянии диагностируемого объекта в процессе его работы, называют функциональными. Во
многих случаях оказываются полезными и тестовые методы диагностирования. Ниже приводится описание тестового метода диагностирования состояния деталей ЦПГ малооборотного двигателя конструкции MAN B&W.
На открытый индикаторный кран тестируемого цилиндра устанавливается датчик
давления с диапазоном измерения 0…4 бар (можно установить датчик давления продувочного воздуха). Вводится в зацепление с маховиком коленчатого вала валоповоротное
устройство. Поршень цилиндра при помощи валоповоротного устройства устанавливается в положение нижней мёртвой точки (НМТ), после чего коленчатый вал проворачивается валоповоротным устройством на ход вперед. Одновременно регистрируется процесс
изменения давления в цилиндре двигателя. Проворачивание осуществляется до тех пор,
пока поршень не достигнет верхней мёртвой точки (ВМТ). Следует отметить одно непременное условие, которое должно быть выполнено при проведении данного теста: выпускной клапан цилиндра должен быть закрыт. При движении поршня от НМТ к ВМТ в момент достижения верхним поршневым кольцом верхней кромки продувочных окон начнется процесс вытеснения воздуха из цилиндра через имеющиеся неплотности и одновременно процесс сжатия воздуха в цилиндре дизеля, сопровождающийся повышением давления. В процессе сжатия температура воздуха в цилиндре будет повышаться, вследствие
этого будет происходить теплоотвод от воздуха в стенки камеры сгорания. Если предположить отсутствие утечек воздуха из цилиндра (абсолютную герметичность камеры сгорания), то при положении поршня в ВМТ уровень давления достигнет максимальной величины, равной
n
pcomp = pambε pol ,
(1)
где pcomp - давление в конце процесса сжатия (при положении поршня в ВМТ); pamb - давление окружающей среды; ε - степень сжатия ( ε = V '/ Vign ; V ' - объём цилиндра в момент
перекрытия верхним поршневым кольцом верхней кромки продувочных окон; Vign - объём
камеры сгорания); n pol – показатель политропы сжатия.
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Следует отметить, что даже в новом двигателе вследствие утечек воздуха через неплотности (через поршневые кольца) сжатия воздуха почти не происходит. Давление в
цилиндре в процессе сжатия не превышает 3 бар (для сравнения: давление в цилиндре,
определяемое по формуле (1), если допустить, что утечки воздуха отсутствуют, равно
приблизительно 40 бар). Можно предположить, что при неудовлетворительном состоянии
ЦПГ (при значительной утечке воздуха из камеры сгорания) график повышения давления
при движении поршня к ВМТ будет ещё более пологим или же повышения давления не
будет наблюдаться вовсе. Автор статьи поставил перед собой цель изучить возможность
косвенной оценки герметичности камеры сгорания на основе анализа параметров процесса сжатия при проворачивании коленчатого вала валоповоротным устройством путём
применения метода имитационного моделирования.
Рассмотренный процесс сжатия описывается системой уравнений, состоящей из
дифференциального уравнения сохранения энергии [1]
dG ут
dG
dV
dQ
dT
(2)
cv Gцил
+ u цил= p цил − w − i
dϕ
dϕ
dϕ
dϕ
dϕ
и уравнения состояния газа
pVцил = Gцил RвоздT ,
где φ – угол поворота коленчатого вала; p, T, u, i – текущие значения давления, абсолютной температуры, внутренней энергии и энтальпии воздуха, находящегося в цилиндре
(соответственно); G цил , V цил , Q w , G ут - текущие значения массы воздуха в цилиндре, объёма цилиндра, тепла, отводимого через стенки камеры сгорания от воздуха, и массы утечек воздуха из цилиндра (соответственно); R возд - газовая постоянная для воздуха (R возд =
287,1 Дж/(кг К)).
Составляющие дифференциального уравнения (2) определялись следующим образом.
Истинная изохорная теплоемкость
сv = -3,17.10-10T 3+7,0749 .10-7T 2-2,83069 .10-4 T+0,7474 кДж/(кг.К)
(при выполнении расчетов в уравнении (2) используется размерность Дж/(кг.К); зависимость cv от абсолютной температуры воздуха приведена на рис.1).
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
Истинная изохорная теплоемкость
(воздух) Cv, кДж / (кг . К)
P
P
1.00
0.95
0.90
0.85
0.80
0.75
0.70
0.65
0.60
200
300
400
500
600
700
800
900
1000 1100
1200
Абсолютная температура T, К
Рис.1. Зависимость истинной изохорной теплоемкости воздуха c v от
температуры (зависимость построена по литературным данным [2])
R
R
Механическая работа, совершаемая над рабочим телом (воздухом) в цилиндре,
определяется из следующего выражения:
dV

πR 
R
=
p цил p
sin 2ϕ  Fп ,
 sin ϕ +
dϕ
180 
2 Lш

100
R
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
где Fп - площадь поршня, м2; R - радиус кривошипа коленчатого вала, м; Lш - длина шатуна, м.
Теплоотвод от рабочего тела определяется по зависимости
dQw
1
=
α г Fw (T − Tw ) ,
dϕ 6n
где α г - коэффициент теплоотдачи от воздуха к стенкам камеры сгорания (принят равным
α г = 0, 475 pT Вт/(м2.К)[3] ; в приведенной формуле давление p имеет размерность бар);
Fw - суммарная площадь поверхности камеры сгорания (является функцией угла поворота
коленчатого вала); Tw - средняя температура поверхности деталей камеры сгорания (принято T w =293K /invar/).
Изменение внутренней энергии рабочего тела, содержащегося в цилиндре, вследствие
утечки рабочего тела через неплотности камеры сгорания определяется из следующих выражений:
2
k +1


p

1
k p  p0  k  p0  k 
при до критическом истечении  0 > 0,528 
i
с pTf ут 2
=
− 


6n
dϕ
k − 1 v  p   p  
 p



dG ут
p

0, 686
p
при за критическом истечении  0 < 0,528  ,
с pTf ут
6n
dϕ
v
 p

где с p − истинная изобарная теплоемкость воздуха ( с p = сv + 0, 2871 кДж/(кг·К) ); v - теi
dG ут
кущий удельный объём воздуха в цилиндре; f ут - площадь сечения неплотностей камеры
2
неплотностей ЦПГ f ут , мм
Площадь проходного сечения
сгорания ( f=
π Dц ∆ /1000 ; параметр Δ (мм) характеризует степень неплотности цилинут
дра и представляет собой характеристический просвет между поршневым кольцом и цилиндровой втулкой; k - показатель адиабаты для воздуха ( k =1,4); p0 - давление среды,
куда происходит утечка воздуха из цилиндра (принято p0 = 1 бар =105 Па).
Поиск решения дифференциального уравнения осуществлялся с использованием метода Эйлера с шагом дискретизации аргумента 2о поворота коленчатого вала (ПКВ). Задача решалась на персональном компьютере в приложении Excel (Windows). Решения были
получены для значений характеристического про90
света в диапазоне его изменения Δ = 0,005 … 0,05
80
70
мм, что соответствовало изменению площади про60
ходного сечения неплотностей камеры сгорания f ут
50
40
= 7,85…78,54 мм2. Взаимосвязь f ут и Δ приведе30
на на рис. 2.
20
Частота вращения коленчатого вала при моде10
0
лировании была задана равной n=0,2 мин-1
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
(0,00333 с-1).
Характеристический просвет Δ, мм
В результате решения приведенной выше системы уравнений были определены основные терРис.2. Взаимосвязь параметров Δ
модинамические параметры процесса сжатия (в
и f ут для дизеля
функции от угла поворота коленчатого вала). На
5S50MC-C (Dцил = 0,5 м)
рис.3 а, б представлены кривые изменения давления в цилиндре двигателя, соответствующие различным величинам характеристического просвета Δ (рис. 3 б показывает процесс в увеличенном масштабе более наглядно).
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
4
Давление в цилиндре Pcyl , бар (абс.)
Δ=0,005 мм
3
0,010
0,015
2
0,020
1
0,030
ВМТ
0
-120
-90
-60
-30
0
30
Угол поворота коленчатого вала φ , град
а)
2.0
Давление в цилиндре Pcyl , бар (абс.)
Δ = 0,005 мм
1,71 бар (абс.)
0,010
0,015
1.5
0,020
0,030
0,040
ВМТ
1.0
-120
-90
-60
-30
0
Угол поворота коленчатого вала φ, град
б)
Рис.3. Характер изменения давления в цилиндре дизеля
при проворачивании коленчатого вала валоповоротным устройством
(результаты численного моделирования процесса сжатия воздуха)
Как видно из рисунка, процесс сжатия воздуха начинается при 120о ПКВ (момент перекрытия продувочных окон верхним поршневым кольцом). По мере движения поршня
давление в цилиндре возрастает и достигает своего максимального уровня. Далее, несмотря на продолжающееся движение поршня, давление в цилиндре начинает падать и снижается до первоначального уровня 1 бар (абс.). Скорость нарастания давления, уровень максимального давления (обозначим его P max ) и скорость падения давления в большой степени зависят (как и ожидалось) от величины характеристического просвета. Введем ещё
один описательный параметр исследуемого процесса – угол ПКВ, соответствующий моменту достижения максимального давления в цилиндре (обозначим его φP max ). Очевидно,
что на основе полученных моделированием данных, проводя соответствующий эксперимент и измеряя параметры P max и φP max , можно оценить величину неплотности цилиндра
(величину Δ). На рис. 4 приведены полученные зависимости рассматриваемых диагностических параметров (P max и φP max ) от величины характеристического просвета Δ.
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4
Угол ПКВ до ВМТ, соответствующий
Pmax , град ПКВ
Максимальное давление в цилиндреммм
в процессе сжатия Pmax , бар (абс.)
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Предельный уровень P max ,
соответствующий новому
двигателю
3
2
1
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0.00
0.06
Характеристический просвет Δ , мм
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
Характеристический просвет Δ , мм
а)
б)
Рис.4. Зависимость максимального давления в цилиндре в процессе сжатия (а)
и угла ПКВ, соответствующего P max (б), от величины характеристического просвета Δ
Для получения экспериментальных данных и оценки адекватности разработанной
модели на испытательном стенде БМЗ были проведены испытания судового малооборотного дизеля 5S50MC-C (MAN B&W). Исследовались все пять цилиндров, имеющих нормальное (эталонное) техническое состояние, соответствующее новому построенному двигателю. На рис. 5 приведены результаты регистрации параметра P max . Рассчитанное среднее по цилиндрам значение P max равно [P max ] mean =2,134 бар(абс.), стандартное отклонение σP max - 0,254 бар. Найдем 95% -й доверительный интервал при одностороннем
нижнем ограничении для параметра P max : [P max ] min = 2,134 – 1,95σP max = =1,71 бар(абс.).
На рис. 5 уровни параметров [P max ] mean и [P max ] min обозначены. Выполненный элементарный статистический анализ позволяет сделать следующий вывод: в новом двигателе в
95 случаях из ста измеряемый параметр P max будет выше уровня 1,71 бар (абс.). Если на
цилиндре окажется P max < 1,71 бар (абс.), то такой цилиндр подлежит дополнительному
обследованию с целью выявления причин повышенных утечек воздуха.
Давление Pmax , бар (абс.)
2.5
2.5
2.0
2.224
2.086
2.056
1.804
1.5
1.0
0.5
0.0
1
2
3
Номер цилиндра
4
5
Рис.5. Результаты замера параметра P max на двигателе 5S50MCC (при проворачивании коленчатого вала валоповоротным устройством)
103
Итак, разработана математическая имитационная модель
процесса сжатия воздуха в цилиндре судового дизеля при
проворачивании
коленчатого
вала валоповоротным устройством. В основу модели положен
закон сохранения энергии с
учетом процессов массообмена
и теплопередачи. Математическая модель позволила выявить
основные закономерности иссле-дуемого процесса, а также
установить взаимосвязи между
параметрами технического со-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
стояния деталей ЦПГ дизеля и диагностическими параметрами. Результаты имитационного моделирования удовлетворительно согласуются с данными, полученными при проведении натурного эксперимента.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гончар, Б.М. Численное моделирование рабочего процесса по методу ЦНИДИ. Дизели: справочник /
Б.М.Гончар; под ред. В.А.Ваншейдта [и др.].- Л.: Машиностроение , 1977.- С.87-96.
2. Рабинович, О.М. Сборник задач по технической термодинамике /О.М.Рабинович.- М.: Машиностроение,1969.- 376 с.
3. Лаханин, В.В. Моделирование процессов в судовых поршневых двигателях и машинах /В.В.Лаханин,
О.Н.Лебедев, В.С.Семенов, К.Е.Чуешко.- Л.: Судостроение, 1967.- 271 с.
Материал поступил в редколлегию 12.01.09.
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УПРАВЛЕНИЕ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
И ИНФОРМАТИКА
УДК 004.9
В.Я. Израилев, А.Г. Подвесовский, Я.И. Сиваков
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПРОВЕДЕНИЯ ОЛИМПИАД
ПО ИНФОРМАТИКЕ
Представлена структура программной системы, обеспечивающей компьютерную поддержку проведения
олимпиад по информатике в режиме онлайн. Описан пользовательский интерфейс системы и рассмотрены
особенности реализованных в ней методов тестирования результатов решения задач.
Ключевые слова: информатика; олимпиада; программная система; тестирование; процессорное время.
Одним из определяющих показателей развития современного общества является
развитие и использование информационных технологий во всех областях человеческой
деятельности. Увеличение объемов информации, требующей обработки, заставляет производителей развивать аппаратную часть компьютеров, а разработчиков программного
обеспечения – придумывать все более совершенные методы обработки данных и технологии создания программных продуктов. Таким образом, подготовка профессиональных
программистов является актуальной задачей, и проведение школьных и студенческих
олимпиад по информатике способствует ее успешному решению.
С целью обеспечения компьютерной поддержки олимпиад по информатике, по заказу Федерального агентства по образованию, под руководством и при участии авторов
в рамках их сотрудничества с ООО «Кирилл и Мефодий» была разработана специализированная программная система проведения олимпиад (СПО), автоматизирующая процессы получения решений от участников, проверки этих решений и подсчета результатов
участия.
Структура программной системы. СПО содержит следующие основные структурно-логические блоки и подсистемы (рис. 1):
• набор интернет-страниц, с которыми работают пользователи;
• банк задач;
• банк данных об участниках олимпиады;
• банк присланных решений (программ);
• банк олимпиад;
• тестирующую подсистему, в задачи которой входит компиляция присланных
программ и проверка правильности их работы.
Система построена таким образом, что проводить олимпиады с ее помощью можно
как удаленно, через Интернет, так и в пределах локальной сети учебного заведения.
В первом случае организатор олимпиады должен зайти на специальный сайт олимпиад, где ему предоставляется возможность подготовить олимпиаду (дать ей название,
выбрать или составить задания, зарегистрировать участников), а затем путем нажатия
кнопки «Начать олимпиаду» разрешить участникам соревнования приступить
к выполнению заданий. В свою очередь, каждый из участников открывает на своем компьютере тот же сайт, входит в систему, используя выданные ему имя и пароль, знакомится
с заданиями, решает их и отправляет решения на проверку. После того как олимпиада закончена, система подсчитывает очки и публикует таблицу с результатами.
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
При использовании в пределах локальной сети СПО полностью устанавливается
на один из компьютеров, а доступ к ней осуществляется через тот же набор страниц, что и
в случае с Интернетом.
Рис. 1. Структура программной системы проведения олимпиад
Интерфейс системы. Основной экран программы, с которым работают участники,
показан на рис. 2. В левой части экрана находятся панели данных текущего пользователя
и список задач олимпиады. В верхней части расположены ссылки на файлы с условиями
задач, под ними – поля для отправки решения на проверку, и еще ниже – список уже отправленных решений. Если выбрать гиперссылку с подписью «Завершено», то можно посмотреть результаты всех тестов, которые проходило решение.
Участникам олимпиады также предоставляется возможность предварительно опробовать программную систему, открыть входные и выходные файлы, освоить ее интерфейс.
С этой целью система может принимать от участников не только окончательные решения
задач, но и так называемые пробные решения. Для просмотра информации по таким решениям служит панель «Пробные решения».
В решениях задач могут присутствовать различные ошибки и неточности, которые
могут быть обнаружены как членами жюри, так и самими участниками олимпиады.
Для быстрого оповещения всех участников о выявленных недочетах служит окно «Комментарии жюри» в нижней части экрана. Рядом с этим окном расположена кнопка, при
нажатии на которую участники могут послать жюри свой вопрос.
Требования к задачам. СПО может быть настроена на работу с наиболее часто
встречающимися типами задач по информатике. Такие задачи подразумевают решения
двух видов:
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
1) одно решение на задачу – файл с исходным текстом программы на одном из допустимых языков программирования;
2) несколько решений – по одному файлу решения на каждый заданный заранее
(и известный участнику) входной файл с тестовыми данными.
Рис. 2. Интерфейс участника олимпиады
В первом случае участник присылает на проверку файл с исходным текстом решения, которое автоматически компилируется в исполняемый файл операционной системы
(*.exe). Полученный файл запускается на выполнение. Предполагается, что программа
участника читает файл с входными тестовыми данными и на их основе создает файл с выходными данными – результатами работы для данного теста.
Поскольку выдаваемые программой участника файлы с ответами могут быть разными (для одних и тех же входных данных может существовать несколько правильных выходных файлов-ответов), то проверка правильности решения является достаточно сложной задачей. Поэтому для обеспечения универсальности такой проверки используется
внешняя сравнивающая программа, называемая компаратором. Компаратор определяет
правильность выходного файла на основе входного файла и эталонного файла с правильным ответом. В настоящее время на Всероссийской олимпиаде по информатике используются компараторы, либо написанные на базе свободно распространяемой библиотеки
TestLib, либо совместимые с ней по формату входных/выходных данных [1].
107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Во втором случае участнику предлагается набор входных данных (файлов), на основе которого он должен получить соответствующий набор выходных файлов, отправляемых на проверку. Компиляция и запуск программы пользователя в этом случае не требуются – если эти действия необходимы, то они выполняются самим участником.
Для проверки присланного файла с исходным текстом программы система может
быть настроена на любой компилятор, который запускается из командной строки и получает параметры через эту строку либо переменные окружения операционной системы.
Для определения количества набранных участниками очков используется один
из следующих вариантов: подсчет путем суммирования баллов за каждый пройденный
решением участника тест либо выставление оценки за задачу, если все тесты были успешно пройдены решением. В последнем случае при распределении мест учитывается также
количество неверных попыток и время, прошедшее с начала олимпиады до момента получения системой верного решения.
Особенности работы системы. В процессе тестирования присылаемых участниками решений в них могут выявляться следующие виды ошибок:
1) превышение лимита памяти;
2) превышение лимита времени;
3) ошибки в программе, приводящие к сбоям операционной системы Windows;
4) внутренние ошибки времени выполнения (runtime error);
5) ошибки в алгоритме, приводящие к выдаче неверного ответа.
Определение того, что программа участника превысила отведенный ей лимит времени, представляет собой не столь простую задачу, как может показаться при первом рассмотрении. Сложность заключается в том, что простое определение времени выполнения
программы по часам компьютера не всегда приводит к верному результату, поскольку
операционная система параллельно с тестированием выполняет ряд других функций:
управление устройствами, вывод на экран, работу с пользователем и др. Таким образом,
процессор компьютера одновременно используется несколькими программами, при этом
в разное время загрузка процессора может быть различной. Очевидный на первый взгляд
выход – определять длительность работы программы как величину времени, затраченного
процессором на ее выполнение, – также не всегда приводит к корректным результатам,
поскольку в случае «зависания» программа практически не использует ресурсы процессора и тем самым может выполняться сколь угодно долго без превышения лимита времени.
С учетом описанных особенностей при разработке СПО был использован комбинированный подход, основанный на анализе временных диаграмм загрузки процессора
(рис. 3). Согласно этому подходу, длительность выполнения программы участника определяется как на основе затраченного процессорного времени, так и по часам компьютера.
При этом по часам компьютера программе дается «фора» – временной лимит, в несколько
раз превышающий реальное ограничение. Таким образом, данный подход позволяет корректно определять превышение лимитов, обеспечивая возможность достаточно быстро
диагностировать ситуации, связанные с «зависанием» программы участника.
Преимущества системы. Укажем основные преимущества разработанной СПО.
1. Для работы с СПО через Интернет не нужно устанавливать какие-либо иные приложения кроме Web-браузера, в то время как в большинстве аналогичных систем
от участника олимпиады требуется скачать и установить специальную программу-клиент.
2. Система имеет модульную структуру, что обеспечивает возможность ее масштабирования при сравнительно небольших затратах.
3. При реализации подсистемы тестирования эффективно решен вопрос безопасности и защиты от воздействия запускаемых пользователем программ. При этом данная подсистема выявляет все основные виды ошибок, допускаемых участниками.
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
0
Время, с
0 – старт программы;
T – окончание программы
Использование процессора, %
Использование процессора, %
4. Система имеет простой и удобный пользовательский интерфейс, разработанный
профессиональными дизайнерами.
T
P
Время, с
0
T
0 – старт программы;
P – зависание;
а)
T – принудительное снятие
программы с выполнения
б)
Рис. 3. Временные диаграммы загрузки процессора:
а – корректно работающая программа; б – зависшая программа
Начиная с 2006 г. рассмотренная система используется при проведении ежегодной
Всероссийской олимпиады школьников по информатике в рамках интернет-тура, число
участников которого, как правило, превышает 700 человек [1].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Всероссийская олимпиада школьников по информатике. – http://info.rusolymp.ru.
Материал поступил в редколлегию 17.02.09.
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 004.422.81
А.Е. Богушевский, Ф.Ю. Лозбинев
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС
«ИНФОРМАЦИОННЫЕ И ПРОГРАММНЫЕ РЕСУРСЫ ОРГАНОВ
ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ ВЛАСТИ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ»
Рассмотрены вопросы автоматизации управления развитием информационных и программных ресурсов органов исполнительной власти Брянской области. Приведено описание специализированного программного
комплекса.
Ключевые слова: информационные ресурсы, системы управления базами данных, программное обеспечение.
В Брянской области практическая реализация государственной политики информатизации осуществляется на основе системного подхода к созданию региональных информационных систем и программно-целевых методов управления процессами развития информационных технологий.
На первом этапе реализации областной целевой программы «Информатизация Брянской области на 2007—2010 годы» выполнен комплексный анализ уровня использования
информационных технологий в социально-экономической сфере, государственном управлении и местном самоуправлении, а также потребностей в информации и информационнокоммуникационных технологических услугах.
Выявленные в результате обследования факторы имеют существенное значение при
определении рейтинга региона по степени развития информационных технологий, в первую очередь — информационных и программных ресурсов, которые характеризуются
значительной разноплановостью и многообразием. Очевидно, что для успешного создания
эффективного «электронного правительства» в органах власти региона необходимо развитие специализированного информационного и программного обеспечения.
Для проведения всестороннего оперативного анализа разработан и внедрен в органах государственной власти и местного самоуправления специализированный программный комплекс «Информационные и программные ресурсы органов исполнительной власти Брянской области».
При помощи разработанного программного комплекса выполнен сбор и анализ сведений об информационных и программных ресурсах органов государственной власти и
местного самоуправления на территории Брянской области.
В рамках поставленных задач настоящая работа на территории Брянской области выполнена впервые.
Основные характеристики разработанного комплекса:
• Операционная платформа — MS Windows.
• Инструментальная основа — СУБД MS Access, VBA.
• Режим работы — интерактивный.
• Требуемый объем дискового пространства ~ 2,5 МБ.
Степень внедрения:
1. Разработанный программный комплекс внедрен в деятельность органов
государственного и муниципального управления (всего — в 70 органах власти, в том числе в администрации Брянской области).
2. Осуществлен этап опытной эксплуатации программного комплекса, позволивший
выявить проблемные моменты и подходы к их недопущению в дальнейшем.
Экономическая значимость:
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
1. Выполненная разработка должна обеспечить экономию бюджетных ресурсов при
создании и внедрении новых элементов информационного и программного обеспечения за
счет недопущения дублирования работ.
2. Разработанная и внедренная в деятельность органов государственной власти и местного самоуправления новая информационная технология создает основу для автоматизации процесса эффективного управления информационными и программными ресурсами
региона.
Комплексный анализ представленной информации позволяет наряду с положительными тенденциями выявлять и недостатки, снижающие эффективность развития и применения информационных технологий, а следовательно, и эффективность работы органов
власти, замедляющие темпы социально-экономического развития и создающие серьезные
препятствия для повышения качества жизни населения в Брянской области.
К этим факторам в первую очередь относится недостаточная оснащенность всех органов государственной власти (ОГВ) и органов местного самоуправления (ОМС) прикладными программными системами и автоматизированными банками данных по основным видам деятельности. Региональная информатизация нуждается в повышении общего
уровня и дальнейшем развитии методов обработки информации для принятия оптимальных решений в управленческой деятельности.
Клиентская часть. Разработанный специализированный программный комплекс
«Информационные и программные ресурсы органов исполнительной власти Брянской
области» (далее по тексту — Комплекс) предназначен для автоматизации подготовки сведений о программном обеспечении в органах государственной власти и местного самоуправления. Предусмотрено решение следующих задач:
• ввод, корректировка и проверка вводимой информации;
• просмотр и печать отчетных документов;
• прием и хранение данных от органов государственной власти и местного самоуправления и их обобщение;
• администрирование данных.
Комплекс разработан на основе СУБД Microsoft Access 2003, VBA и текстового редактора Microsoft Word 2003. Исходная база данных может конвертироваться в ранние
версии СУБД. Внедренные в Комплекс реляционные модели данных делят информацию
на дискретные группы, привязанные друг к другу. Сформированные межтабличные отношения в базе данных позволяют создавать формы и запросы, которые связывают и показывают информацию из разных групп, причем в конечном итоге информация собирается
воедино по классовым и функциональным признакам. В Комплексе используется структурированный язык запросов – Structured Query Language (SQL) – и язык Visual Basic for
Application (VBA).
Отчеты в разработанном Комплексе используются как эффективный способ представления данных в печатной форме. Они позволяют:
• анализировать хранящуюся в базе данных информацию;
• извлекать необходимые данные, группировать и сортировать их в нужном виде;
• вычислять итоговые значения по группам и в целом по всем отобранным записям;
• для наглядности полученных результатов анализа дополнять рисунками, диаграммами, содержательными комментариями области построения отчета;
• преобразовывать выводимый отчет в документы MS Office (Word и Excel), а также в форматы xml, htm, txt и др.
Структура базы данных специализированного программного комплекса «Информационные и программные ресурсы органов исполнительной власти Брянской области»
(рис. 1) учитывает массив вводимой информации как по прикладному, так и по инструментальному (базовому) программному обеспечению.
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Объект исследования—
исследования—ОГВ(
ОГВ(ОМС)
ОМС)
Инструментальное
(базовое)
базовое) программное
обеспечение
Прикладное программное
обеспечение
Бухгалтерский учет
Версии Microsoft Office
ФинансовоФинансово-экономическая
деятельность
СУБД
КонтрольноКонтрольно-исполнительская
дисциплина
Система электронного
документооборота
Справочные
информационноинформационно-правовые
системы
Формирование сводных
отчетных форм
Специализированное
(профильное)
профильное)
Рис. 1. Структура базы данных
Работа в Комплексе строится на основе иерархической системы экранных форм. Экранные формы содержат командные кнопки. При нажатии на командные кнопки осуществляется переход к другим экранным формам или запуск процедур обработки данных.
Для работы с Комплексом необходимо активизировать файл «ОГВ (ОМС).mdb». В
результате на экране дисплея появится окно-заставка с информацией о разработчике Комплекса с номерами телефонов для контакта, а затем на экран будет выведено диалоговое
окно «Главная панель управления» (рис. 2).
На главной панели управления в виде кнопок представлены режимы работы.
1. В режиме «Справочно» представлена рекомендательная информация пользователю при первом запуске и последующей работе Комплекса (разрешение экрана, запрос на
подтверждение).
Для всех форм ввода определены общие правила функционирования при открытии и
закрытии форм, а также при возникновении ошибок в процессе ввода данных. При закрытии форм обновляются данные в таблицах.
После просмотра справочной информации заполняется форма «Реквизиты ОГВ
(ОМС)» (рис. 3).
2. Режим «Реквизиты ОГВ (ОМС)». В окне «Региональные реквизиты» необходимо
заполнить сведения, которые должны быть включены в отчетные документы.
Заполнению подлежат все представленные поля: наименование ОГВ (ОМС) (выбирается из предложенного списка), адрес, город, индекс, Web-сайт, E-mail, руководитель,
исполнитель, телефон для контакта.
3. Режим «Прикладное программное обеспечение». После заполнения реквизитов
ОГВ (ОМС) вводу подлежат сведения об используемом прикладном программном обеспечении (рис. 4).
Прикладное программное обеспечение с учетом комплексного анализа первоначально представленной информации разделено на следующие группы: бухгалтерский учет,
финансово-экономическая деятельность, контрольно-исполнительская система, система
электронного документооборота, справочные информационно-правовые системы, формирование сводных отчетных форм, специализированное (профильное).
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Рис. 2. Окно «Главная панель управления»
Рис. 3. Форма «Реквизиты ОГВ (ОМС)»
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Рис. 4. Форма «Прикладное программное обеспечение»
При выборе функциональной принадлежности применяемого прикладного программного обеспечения осуществляется переход к надлежащему заполнению соответствующей формы. Все формы ввода по функциональной принадлежности прикладного программного обеспечения имеют однотипную структуру, внешнюю оболочку и общие правила функционирования. Формы ввода предусматривают заголовок, область данных и
строку состояния (рис. 5).
Рис. 5. Форма «Финансово-экономическая деятельность»
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Последовательно заполняются следующие поля формы: название программного
средства, операционная система, инструментальная основа, организация-разработчик, год
внедрения, периодичность использования.
Если в процессе ввода данных в поле, для которого определены условия на значение
и сообщение об ошибке, нарушаются контрольные соотношения, то при переходе к следующему полю ввода на экран будет выведено соответствующее сообщение об ошибке.
Контрольные соотношения и сообщения об ошибках проставлены для всех полей.
Для полей «Операционная платформа», «Периодичность использования» информация вводится из списка для соответствующего поля. Для поля «Год внедрения» ввод осуществляется в числовом формате.
Если во введенной строчке отсутствует информация по одному или нескольким полям, то выводится сообщение «Все поля подлежат заполнению!».
При вводе названий операционных платформ, периодичности использования, отличных от предложенных в полях с внедренным списком значений, выводится сообщение
«Введенный текст не соответствует ни одному из элементов списка».
При вводе значений в поле «Год внедрения», отличных от 4-значного формата, выводится сообщение «Диапазон вводимых дат от 1985 г. до 2007 г.».
Операционная платформа выбирается из поля со следующим списком, где представлены наиболее распространенные и часто используемые операционные платформы: Linux,
MS DOS, Unix, Windows Server-2000, Windows Server-2003, Windows Vista, Windows-2000,
Windows-9x, Windows-Me, Windows-NT, Windows-XP Home, Windows-XP Professional,
другая.
По аналогии выбирается значение для периодичности использования программного
средства: постоянно, один раз в неделю, один раз в месяц, один раз в квартал, один раз в
полгода, один раз в год.
4. Для комплексного анализа сведений об используемом в ОГВ (ОМС) инструментальном (базовом) программном обеспечении предназначен режим Комплекса «Инструментальное (базовое) программное обеспечение» (рис. 6).
Заполнению подлежат поля: версии Microsoft Office, СУБД.
По структуре и специфике заполнения режим аналогичен ранее представленным режимам работы.
Версии Microsoft Office и СУБД выбираются из полей с соответствующими списками наиболее распространенных версий MS Office (1997, 2000, 2002 (XP), 2003, другая) и
СУБД (Adabas, Clarion, Clipper, dBase, FoxPro, MS Access, MS SQL Server, MySQL, Oracle,
Paradox, Postgresql, VFP, другая).
5. Для просмотра или вывода на печать формы отчетности о программном обеспечении необходимо в окне «Главная панель управления» нажать кнопку «Просмотр информации».
В результате будет активизирован процесс открытия выбранного отчетного документа MS Word с помощью механизма динамического обмена данными (DDE).
В процессе формирования отчетного документа сначала запускается макрос MS
Access, который устанавливает связь между табличными данными, полученными в результате ввода информации в предложенные формы, и шаблоном отчетного документа в
MS Word. Затем новый макрос обновляет данные таблиц и представляет все записи как
уникальные. После этого данные из табличной части MS Access конвертируются в отчетный документ MS Word.
Выходной отчетный файл «ОГВ. rtf» автоматически формируется в папке «Мои документы». В дальнейшем его можно форматировать на свое усмотрение.
6. Выход осуществляется из главной кнопочной формы нажатием соответствующей
кнопки — «Выход».
115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Рис. 6. Форма «Инструментальное (базовое) программное обеспечение»
Таким образом вводится и просматривается введенная в клиентскую часть Комплекса информация о программном обеспечении в ОГВ (ОМС).
Администраторская часть. Для получения сводной информации создана администраторская часть Комплекса.
Табличная часть и межтабличные связи администраторской (рис. 7) и клиентской
частей имеют идентичную структуру.
Для автолинковки табличной информации из клиентской части в администраторскую часть Комплекса создана в пользовательской части форма (рис. 8) с приданием ей
свойства невидимости (вставкой в ее название префикса Usys). Для Access это является
признаком, благодаря которому такая форма приобретет смешанные свойства и станет и
системной, и пользовательской.
С помощью разработанного на языке VBA модуля и внедренных макросов на запрос
об обновлении и добавлении (Update and Append Query) соответствующие табличные значения переносятся из клиентской части в администраторскую. В администраторской части
Комплекса перенесенные данные имеют уникальные значения. После переноса всей информации, представленной органами государственной власти и местного самоуправления,
с помощью запросов на выборку (Select Query) можно получать любую информацию,
удовлетворяющую заданному запросу.
Вследствие этого внедренный специализированный программный комплекс позволяет проследить и скоординировать формирование и развитие единой информационной
среды органов исполнительной власти в Брянской области, обеспечивающей возможность
автоматизированного сбора, обработки, анализа и представления соответствующих сведений по системе государственного управления в регионе.
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Рис. 7. Табличная часть административной базы данных Комплекса
Рис. 8. Внедренная скрытая форма в клиентской части Комплекса
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Внедрение данного программного комплекса позволяет выйти на качественно новый
уровень управления данными об информационном и программном обеспечении в ОГВ и
ОМС, дает возможность прослеживать динамику и структуру используемого информационного и программного обеспечения, возможность дальнейшего развития, а также дополнительные преимущества благодаря:
● сокращению времени на заполнение форм установленного образца;
● повышению точности расчета сравнительных и аналитических характеристик используемого информационного и программного обеспечения;
● проведению анализа эффективности работы органа исполнительной власти.
Анализ полученных при помощи разработанных программных средств сведений позволил сформировать реестр информационного и программного обеспечения органов исполнительной власти региона и сформулировать следующие выводы:
1. Информационные и программные средства используются в широком спектре деятельности органов исполнительной власти региона (общее количество наименований —
132).
2. Большинство программных средств — 97 (74%) — функционируют под управлением операционной системы Windows.
3. В органах власти региона используется 49 собственных комплексных автоматизированных разработок, применяемых в основной сфере деятельности.
4. 51 орган власти (73%) использует версию Microsoft Office 2003.
5. Наиболее часто применяются СУБД MS Access и MS SQL Server.
6. Значительная часть программных средств разработана на языковых платформах
FoxPro, VFP, Delphi.
Фрагмент данной работы был представлен на конкурс молодых учёных и аспирантов
в рамках Первого Брянского инвестиционного форума в октябре 2007 г. и признан победителем в номинации «Инвестиционная привлекательность региона как фактор повышения его конкурентоспособности».
Материал поступил в редколлегию 21.11.08.
118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 621.38.068(03)
Н.В.Симкин
МУЛЬТИПЛЕКСИРУЕМАЯ ШИНА ГРАФИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НА БАЗЕ
ПРОГРАММИРУЕМОЙ ЛОГИЧЕСКОЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ СХЕМЫ
VIRTEX-II PRO
Изложены результаты исследований, выполненных автором, по разработке архитектуры мультиплексируемой шины, которая работает совместно с локальной процессорной шиной PLB встроенного процессорного
ядра PowerPC405 в FPGA Virtex-II Pro и дополняет ее функциональные возможности.
Ключевые слова: архитектура, встроенный процессор, мультиплексируемая шина, графическая система,
PowerPC, Virtex-II Pro.
В исследуемых многофункциональных индикаторах (МФИ) используются архитектура и программное обеспечение графической системы на базе локальной процессорной
шины PLB. Так как шина PLB имеет разделяемую архитектуру [1], то процессор и контроллер LCD, подключенные к шине PLB, могут обращаться к блокам памяти Sync RAM 1
и Sync RAM 2 только последовательно. Экспериментальные исследования данного варианта архитектуры графической системы показали ее малую производительность[2]. Для
повышения производительности графической системы необходимо, чтобы модификация
процессором содержимого блока памяти Sync RAM 1 выполнялась параллельно со считыванием данных контроллером LCD из блока памяти Sync RAM 2. С этой целью были
спроектированы мультиплексируемая шина Multiplexed bus и графический ускоритель 2daccelerator. Схема графической системы МФИ на базе мультиплексируемой шины представлена на рис.1.
Рис. 1. Архитектура графической системы многофункционального
индикатора на базе мультиплексируемой шины
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Обмен данными между устройствами, подключенными к мультиплексируемой шине, и процессором осуществляется через подчиненный порт шины PLB. Для мультиплексируемой шины этот порт шины PLB является мастером. Мультиплексируемая шина реализует необходимое подмножество функций шины PLB. Структура мультиплексируемой
шины представлена на рис.2.
Рис. 2. Структура мультиплексируемой шины
Мультиплексируемая шина имеет следующие порты: подчиненный порт контроллера LCD, подчиненный порт контроллера Sync RAM 1 (видеоОЗУ1), подчиненный порт
контроллера Sync RAM 2 (видеоОЗУ2), подчиненный порт управления 2d-акселератором,
порт мастера контроллера LCD, порт мастера 2d-акселератора и порт шины PLB. Также в
мультиплексируемую шину входят арбитры и декодеры адреса.
Мультиплексируемая шина совместно с шиной PLB выполняет функции арбитража
и передачи данных. При этом мультиплексируемая шина реализует только функции,
присущие ей, а функции PLB, которые разработаны специально для разделяемой шины, не
используются. Однако устройства, подключаемые непосредственно к шине PLB, могут
использовать весь набор функций, присущих шине PLB.
Архитектура мультиплексируемой шины предназначена для объединения элементов системы на кристалле и внешних устройств, входящих в систему, и включает в себя
следующие основные функциональные модули: интерфейсы с подчиненными устройствами
(slave_connect_interface),
интерфейсы
с
устройствами
мастеров
(master_connect_interface), арбитры (arbiters), схемы коммутации. Она также определяет
синхронизацию работы этих компонентов.
Иерархия модулей на языке Verilog, обеспечивающая логику работы мультиплексируемой шины, представлена на рис. 3.
Модуль верхнего уровня содержит объявления модулей интерфейсов с подчиненными устройствами, устройствами мастеров и объединяет эти устройства, подключенные
к нему.
120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
В модуле верхнего уровня объявляется столько модулей интерфейсов с подчиненными устройствами и модулей интерфейсов с мастерами, сколько необходимо в системе.
Все эти модули связываются по принципу «каждый с каждым». В рассматриваемой графической системе имеется три мастера и четыре подчиненных устройства. В качестве
подчиненных выступают два контроллера видеоОЗУ, порт управления контроллером LCD
и порт управления 2d-акселератором. В качестве мастеров выступают интерфейс с шиной
PLB, порты мастеров LCD-контроллера и 2d-акселератора.
Логика
функционирования
шины выглядит следующим образом. Мастер выставляет адрес и устанавливает в активное состояние
сигналы запроса чтения или записи.
Эти сигналы поступают на входы
всех подчиненных устройств. При
этом каждое подчиненное устройства имеет свой адрес и арбитра. Если
какое либо из подчиненных устройств имеет такой же адрес, формируется сигнал запроса, который
поступает на вход арбитра, а арбитр
выдает или не выдает сигнал разреРис. 3. Иерархия модулей на языке Verilog
шения (grant). Когда этот сигнал поступает на вход мастера, цикл шины продолжается и осуществляется операция чтения или
записи. Блок-схема модуля интерфейса мастера представлена на рис. 4.
Рис. 4. Блок-схема модуля интерфейса мастера
Рис. 5. Блок-схема модуля интерфейса подчиненного
Каждый модуль интерфейса мастера имеет четыре порта с подчиненными устройствами, так чтобы каждый подчиненный мог получать (передавать) данные от каждого
мастера. Мультиплексор служит для того, чтобы мастер получал данные от какого-либо
конкретного подчиненного. Логика работы мультиплексора определяется адресом, выставляемым мастером и сигналами grant со стороны подчиненных. При декодировании
адреса используются только старшие биты. Младшие биты адреса представляют собой
адресное пространство подчиненного. Блок-схема модуля интерфейса подчиненного
представлена на рис. 5.
121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Архитектура проекта и тестовая программа разрабатывались в системе автоматизированного проектирования и программирования электроники Xilinx ISE Design Suite на
базе процессора PowerPC 405.
Первая группа функций тестовой программы осуществляет управление LCDконтроллером. В их задачу входит инициализация LCD-контроллера и запись адреса отображаемого видеобуфера в адресный регистр LCD-контроллера. Графическая система работает по принципу двойного буфера: когда сформирован кадр, происходит переключение
видеобуферов, и следующий кадр формируется в другом буфере. Это выполняет функция
FlipBuffer().
Вторая группа функций осуществляет управление 2d-акселератором. Они записывают в регистры 2d-акселератора соответствующие команды (очистки буфера, построения
вектора).
Третья группа функций отвечает за построение графических примитивов. Особенность графических примитивов заключается в том, что они должны быть реализованы с
использованием алгоритмов, обеспечивающих сглаживание. При этом реализованы следующие функции: построение линии и эллипса по алгоритму Wu (WuDrawLine,
DrawEllipseAA, DrawFillEllipseAA), построение кривой Безье третьего порядка
(DrawBezier), растеризация полигона со сглаженными краями (DrawPoligon), вывод растрового шрифта (PrintString) [3].
Результаты исследований представлены в таблице.
Таблица
Сравнительная характеристика производительности графических систем
Время выполнения
Функция
Система на базе
Система на базе
мультиплексируемой
шины PLB
шины
Вывод линии по алгоритму Брезенхема
15 мкс
67 мкс
Вывод символа с использованием табли14 мкс
51 мкс
цы шрифтов (8 х11)
Вывод строки из 30 символов
400 мкс
1,2 мс
Вывод не закрашенной окружности ра41 мкс
159 мкс
диусом 30 пикселей
Вывод закрашенной окружности радиу680 мкс
2,1 мс
сом 30 пикселей
Построение эллипса
360 мкс
1,1 мс
Из таблицы следует, что время исполнения функций вычислительной системой
МФИ на базе мультиплексируемой шины значительно уменьшилось, что дает возможность реализовывать функции вывода графических примитивов со сглаживанием, которые требуют больших вычислительных ресурсов, но изображения при этом создаются
более естественными.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. www.xilinx.com
2. Симкин Н.В. Архитектура и программное обеспечение графической системы на базе ПЛИС Virtex-II Pro /
Н.В. Симкин // Вестн. БГТУ. – 2009.-№1.-С. 58-64.
3. Чириков, С.В. Алгоритмы компьютерной графики / С.В. Чириков. – СПб: СПб ГИТМО(ТУ), 2001. – 120с.
Материал поступил в редколлегию 03.02.09.
122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 378.4
В.И.Аверченков, В.М.Кожухар, А.С.Сазонова
ОЦЕНКА НАУЧНОГО ПОТЕНЦИАЛА РЕГИОНА
Рассмотрены проблемы оценки регионального научного потенциала. Выполнена оценка и ранжирование
регионов ЦФО по значению научного потенциала.
Ключевые слова: научный потенциал, показатели научного потенциала, весовые коэффициенты, методы
оценки, метод Дельфы.
Под научным потенциалом региона многими авторами понимается комплементарная
совокупность его интеллектуальных, институциональных и материальных ресурсов, способных или способствующих генерированию и распространению новых знаний, а также
эффективному заимствованию и усвоению полученного от других знания.
В последнее десятилетие научная общественность России начала проявлять повышенный интерес как к самой категории «научный потенциал», так и к методам его оценки.
Среди работ, касающихся рассматриваемого вопроса, особого внимания заслуживают результаты указанных ниже авторов[1-3].
На сегодняшний день сбором, обработкой и представлением информации о научнотехническом потенциале вузов и научных организаций системы образования занимается
Северо-Западный научно-методический центр Министерства образования Российской Федерации (СЗНМЦ). В результате работы СЗНМЦ были выпущены статистические и информационно-аналитические сборники: «Научный потенциал вузов и научных организаций Минобразования России»; «Научный потенциал вузов по федеральным округам Российской Федерации» и др., - а также создана система мониторинга научного, научнотехнического и образовательного потенциала высшей школы, которая позволяет получать
в динамике оценки изменения научного потенциала отдельного вуза, отдельных регионов
и в целом системы высшего образования. На базе СЗНМЦ исследовательской группой
Г.И.Дмитриева создана методика оценки научно-технического потенциала вуза, опирающаяся на статистические материалы Министерства образования и науки РФ и характеризующая деятельность подведомственных вузов. Между тем исследований о влиянии этого
потенциала на экономику региона не проводилось.
Коллектив МИФИ[2] посчитал целесообразным использовать при оценке научнотехнического потенциала вузов России ресурсную и результативную составляющие, т. е.
не только ресурсные индикаторы деятельности вузов, но и те, которые отражают результат их деятельности - результат использования (востребованности) ресурсного потенциала, – что, по нашему мнению, некорректно. В составе ресурсной составляющей учтены
только численность работников, занятых в научной деятельности, и их профессиональноквалификационная структура. Вне внимания исследователей осталась оснащенность современными техническими средствами, их релевантность и структура. В качестве основных индикаторов результативной составляющей научно-технического потенциала вузов
рекомендуется учитывать:
- опубликованные книги, статьи, экспонаты, представляемые на выставках;
- показатели завершения диссертационных исследований, число диссертационных
советов, количество защит диссертаций;
- показатели признания результатов научной деятельности вузов научной общественностью;
- количество премий, наград, дипломов;
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
- финансовые показатели: объем финансирования НИР по грантам, объемы финансирования хоздоговорных работ.
Н.В.Таганова в своем исследовании [3] сосредоточила внимание на оценке научного
потенциала университетских комплексов, главенствующую роль в котором представляет
кадровая составляющая научного потенциала.
Результаты анализа этих и других исследований по рассматриваемой проблеме позволяют сделать вывод о том, что отсутствует единство представления исследователей как
по наименованию (и, следовательно, сущности) научного потенциала вузов, так и по составу индикаторов, характеризующих этот потенциал.
В то же время проблемы оценки и продуктивного использования имеющегося научного потенциала и его дальнейшего наращивания стоят перед страной и ее территориями
как никогда остро. Это обусловлено такими обстоятельствами, как ожидаемый переход
национальной экономики к шестому технологическому укладу, поиск путей выхода из
мирового финансового кризиса и др. Проблема оценки регионального научного потенциала концептуально состоит из двух подпроблем. Первая - в отборе минимально необходимого и достаточного количества сущностных и независимых друг от друга факторов, всесторонне отражающих научный потенциал, выражаемых информационно обеспечиваемыми показателями. Вторая – в свертке этих показателей в один обобщающий, релевантно характеризующий рассматриваемую комплексную характеристику. Высокие значения
этой характеристики вносят весомый вклад в инвестиционную привлекательность региона, выступают значимым средством территориального маркетинга и т.д.
С учетом сложности описанных процессов представляется естественным и очевидным, что сформировать совокупность рассматриваемых факторов можно только экспертным путем. На первом этапе исследования оценки влияния различных факторов проводились усилиями семи экспертов. Привлечение даже столь ограниченного числа экспертов
показало значительный разброс представлений о сущности научного потенциала региона
и наборе выражающих его факторов. Из соображений информационной обеспеченности
первоначально было решено включить в рассматриваемую совокупность восемнадцать
факторов, представленных в табл.1 (графа 1). Критический анализ этой совокупности
привел к заключению, что она охватывает не только упомянутые ресурсные характеристики региона, но и факторы-условия реализации ресурсов, выражающие научный потенциал. В последующем эта совокупность, с одной стороны, сужалась, а с другой - к ее формированию, с целью недопущения неучета важных факторов, привлекались дополнительные эксперты.
Свертка частных ресурсных характеристик в единый обобщающий показатель может
быть осуществлена на основе двух известных подходов. Один из них основан на использовании коэффициентов весомости частных характеристик в обобщающем показателе.
Второй предполагает построение площадных диаграмм - «роз». Оба подхода характеризуются определенными достоинствами и недостатками. Однако единым и неустранимым
недостатком обоих подходов является то, что обобщающий показатель, с одной стороны,
не поддается особой смысловой интерпретации, а с другой стороны, что обусловлено первой, - безразмерен, так как интегрирует разнородные характеристики, измеряемые в абсолютных и/или относительных натуральных единицах измерения. Преимуществом подхода, основанного на весовых коэффициентах, является определенная устойчивость получаемых значений при повторных оценках с использованием единожды определенных весов. Но его недостатком является субъективность, обусловленная экспертным вкладом в
измерения. Этого недостатка лишен подход, основанный на построении площадных диаграмм. Но его «родовым» недостатком является неустойчивость получаемых значений
124
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
при практически неизбежном использовании при повторных оценках разных масштабов
площадных диаграмм. Полученные значения оценок в целом пригодны только для ранжирования территорий по значению научного потенциала в рамках одного и того же измерения.
Исходя из изложенных соображений был выбран подход, основанный на определении весовых коэффициентов. В рамках этого подхода возможно использование двух разных экспертных методов. В основе одного из них лежит метод анализа иерархий (МАИ),
предложенный Т.Саати. Для уменьшения субъективности полученных с его помощью весов возможна их объективизация путем усреднения значений, полученных несколькими
экспертами. В основе другого лежит прямое назначение весов экспертами с последующим
их согласованием при помощи итерационной процедуры, предусмотренной методом
Дельфы.
Использование МАИ для оценки весов факторов, характеризующих научный потенциал региона, показало, с одной стороны, отсутствие достаточно подготовленных экспертов, знакомых с методом Саати и способных представить внутренне согласованные оценки, удовлетворяющие требованиям проверки на транзитивность. В связи с этим процедура
проверки оценок попарного экспертного сравнения включенных в оценочную совокупность факторов на транзитивность не проводилась. С другой стороны – большой разброс
значений оценок, видимый из табл.1 (графы 2-5), который было решено согласовать процедурой метода Дельфы. С этой целью на втором туре экспертам были розданы результаты первого тура оценивания (при помощи МАИ) и предложено назначить новые веса факторов с учетом этих результатов. Итоговые значения весов факторов приведены в табл.1
(графа 6).
Таблица 1
Результаты экспертного оценивания весомости факторов, характеризующих научный
потенциал, доли единицы
Значение вклада фактора при использовании метода Дельфы
Фактор
1
Объем НИР научного учреждения
Число научных учреждений
Численность исследовательского персонала
1-й тур (МАИ)
Среднее
МаксиМиниарифмемальное мальное
тическое
2
3
4
Медианное
2-й тур
5
6
0,146
0,020
0,077
0,081
0,082
0,124
0,010
0,052
0,033
0,053
0,113
0,012
0,052
0,037
0,057
0,193
0,049
0,101
0,092
0,097
0,095
0,020
0,060
0,061
0,068
Число докторантов
0,083
0,022
0,048
0,044
0,052
Число аспирантов
0,067
0,013
0,032
0,028
0,036
Численность докторов наук
Численность кандидатов
наук
125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Окончание табл.1
1
2
3
4
5
6
Число соискателей
0,069
0,011
0,026
0,018
0,023
0,124
0,029
0,072
0,059
0,070
0,075
0,019
0,044
0,036
0,056
0,144
0,018
0,050
0,031
0,046
0,109
0,018
0,062
0,064
0,065
0,109
0,017
0,069
0,082
0,067
0,052
0,008
0,026
0,027
0,033
0,072
0,012
0,032
0,027
0,048
0,140
0,015
0,065
0,047
0,054
Число вузов
0,177
0,021
0,078
0,059
0,052
Число специальностей в
вузах
0,096
0,032
0,054
0,049
0,041
Число защищенных докторских диссертаций
Число защищенных кандидатских диссертаций
Число специализированных советов по защите
Стоимость оборудования
вузов
Количество полученных
охранных документов на
интеллектуальную собственность
Количество научных публикаций
Количество отличий за научную деятельность (премии, награды)
Количество научных экспонатов на выставках
Примечание. Имеются в виду годовые и среднегодовые значения показателей в регионе.
Анализ результатов проведенных исследований показал, что наибольший вклад в научный потенциал региона вносят численность докторов наук, годовые объемы выделяемых на научную деятельность ассигнований, число защищенных докторских диссертаций
(приращение количества докторов наук в регионе) и годовое количество полученных охранных документов на интеллектуальную собственность (активность научных коллективов).
Значение научного потенциала региона, при наличии заслуживающих доверия показателей весовых коэффициентов вклада в него частных ресурсных характеристик (табл.1,
графа 1), может быть определено по следующему выражению:
НП =
i =n
∑ (k
i =1
b
i
PX i ) ,
где НП – значение показателя (индекса) научного потенциала региона, доли или целые
единицы; k ib - значение весового коэффициента вклада частной (i-й) ресурсной характеристики, доли единицы; PX i – значение i-й ресурсной характеристики, абсолютные натуральные или относительные 1 единицы измерения[6-10].
В результате вычислений были получены значения научного потенциала регионов
(табл. 2).
При выполнении расчетов, с целью исключения влияния на показатель НП размера региона, использовались относительные значения (приходящиеся на 100 тыс. населения) учтенных ресурсных характеристик. В
расчетах использованы данные за 2003-07 гг.
1
126
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Таблица 2
Оценки научного потенциала областей Центрального федерального
округа и результаты ранжирования
Область
Белгородская
Брянская
Владимирская
Ивановская
Калужская
Костромская
Курская
Липецкая
Орловская
Рязанская
Смоленская
Тамбовская
Тверская
Тульская
Ярославская
Значение НП
0,48186
0,10325
0,22357
0,27108
0,07293
0,06235
0,09820
0,15937
0,21637
0,10825
0,01973
0,21526
0,14594
0,23892
0,24881
Ранг
1
11
5
2
13
14
12
8
6
10
15
7
9
4
3
Анализ полученных значений показывает, что наиболее высоким научным потенциалом среди рассмотренных, относительно однородных по ресурсным характеристикам
областей ЦФО обладают Белгородская, Ивановская и Ярославская области. Наиболее низким потенциалом обладают Смоленская, Костромская и Калужская области. Город Москва, Московская и Воронежская области в анализируемую совокупность регионов не включались ввиду их явной несопоставимости по ресурсным характеристикам с другими областями, а также из-за трудностей разделения ресурсных характеристик г.Москвы и области.
Полученные значения могут быть использованы при прогнозировании научного потенциала регионов в будущем, а также для исследования его влияния на экономическое
развитие региона.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Дмитриев, Г.И. Анализ научного потенциала высшей школы и разработка аналитической системы мониторинга научно-исследовательской деятельности вузов и научных организаций/Г.И.Дмитриев,
Е.А.Законников, В.А. Мейев// Материалы ВНПК «Образовательная среда».- http://www.ict.edu.ru
2. Качак, В.В. Оценка научного потенциала вузов регионов России и эффективность его использования/В.В. Качак, А.М.Масленников, П.А.Ружинский.-М.: Изд-во МИФИ, 1998.-79с.
3. Таганова, Н.В. Современные методы оценки инновационного потенциала научной деятельности университетского
комплекса:
автореф.
дис….канд.экон.наук
/
Н.В.Таганова.-М.,
2007.
http://revolution.allbest/ru
4. Бедный, Б.И. Диагностика научного потенциала и результативности аспирантуры/Б.И.Бедный,
А.А.Миронос//Материалы МНПК «Инновации и подготовка научных кадров высшей квалификации в
Республике Беларусь и за рубежом»/ под ред.И.В.Войтова.-Минск: БелИСА, 2008.-316 с.
5. Гохберг, М.Я. Центральный федеральный округ: экономика и инновационный потенциал: науч.-практ.
изд./М.Я.Гохберг, Э.А.Котляр.-М.: ИНЭК, 2007.-284 с.
6. Научный потенциал вузов Центрального федерального округа России. 2003: сб.ст./гос.науч.учреждение
«Северо-Западный научно-методический центр».- СПб., 2004. - 235 с.
7. Научный потенциал вузов Центрального федерального округа России. 2004: сб.ст./ФГНУ «СЗНМЦ».СПб., 2005.- 235 с.
8. Научный потенциал вузов Центрального федерального округа России. 2005: Информ.-аналит.сб./ФГНУ
«СЗНМЦ».- СПб., 2006.- 231 с.
9. Научный потенциал вузов Центрального федерального округа России. 2006: Информ.-аналит.сб./ФГНУ
«СЗНМЦ».- СПб., 2007.- 231 с.
10. Научный потенциал вузов Центрального федерального округа России. 2007:сб.ст../ФГНУ «СЗНМЦ».СПб., 2008.- 233 с.
1.
Материал поступил в редколлегию 04.04.09.
129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
ЭКОНОМИКА И МЕНЕДЖМЕНТ
УДК 330.341
Е. А. Ларичева
РАЗВИТИЕ ИННОВАЦИОННОЙ КУЛЬТУРЫ НА ПРЕДПРИЯТИИ
Рассмотрена инновационная культура предприятия, выделены факторы, на неё влияющие, и её отличия от
консервативной культуры. Приведена блок-схема процесса формирования инновационной культуры.
Ключевые слова: инновационная культура, корпоративная культура, консервативная культура, индекс инновационной культуры.
Корпоративная культура (КК) предприятия может быть либо консервативной, либо
инновационной, т.е. либо благоприятствовать внедрению инноваций, либо отвергать их.
Инновационная культура предприятия во многом совпадает с корпоративной, однако существует ряд отличий (табл. 1) [1-3; 5]. Факторы, влияющие на корпоративную, инновационную и консервативную культуру, представлены на рис. 1.
Внутренние факторы
Стиль управления и способ контроля; мотивация;
информированность; инновации; эстетичность;
Системы: семьи; образования; экономическая;
способ связи; уровень кадровой политики и
политическая; религиозная; социализации;
лояльность работников организации; условия
здоровья и отдыха
труда; имидж; уровень централизации и
организационная структура;
интернациональность.
Корпоративная
Внешние факторы
культура
Управление
Консервативная
Инновационная
культура
культура
Внутренние Внешние
Внешние
Внутренние
факторы факторы
факторы
факторы
Мнение лидера.
Системы:
Государство
Косвенны е
Мотивация.
-семьи;
и
уровень
НТП
Индивидуальное
История развития
-образования;
образование и культура.
организации
-экономическая;
Управление
Творческие способности.
(позитивная/негативная).
-политическая;
образованием.
Уровень кадровой
-религиозная;
Руководство предприятия,
Политика в области
политики и лояльность
-социализации;
стратегия, корпоративная
инноваций и общая
работников организации.
-здоровья и отдыха
культура, культура как
экономическая
Условия труда.
показатель самого
политика
Уровень централизации и
процесса управления
организационная
Средства массовой
Прямы е
структура.
информации
Творческие способности
Рис. 1. Факторы, влияющие на корпоративную культуру и её типы:
консервативный и инновационный
Если предприятие имеет четко сформулированную инновационную стратегию и
неукоснительно соблюдает её, менеджеры могут скорректировать ситуацию, причём так,
чтобы она стала выигрышной для большинства работников. Основным рычагом влияния
на отдельных сотрудников и их группы является корпоративная культура. Корпоративная
культура инновационной организации должна ориентировать персонал на более быстрое
принятие инноваций, а инженерно-технических работников – на генерацию идей [4].
128
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Сравнение корпоративной, инновационной и консервативной культуры
Критерий
сравнения
Носители
культуры
Корпоративная культура
Инновационная культура
Таблица 1
Консервативная культура
Люди в коллективе предприятия
Люди (как коллектив самого предприятия, так и
общество в целом)
Люди (как коллектив самого предприятия, так и общество в целом)
Отношение к
отдельным
личностям
Человек, не вписывающийся в культуру, вынужден либо под неё подстраиваться, либо просто
уйти
Человек, не вписывающийся в культуру, более
подвержен сопротивлению изменениям, труднее
обучается, не способен раскрыть свой творческий
потенциал
Большинство членов коллектива не приемлют инноваций, препятствуют им, отрицательно относятся к инноваторам, так
как те нарушают устоявшийся порядок
Отношение к
группе людей
(коллективу)
КК включает общую культуру организации и субкультуры отдельных
групп. Чем более однородны субкультуры организации, тем она более
сплочена и скоординирована
Хорошие социально-психологические отношения
приносят удовлетворение содержанием и результатами своего труда, способствуют духовному и нравственному развитию личности и формируют потребность в творческом участии в процессе труда, в
приобретении новых знаний, умений, чтобы управлять новой техникой. И наоборот, плохие социально-психологические отношения снижают интерес к
делам производства
Совместимость Стратегические изменения Сопротивление изменениям может проявляться в
с общей страв организации встречают
ответ на внедрение новых технологий, новых метегией предсильное сопротивление,
тодов управления
приятия
которое отрицательно сказывается на успехе стратегии
Возможность
Частичное управление и
С помощью мотивации творческой деятельности
управления
только при наличии силь- работников, обучения, повышения квалификации
ного руководителя
(при сильной КК)
Коллектив, придерживающийся такой
культуры, статичен, мало восприимчив к
сигналам внешней среды и отрицательно
воспринимает сигналы к изменениям из
внутренней
129
Сопротивление изменениям может вынудить руководство предприятия отказаться
от проведения каких-либо масштабных
преобразований, даже если их необходимость продиктована внешней средой
С помощью психологических приёмов
или путём мотивации, переговоров. Однако возможность добиться серьезных
результатов низка
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
О высоком уровне инновационной культуры на предприятии нужно заботиться постоянно, но особенно в преддверии крупных изменений (например, корректировка организационной структуры, запуск новой продукции), иначе эти изменения не будут успешны. Следует отметить, что на большинстве российских предприятий процесс структурных
или инновационных преобразований не был доведён до конца по ряду причин, в числе которых можно выделить и сопротивление изменениям, и низкий уровень инновационной
культуры работников. Инновационная культура включает в себя ряд элементов (табл. 2;
рис. 2).
Таблица 2
Элементы инновационной культуры предприятия
Элементы инновационной
Составляющие элементов
культуры
1..Инновационная культура Образование; уровень научно-технических знаний; творработников (за исключением ческий и интеллектуальный потенциал; квалификация раруководителей)
бот; трудовой опыт; способность к саморазвитию; инновационные ценности; эргономические условия на рабочем
месте; внутреннее настроение работника; отношения с
непосредственным руководителем; совокупность мотивирующих факторов на предприятии; уровень корпоративной культуры предприятия; осознание стратегического
направления деятельности организации
2..Инновационная культура Образование; уровень научно-технических знаний; преруководителей
обладающий стиль управления; инновационные ценности;
предрасположенность к риску / избегание риска; осознание стратегического направления деятельности организации
3. .Инновационная история История изменений на предприятии (негативная история
предприятия
порождает более сильное сопротивление изменениям)
4. Инновационный потенци- Менеджмент организации; производство; технология;
ал предприятия
маркетинг; кадры; финансы; корпоративная культура; организационная структура; информационные ресурсы
5.Инновационные возмож- Возможности реализации инновационного потенциала
ности предприятия
предприятия в конкретных сложившихся условиях внешней среды
1
5
2
4
3
Рис. 2. Взаимосвязь факторов
инновационной культуры
предприятия (табл. 2)
Инновационная культура предприятия формируется поэтапно (рис. 3) с использованием специальной программы
(табл. 3).
С целью определения восприимчивости к инновациям
можно провести анкетирование руководителей отделов предприятий. Это позволит выявить, насколько руководство готово
к изменениям.
Перед серьёзными инновационными преобразованиями
на предприятии можно измерить уровень восприимчивости работников к инновациям. Предлагается следующий алгоритм
расчета индекса инновационной культуры с помощью анкетирования.
Для определения важности утверждения работников
130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
предлагается использовать пять возможных ответов: абсолютно не согласен (1 балл), не
согласен (2 балла), не уверен (3 балла), согласен (4 балла), полностью согласен (5 баллов).
По каждому утверждению выбирается наиболее часто встречающийся ответ (наиболее часто встречающийся балл). Его и рекомендуется использовать в дальнейшем анализе. Обозначим величину полученных оценок как B i .
Возникновение необходимости проведения изменений
Исследование инновационной
восприимчивости работников:
1. Составление анкет.
2. Проведение анкетирования.
3. Обработка полученных данных и
определение индекса инновационной
культуры
Да
Инновационная культура каждого работника:
образование; уровень научно-технических
знаний; творческий и интеллектуальный
потенциал; квалификация работ; трудовой
опыт; способность к саморазвитию,
инновационные ценности, внутреннее
настроение работника; отношения с
непосредственным руководителем;
совокупность мотивирующих факторов на
предприятии; осознание стратегического
направления деятельности организации
Индекс инновационной
культуры > 0,5
Инновационная культура
Нет
Консервативная культура
Разработка и внедрение программы
формирования инновационной
культуры, преодоление
сопротивления изменениям
Развитие инновационной
культуры, разработка
мероприятий по
уменьшению возможного
сопротивления изменениям при проведении
инновационных
преобразований
Индекс инновационной
культуры > 0,5
Нет
Да
Развитие инновационных черт в
корпоративной культуре
Проведение инновационных преобразований на предприятии
Рис. 3. Блок-схема процесса совершенствования инновационной культуры на предприятии
После каждому утверждению присваивается степень значимости для предприятия
по трехбалльной шкале, где 1 балл – наименее значимое утверждение, а 3 балла – наиболее значимое утверждение. Обозначим полученный субъективный балл 1 как V i .
1
Его также можно определять методом экспертных оценок.
131
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Программа развития инновационной культуры предприятия
Таблица 3
Этап
Содержание мероприятий
1. Сбор и анализ инфор- Проведение анкетирования. Анализ данных. Выявление
мации
отклонений от желаемого уровня инновационной культуры. Формулировка основных проблем и задач инновационного развития предприятия
2. Разработка программы Разработка программы обучения персонала. Проведение
действий
разъяснительной работы с персоналом для создания в коллективе убежденности в необходимости изменений. Определение источников вероятного сопротивления изменениям. Разработка системы мотивации персонала к инновационной деятельности
3. Создание предпосылок
формирования инновационной культуры на предприятии
4. Реализация программы
формирования инновационной культуры предприятия
Создание целевых групп для формирования системы информирования персонала. Документальное оформление
требований к инновационной культуре предприятия
Обучение персонала. Создание системы коучинга по предприятию. Корректировка кадровой политики предприятия.
Реализация новой системы стимулирования. Проведение
изменений организационной системы предприятия
5. Контроль за формиро- Выделение контрольных показателей, по которым будут
ванием
инновационной определяться изменения инновационной культуры предкультуры
приятия. Контроль за реализацией изменений инновационной культуры предприятия
Эмпирическая оценка является произведением результата значений фактора на его
важность:
М emp =B i V i .
Число оцениваемых утверждений (критериев) может быть любым, но только в отношении сумм баллов идеальной и реальной оценок можно проследить восприимчивость
персонала к инновациям, т.е. уровень инновационной культуры.
Однако нельзя судить о результатах только по сумме баллов, получив эмпирическую оценку. Необходимо определить отношение эмпирической оценки, полученной в
результате опроса, к идеальной оценке, которая определяется как произведение важности
фактора на максимально возможный балл (максимально возможный балл
равен 5).
М ideal =B i V ideal .
Полученное соотношение назовём индексом инновационной культуры (индексом
готовности к принятию инновационной стратегии). Индекс инновационной культуры
(табл. 4), показывающий, насколько эмпирическая оценка отличается от идеальной, определяется как соотношение сумм оценок и характеризует восприимчивость сотрудников к
изменениям:
I иннов. культуры = ∑М
132
emp
/ ∑М
ideal .
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Расчет индекса инновационной культуры
Утверждение
1.
…
n.
Итого
Важность
фактора
Vi
Балл
Bi
Эмпирическая
оценка
М emp
Максимально возможный балл
V ideal
∑ М emp
Индекс инновационной культуры (∑М emp / ∑М ideal )
Таблица 4
Идеальная
оценка
М ideal
∑ М ideal
Значение индекса инновационной культуры, равное 0,5, можно принять за критическое, поскольку ниже этого барьера инновации не будут восприниматься хотя бы половиной работников предприятия. Однако высокое значение индекса инновационной культуры
ещё не означает, что предприятие является инновационным. Творческие и инновационные
способности работников, осознание ими необходимости внедрения инноваций на предприятии всего лишь создают благоприятную почву для проведения изменений. Возможность раскрытия инновационного потенциала работников определяется положением
предприятия на рынке и его финансовым состоянием, политикой руководства и общим
внутрифирменным климатом.
Высокая восприимчивость к инновациям способствует реализации инновационной
стратегии, но не является её направляющим вектором.
Измерение уровня инновационной восприимчивости, а следовательно, и инновационной культуры (хотя это понятие намного более широкое) следует поручить службе
управления персоналом.
Таким образом, повышение инновационной культуры на предприятии будет способствовать росту уровня мотивации работников к инновационной деятельности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Иванов, В.Н. Инновационные социальные технологии государственного и муниципального управления /
В.Н. Иванов, В.И. Патрушев. — М.: Экономика, 2001. — 327 с.
2. Исаев, В.В. «Круглый стол» в Институте стратегических инноваций / В.В. Исаев / Инновации. – 2000. № 5,6.
3. Капитонов, Э.А. Корпоративная культура и PR: учеб.-практ. пособие/ Э.А.Капитонов, А.Э. Капитонов. М.: МарТ, 2003.-416с.
4. Ларичева, Е.А. Сравнительный анализ корпоративной, инновационной культуры и культуры производства/ Е.А. Ларичева // Менеджмент в России и за рубежом. – 2004. - №5. – С. 25-32.
5. Николаев, А.И. Инновационная культура как культура перемен (проблемы, задачи, дефиниции, предложения) / А.И. Николаев, Б.К. Лисин // Инновации. – 2002. - № 2,3.
Материал поступил в редколлегию 01.12.08.
133
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 338
Р.А.Обозов
ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ РИСК-МЕНЕДЖМЕНТА
НА ОТЕЧЕСТВЕННОМ ПРЕДПРИЯТИИ
Рассмотрен процесс организации службы риск-менеджмента на промышленном предприятии. Выделены
особенности предприятий, для которых необходима комплексная система риск-менеджмента. Описаны
принципы ранжирования рисков и построения карт рисков на основе полученных данных. Рассмотрены основные инструменты управления рисками: уклонение, удержание и диверсификация. Даны рекомендации
по оценке эффективности системы риск-менеджмента.
Ключевые слова: риск-менеджмент, вероятность, карта рисков, процесс принятия решений.
В настоящее время в отечественной экономике для менеджеров важно представлять в полной мере, что такое комплексная система управления рисками на промышленном предприятии. Особые сложности возникают, когда предприятие работает на иностранных рынках, ведь помимо внутрироссийских приходится учитывать множество других рисков, о которых менеджмент отечественных предприятий не столь наслышан. А если деятельность предприятия еще и сильно диверсифицирована, то риски увеличиваются
в значительной степени, хотя у диверсификации есть и свои плюсы.
Практически все предприятия так или иначе управляют рисками. Одни, при этом,
оценивают риски после наступления событий, другие занимаются этим постоянно и планомерно. В последнем случае можно говорить о полноценной системе риск-менеджмента
на предприятии. Такая система доступна в основном крупным корпорациям, так как ее
постановка и содержание требует существенных затрат.
Выделим основные особенности предприятий, на которых необходима такая система:
1. Предприятие работает в динамично развивающейся, изменяющейся внешней
среде. Все большая потребность в инвестициях, в том числе в инновации, ставит перед
менеджментом задачи управления новыми видами рисков.
2. Любая компания, выходящая на рынок IPO или чьи акции торгуются на финансовых рынках, стремится получить высокий рейтинг ведущих агентств, таких, как
Moody’s и Standard&Poor’s, а для этого просто необходимо наличие действующей системы управления рисками.
3. Предприятие является частью холдинга, объемы потенциальных потерь которого могут быть гигантскими.
К вопросу о том, как организовать систему, подходят по-разному. Компания должна сама решить: организовать службу риск-менеджмента как отдельное подразделение
или департамент или же включить специалистов по риск-менеджменту в какой-либо из
отделов, например финансовый. Главное, чтобы специалисты родственных подразделений
говорили на одном с точки зрения риск-менеджмента языке.
Рассмотрим основные этапы постановки системы риск-менеджмента.
Идентификация рисков - важнейшая часть постановки системы управления рисками.
Обычно она занимает 2-2,5 мес. Для выявления рисков проводится анкетирование, интервьюирование сотрудников, по результатам составляется перечень рисков (таблица).
Оценка рисков. После диагностики выявленные риски ранжируются по вероятности наступления и размеру возможного ущерба. Для количественной оценки рисков применяются разнообразные статистические модели, имитационные модели и сценарные анализы [1]. Такая оценка в наибольшей мере подходит для описания финансовых и инвести134
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
ционных рисков. Суть статистических методов оценки риска заключается в определении
вероятности возникновения потерь на основе статистических данных предшествующего
периода и установлении области (зоны) риска, коэффициента риска и т.д. Достоинствами
статистических методов являются возможности анализировать и оценивать различные варианты развития событий и учитывать разные факторы риска в рамках одного подхода.
Основным недостатком этих методов считается необходимость использования в них вероятностных характеристик. Возможно применение следующих статистических методов:
оценка вероятности исполнения, анализ вероятностных распределений потоков платежей,
деревья решений, имитационное моделирование рисков.
Таблица
Перечень рисков
Номер
риска
Наименование
риска
Описание риска
Вероятн
ость, %
Возможный
ущерб, млн
руб.
Метод
расчета
ущерба
6
Снижение
мощностей
производства
Дефицит персонала требуемой
квалификации, отток кадров
90
200
Потеря 20%
прибыли в
пятилетнем
интервале
10
Кредитный риск
Крупные покупатели задерживают сроки внесения авансов по договорам
5
350
Средняя величина задолженности
наиболее
крупных дебиторов
21
Потери из-за
ошибок в оценке
трудоемкости
заказов
На момент принятия некоторых заказов точные данные о
конструкции и технологии
изготовления изделий неизвестны. Это может приводить
к
ошибкам
в
оценке
трудоемкости
30
150
Экспертная
оценка:5% от
стоимости
крупного
заказа
36
Небрежное заключение договоров с невыгодными ценами и
финансовыми
условиями
Для некоторой части закупок
возможно проведение полноценных тендеров, которые не
проводятся из-за нехватки
денег и времени. Не исключено, что в конечном счете этот
риск обходится дороже
33
90
Экспертная
оценка:5% от
договорной
стоимости
1. Метод оценки вероятности исполнения позволяет дать упрощенную статистическую оценку вероятности исполнения какого – либо решения путем расчета доли выполненных и невыполненных решений в общей сумме принятых решений.
2. Метод анализа вероятностных распределений потоков платежей позволяет при
известном распределении вероятностей для каждого элемента потока платежей оценить
возможные отклонения стоимостей потоков платежей от ожидаемых. Поток с наименьшей
вариацией считается менее рисковым.
3. Сценарные анализы (деревья решений) обычно используются для анализа рисков
событий, имеющих обозримое или разумное число вариантов развития. Они особо полез135
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
ны в ситуациях, когда решения, принимаемые в момент времени t = n, сильно зависят от
решений, принятых ранее, и, в свою очередь, определяют сценарии дальнейшего развития
событий.
4. Имитационное моделирование является одним из мощнейших методов анализа
экономической системы; в общем случае под ним понимается процесс проведения на
ЭВМ экспериментов с математическими моделями сложных систем реального мира. Имитационное моделирование используется в тех случаях, когда проведение реальных экспериментов, например с экономическими системами, неразумно, требует значительных затрат и/или неосуществимо на практике. Кроме того, часто практически невыполним или
требует значительных затрат сбор необходимой информации для принятия решений. В
подобных случаях отсутствующие фактические данные заменяются величинами, полученными в процессе имитационного эксперимента (генерированными компьютером) [3].
В ряде случаев риск невозможно оценить математически. К таким рискам относятся политические и стратегические риски.
Для оценки таких рисков применяется качественный подход - более простой, но
менее точный и надежный. Это экспертные мнения или бизнес-диагностика, основанная
на исторических наблюдениях [2].
Для оценки факторов риска рекомендуется создать экспертную группу. Наряду с
сотрудниками подразделения, занимающегося оценками рисков, в нее могут входить руководители функциональных департаментов компании, других инвестиционных проектов,
финансовый, комерческий директора, а также внешние консультанты-эксперты. Число
участников группы должно варьироваться в зависимости от сложности и масштабности
проекта [1]. Каждый эксперт, входящий в группу, определяет возможные диапазоны поправок на риск в зависимости от квалификации и опыта, количества рассматриваемых
факторов, а также достоверности и актуальности имеющейся информации.
5. Метод аналогов для оценки рисков используется в том случае, когда применение
иных методов по каким – либо причинам неприемлемо. Метод использует базу данных
аналогичных объектов для выявления общих зависимостей и переноса их на исследуемый
объект.
Корректность оценки рисков в обоих случаях всегда будет определяться адекватностью и эргономичностью созданной модели рисков с точки зрения их анализа и синтеза
решений. Следовательно, должно обеспечиваться условие соответствия системы рисков и
ее модели, служащей основой для принятия решения, т.е. должно соблюдаться условие
валидности — информационной ценности системы.
Определение толерантности компании к риску. После того как риски выявлены
и оценены, определяется допустимый
100
размер рисков, к которым компания
6
готова на данном этапе своей деятель80
ности, т.е. уровень толерантности [1].
Часто уровень толерантности
60
определяется как наибольший уровень
3
риска, на который готова пойти ком40
пания. С развитием компании и пере2
36
21
менами в ее стратегии этот уровень
20
9
пересматривается. В любом случае
4
определение уровня толерантности 15
25
1
10
20
0
прерогатива совета директоров и ру0
50
100
150
200
250
300
350
400
ководства компании. Составление
карт рисков должно стать важным
Рис. Карта рисков
этапом в диагностике рисков. Для ка136
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
ждого направления деятельности создается своя карта рисков, как и для крупных инвестпроектов. Выявленные, проранжированные и оцененные риски компании наносятся на
карту рисков и включаются в каталог рисков. На рисунке показана карта рисков для крупного промышленного предприятия. Риски 6,10,21 и 36 являются наиболее значительными.
данным риском, до минимума. Управление инвестиционными рисками может предусматривать снижение возможного риска упущенной выгоды. Потери могут быть оценены в
денежном выражении, оцениваются также шаги по их предотвращению. Особое внимание
уделяется рискам, находящимся выше уровня толерантности.
Общеизвестны основные методы управления риском: уклонение, управление активами и пассивами, диверсификация, страхование, хеджирование [3].
1. Уклонение (избежание риска). Одним из критических решений рискменеджмента является политика уклонения от рисков, крайним случаем которой выступает отказ от инвестиционного проекта. Сегодня такой подход рекомендуют наравне с другими методами в случае, если величина риска и вероятность его наступления высоки. Но
при его использовании необходимо помнить, что такой метод однозначно ведет к отказу
от получения дополнительной прибыли для предприятия. Из этого следует, что данный
метод отличается от остальных способов управления рисками тем, что для принятия решения о его применении требуется наличие наиболее полной информации о ходе развития
событий. В связи с кризисными явлениями, в условиях повышенной неопределенности в
среде, в которой осуществляется любая инвестиционная деятельность, обоснованность
данного метода всегда будет сомнительной, а ошибка при принятии такого решения будет
наиболее весомой. Уклонение включает в себя также поглощение и лимитирование.
Поглощение состоит в признании ущерба и отказе от его страхования. К поглощению прибегают, когда сумма предполагаемого ущерба незначительна и ей можно пренебречь.
Лимитирование - это установление лимита, т.е. предельных сумм расходов, продажи, кредита, инвестиционных затрат и т.п. Лимитирование является важным приемом
снижения степени риска и применяется в основном банками при выдаче ссуд, заключении
договора на овердрафт и т.п.
Размер лимитируемых потерь зависит от политики компании. Считается, что пределом потерь при агрессивной политике является капитал предприятия, а при консервативной политике - прибыль.
2. Удержание рисков. Управление активами и пассивами направлено на избежание
чрезмерного риска путем динамического регулирования основных параметров портфеля
или проекта. Иными словами, этот метод нацелен на регулирование подверженности рискам в процессе самой деятельности.
Очевидно, динамическое управление активами и пассивами предполагает наличие
оперативной и эффективно действующей обратной связи между центром принятия решений и объектом управления. Управление активами и пассивами наиболее широко применяется в банковской практике для контроля за рыночными (главным образом валютными
и процентными) рисками.
3. Диверсификация является способом уменьшения совокупной подверженности
риску за счет распределения средств между различными активами, цена или доходность
которых слабо коррелированы между собой (непосредственно не связаны). Сущность диверсификации состоит в снижении максимально возможных потерь за одно событие, однако при этом одновременно возрастает количество видов риска, которые необходимо
контролировать. Тем не менее диверсификация считается наиболее обоснованным и относительно менее издержкоемким способом снижения степени финансового риска.
Таким образом, диверсификация позволяет избежать части риска при распределении капитала между разнообразными видами деятельности. Например, приобретение ин137
Уп
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
вестором акций пяти разных акционерных обществ вместо акций одного общества увеличивает вероятность получения им среднего дохода в пять раз и соответственно в пять раз
снижает степень риска.
Однако диверсификация не может свести инвестиционный риск до нуля. Это связано с тем, что на предпринимательство и инвестиционную деятельность хозяйствующего
субъекта оказывают влияние внешние факторы, которые не связаны с выбором конкретных объектов вложения капитала, следовательно, на них не влияет диверсификация [3].
Внешние факторы затрагивают весь финансовый рынок, т.е. они влияют на финансовую деятельность всех инвестиционных институтов, банков, финансовых компаний, а
не на отдельные хозяйствующие субъекты. К внешним факторам относятся процессы,
происходящие в экономике страны в целом, военные действия, гражданские волнения,
инфляция и дефляция, изменение учетной ставки Банка России, изменение процентных
ставок по депозитам, кредитам в коммерческих банках и т.д. Риск, обусловленный этими
процессами, нельзя уменьшить с помощью диверсификации.
Таким образом, риск может быть диверсифицируемым и недиверсифицируемым.
Диверсифицируемый риск, называемый еще несистематическим, устраняется путем его рассеивания, т.е. диверсификацией. Недиверсифицируемый риск, называемый еще
систематическим, не может быть уменьшен диверсификацией.
Определение расчетной эффективности принятого решения. Эффективность
принятия решений менеджментом предприятия будет служить своебразным показателем
качества работы подразделения риск-менеджмента. В связи с этим возникает вопрос: какого результата следует ожидать от данной системы при реализации инновационного проекта?
Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо принять во внимание, что
управление рисками на конкретном предприятии является задачей многокритериального
выбора. Следовательно, результатом принятого решения будет генерирование некоего
подмножества эффективных стратегий, т.е. невозможно получить окончательный критерий выбора одного оптимального решения, но можно отобрать группу наиболее перспективных решений, отделив тем самым неконкурентоспособные решения. А вот задача выбора конкретного пути развития из предложенных решений — это уже задача стратегического менеджмента. Риск-менеджмент должен представлять стратегическому менеджменту на рассмотрение некое множество конкурентоспособных программ действия, выраженное как совокупность решений с наибольшей областью пересечения нечеткой цели в виде
нечеткого множества и предложенного решения. Естественно, при оценке эффективности
системы риск-менеджмента встает вопрос о сопоставлении эффекта от проведенного мероприятия и стоимости его осуществления. При этом очень важно правильно понимать,
что будет являться базой сопоставления. Здесь хотелось бы отметить, что толкование эффекта от осуществления программы риск-менеджмента на предприятии на практике не
всегда является верным, так как оценка истинного результата, как правило, заменяется
оценкой увеличения денежного потока. Но если рассматривать как основную цель постановки системы риск-менеджмента повышение конкурентоспособности предприятия, экономически выражаемое через дефиницию повышения стоимости бизнеса, то и сопоставлять при принятии решения о целесообразности применения той или иной программы мероприятий по управлению рисками необходимо прирост стоимости бизнеса после осуществления соответствующих мероприятий и затраты на риск-менеджмент - как постоянные
(затраты на содержание структуры, методические разработки и т.д.), так и переменные
(затраты на конкретное мероприятие)[4].
Подводя итог, заметим, что когда для предприятия сущность организации структуры риск-менеджмента сводится к выбору наилучшей с точки зрения стратегического развития предприятия затратной политики, нацеленной на максимизацию прибыли, особенно
138
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
актуальным становится принцип риск-менеджмента «Зарабатывать больше - лучше, чем
тратить меньше».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рогачев, А. Постановка системы риск-менеджмента в компании/ А. Рогачев//Финансовый директор. –
2007. - №5.
2. Зайнутдинов, С. Первый опыт риск-менеджера/ С. Зайнутдинов, Р. Макавеев, Д. Новоженов//Финансовый директор. – 2008. - №4.
3. http://www.bibliotekar.ru/finance-7/36.htm
4. Агафонова, И.П. Построение эффективной системы риск-менеджмента на предприятии при реализации
инновационного проекта/ И.П. Агафонова//Менеджмент в России и за рубежом. – 2003. - №4.
Материал поступил в редколлегию 23.01.09.
139
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
ОБЩЕСТВЕННЫЕ НАУКИ
УДК 50(075.8)
В.И.Попков
УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ КАК ПАРАДИГМА СОХРАНЕНИЯ ЦИВИЛИЗАЦИИ
Рассмотрены причины экологического кризиса и других глобальных проблем человечества. Проанализирована концепция устойчивого развития как единственная возможность сохранения цивилизации.
Ключевые слова: антропогенное воздействие, биосфера, коэволюция, ноосфера, устойчивое развитие, цивилизация, экологический кризис.
В последние годы понятие «безопасность» претерпело существенные изменения и
постепенно трансформировалось в более широкое понятие «национальная безопасность».
Под национальной безопасностью понимают состояние и условия жизнедеятельности нации, гарантирующие, несмотря на наличие и действие неблагоприятных факторов, ее выживание, свободное, независимое существование, процветание и развитие. Понятие «национальная безопасность» носит многоаспектный, интегрально-системный характер,
включает в себя различные виды безопасности: экономическую, социальную, военную,
политическую, экологическую, технологическую, информационную и т.д. Национальная
безопасность – комплекс мер, обеспечивающих защищенность жизненно важных интересов личности, общества и государства во всех сферах их жизнедеятельности от внутренних и внешних угроз и опасностей различного характера.
В настоящее время проблема национальной безопасности тесно связана с общемировой направленностью развития цивилизации в конце ХХ – начале XXI в., характеризующейся стихийно развертывающимся процессом глобализации. В начале ХХ в.
В.И.Вернадский и Э.Леруа указывали, что на смену биосфере в ходе социализации земного природного мира закономерно придет ноосфера, и надеялись на то, что биосфера будет
улучшена человеческим разумом и трудом, но сейчас наблюдается иной процесс: техногенное общество разрушает земную биосферную целостность и природотворческие функции биосферы. Общество не просто глобализуется в мировом масштабе, а качественно
изменяется, становится техногенным, переподчиняет в ходе своего развития биосферу,
качественно ухудшая и уничтожая ее [9].
Нынешнюю стадию развития индустриального общества часто называют «обществом риска». Риск стал атрибутом современного нестабильного социума. Степень его неопределенности и неустойчивости начала расти с тех пор, как скорость развития технологий стала превышать скорость осознания человеческим обществом причин и особенно последствий этого развития. Наше общество можно назвать обществом опасностей и катастроф, причем основные опасности сегодня зависят не от природы, а от действий и решений, принятых или не принятых человеком. Риск часто непосредственно связан с опасностями современных технологий, которые угрожают планетарной цивилизации. Сегодня
технико-экологические риски приобретают первостепенное значение. Впервые в истории
общество имеет дело с искусственно созданной перспективой самоуничтожения
[9].Сложившуюся модель развития мирового сообщества после Конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 г. называют моделью неустойчивого развития. Эта модель чревата опасностями и катастрофами, угрожающими даже всемирным катаклизмом уже в текущем столетии. Она не обеспечивает ни выживания цивилизации, ни сохранения ее природного фундамента – биосферы ─ и должна смениться новой моделью – моделью устойчивого развития, реализация которой, как полагают ее создатели, позволит разрешить глобальные проблемы, стоящие перед человечеством [8].
140
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Расцвет индустриального мира в XIX–XX вв. нанес сокрушительный удар природной среде, биоте. Сущность мощного давления индустриального и постиндустриального
этапов развития цивилизации заключается в невиданных темпах освоения человечеством
энергии (пара, электричества, атома) и преобразования вещества. Они оказались разрушительными для окружающей среды. Достижения науки и техники создали у большинства
людей представление об абсолютном превосходстве человека над природой. Люди стали
забывать, что они – часть природы, биологический вид, жизнь которого, наряду с социальными факторами, определяется и возможностями природных условий, что все их могущество основано на использовании законов природы, вне которых развитие человеческой цивилизации невозможно. «Планета и цивилизация в опасности» – вот один из итогов научно-технического прогресса.
Антропогенное воздействие на биосферу – это однонаправленный процесс изменения в атмосфере, поверхностных водах, почве концентрации основных биогенов – элементов, необходимых для поддержания жизни. Он приводит к быстрому сокращению биоразнообразия, разрушению на огромных площадях экосистем и устойчивых сообществ организмов. Нагрузка, оказываемая человеческой деятельностью на окружающую среду, по
мнению академика Н.Н.Моисеева, не просто превращается в фактор, определяющий ее
эволюцию, но и растет столь быстро, что говорить о каком-либо равновесии биосферы и
одновременно о сохранении гомеостаза вида Homo Sapiens уже не приходится [6].
Речь идет о нависшей над людьми, человечеством опасности, причина которой заключается в нарушении людьми той критической грани в отношении общества к природе,
когда это отношение приводит к ухудшению, к деградации тех природных условий, без
которых жизнь человечества становится невозможной. В истории человечества наступил
период, когда общество вынуждено четко соизмерять свою активность с возможностями
природы. В 60─70-е гг. ХХ в. в словесный оборот политиков и ученых вошли словосочетания «глобальный кризис» и «глобальные проблемы». Их появление связано с исследованиями проблем в развитии человечества, выходящих за рамки отдельно взятой страны
или группы стран. В результате исследований были выделены четыре общепланетарные
(или глобальные) проблемы, составляющие содержание глобального кризиса:
- демографическая, связанная с ростом населения планеты [2];
- проблема истощения запасов традиционных энергетических ресурсов;
- проблема истощения запасов сырьевых ресурсов;
- экологическая проблема, или экологический кризис, – проблема загрязнения окружающей среды.
Резкое обострение во взаимоотношениях общества и природы за последние десятилетия привело человечество к глобальному экологическому кризису. Его можно определить как общепланетарное нарушение направленности биосферных геохимических и биологических процессов, могущее привести к появлению биосферы с новыми, патологическими геохимическими свойствами, что сделает ее непригодной для жизни человека. Все
возрастающие темпы использования природных ресурсов вызвали следующие последствия:
- мощное рассеяние энергии в биосфере вследствие колоссальных размеров использования топливно-энергетических ресурсов;
- колоссальное количество выбросов в атмосферу газов, а в гидросферу – отходов
хозяйственной деятельности;
- громадное давление на почвенные ресурсы и биоту в целом вследствие использования удобрений, пестицидов и гербицидов, что привело к деградации почв;
- громадные темпы металлизации биосферы вследствие рассеяния использованных
металлов в промышленности;
141
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
- появление новых химических, биологических веществ, которых природа никогда
не знала и не может утилизировать их без помощи человека.
Нарушение биотической регуляции окружающей среды вследствие разрушения естественных экосистем может привести к выходу за пределы несущей емкости биосферы и
повлечь за собой резкие климатические изменения. Антропогенные воздействия на природу (выброс парниковых газов, сведение лесов, уничтожение естественных экосистем и
др.) достигли такого уровня, что скорость биологической эволюции уступает темпам климатических изменений, что может привести к разбалансированности климатической системы Земли, росту стихийных бедствий и погодных аномалий [9].
Растет напряжение в биосфере. По мнению Н.Н.Моисеева, основной причиной кризиса является принципиальная неустранимость в рамках современной цивилизации рассогласования растущих потребностей растущего населения с возможностями их удовлетворения [5]. Прогрессирующая неравновесность в соотношении общества и остальной биосферы, разрушение естественных биосферных циклов может привести к глубоким цивилизационным противостояниям. Выход из этой ситуации должен искать сам Homo
Sapiens, которого породила Природа. Необходимость осмысления и преодоления сложившейся ситуации поставила экологическую проблему на одно из первых мест в иерархии
глобальных проблем современности. Один из крупнейших экологов ХХ века Ю.Одум писал о месте, которое должно занимать цивилизованное человечество в системе природы:
«Полное доминирование человека над природой, вероятно, невозможно; оно не было бы
ни прочным, ни стабильным, так как человек – очень «зависимый» гетеротроф, который
занимает очень «высокое» место в пищевой цепи. Было бы гораздо лучше, если бы человек понял, что существует некая желательная степень экологической зависимости, при
которой он должен разделять мир со многими другими организмами, вместо того чтобы
смотреть на каждый квадратный сантиметр как на возможный источник пищи и благосостояния или как на место, на котором можно соорудить что-нибудь искусственное».
Глобальное измерение, которое приобрела экологическая проблема, обусловлено
следующими обстоятельствами:
- объектом антропогенного воздействия стали в той или иной степени все природные
оболочки земли: твердая (литосфера), газовая (атмосфера), водная (гидросфера), биотическая (биосфера), космическая;
- экологические проблемы затрагивают прямо или косвенно все страны мира;
- совокупная человеческая деятельность способна коренным образом подорвать природное равновесие биосферы и привести к гибели человеческую цивилизацию.
Деградация природной среды, быстрое снижение качества окружающей среды обостряют проблему сохранения генофонда человека. Нынешний уровень рождаемости детей
с генетическими повреждениями достигает 17%. Интерполяция роста генетических повреждений показывает, что если этот процесс и дальше пойдет такими же темпами, то для
вымирания людей потребуется лишь несколько поколений, так как генные повреждения у
30% особей популяции приводят ее к гибели [7]. Быстрое разрушение природной среды
подавляет созидательную тенденцию человечества и лишает индустриальное общество
перспективы развития.
Человек как биологический вид принадлежит биосфере. Исследования биологов показывают, что заложенные в эволюцию животного мира механизмы постоянной смены
видов обеспечивают существование в биосфере одного вида в среднем на протяжении
около 3,5 млн лет. Поэтому современный человек – кроманьонец, появившийся около 60
тыс. лет назад как биологический вид, ─ находится на начальном этапе развития. Однако
своей деятельностью за относительно короткий срок он противопоставил себя биосфере и
создал условия для экологического кризиса и собственного уничтожения.
142
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Глобальные проблемы высветили феномен единства и взаимозависимости современного мира, долгое время игнорировавшийся с позиций «классового подхода», противостояния двух систем, хотя многие ученые и политические деятели, представители общественных организаций подчеркивали планетарное распространение экологического кризиса, взаимосвязанность мировых процессов. Уже в 1945 г. в манифесте Рассела-Эйнштейна
звучали призывы к глобальному видению мира, отказ от конфронтации.
Результаты исследований по Международной геосферно-биосферной программе,
Международной программе «Человеческие измерения» и российской программе «Глобальные изменения природной среды и климата», по мнению С.А.Пегова, позволяют утверждать, что «в настоящее время природная система Земли находится в точке бифуркации: меняется структура климата и вслед за этим – природные условия во многих регионах планеты… В соответствии с теорией катастроф в точках бифуркации любая сложная
система проходит так называемый адаптационный период, когда формируются параметры, обеспечивающие новое стабильное (устойчивое) состояние для этой системы. Сложность адаптационного периода в том, что резко сокращаются все характерные времена
изменения параметров системы (в обычных условиях эти изменения достаточно монотонные и длительные)» [7]. В последнее время резко возросли частота и уровень воздействий,
в первую очередь погодных, на человеческий организм в условиях, когда сужены возможности адаптации организма к воздействиям природной среды. Деградация природной среды влияет на активизацию опасных природных процессов. В 1995-1999 гг. среднее ежегодное число природных катастроф в мире возросло по отношению к 1965-1969 гг. более
чем втрое. Материальные потери от природных катастроф оцениваются сейчас примерно
в 150 млрд долл.
Осмыслению нарастающих угроз в немалой степени способствовала деятельность
Римского клуба – неправительственной международной организации, объединившей около 100 ученых, представителей политических и деловых кругов из различных стран мира.
Ученые, входящие в Римский клуб, смоделировали развитие мира с учетом роста численности населения, загрязнения человеком окружающей среды, наличия ресурсов, которыми
располагает человечество. Одним из первых глобальных прогнозов считается исследование Дж. Форрестера и Д.Медоуза [12]. В этом прогнозе дана количественная оценка глобальных процессов. Была построена модель развития с учетом населения, территории,
природных ресурсов, капиталовложений, производства продуктов питания и загрязнения
окружающей среды. Авторы прогноза считали эти параметры и их взаимодействие основными для выяснения динамики мирового процесса. Они рассматривали мир как единое
однородное тело, без деления на социалистический и капиталистический лагери.
Авторы рассмотрели несколько вариантов (сценариев) развития ситуации, но результаты оказались одинаково негативными. Угроза катастрофы может быть отодвинута,
но не далее 2100 г. По мнению авторов прогноза, необходима безотлагательная разработка
мер, направленных на поддержание устойчивости мировой системы. Решить эту задачу
возможно при достижении экономической и экологической стабильности, глобального
равновесия, которое предусматривает нулевые темпы роста населения и производства. На
основании этих расчетов, моделей и прогноза появилась теория «нулевого роста». В основу теории положена идея «стабилизации экономики» путем фиксации объемов используемых природных ресурсов, использования сберегающих технологий в производстве. Эта
теория подверглась резкой критике как со стороны отсталых стран, не желающих добровольно фиксировать свое отставание, так и со стороны развитых стран.
В 1996 г. соотношение доходов 20% наиболее богатых жителей планеты («золотой
миллиард») и 80 % остальных составляло 4,8 раза. Чтобы поднять уровень жизни 80 %
населения планеты до уровня 20% наиболее богатых, при нынешних технологиях необходимо увеличить объем потребления ресурсов в 20 раз, а с учетом грядущего удвоения
143
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
населения к 2030 – 2040 гг. – в 40 раз, что нереально, так как это привело бы к исчерпанию большей части природных ресурсов. Надеяться на то, что за 30 – 40 лет удастся создать технологии, которые в 40 раз сократят потребление ресурсов и энергии, не приходится. Сегодня налицо тупиковая ситуация. Уровень жизни человека напрямую связан с потреблением природных ресурсов, но лишь до тех пор, пока среда сама восстанавливает
свои качества. Как только темпы использования природных ресурсов превысили темпы
восстановления качества природной среды, человек, чтобы выжить, должен тратить новые
ресурсы и энергию на поддержание качества среды обитания за счет уровня жизни.
Другим известным прогнозом Римского клуба был прогноз М.Месаровича и
Э.Пестеля [12]. Прогноз базировался на кибернетической модели мира, когда мировая цивилизация описывается как многоуровневая иерархическая система экономических, социальных и политических процессов. Модель этого прогноза была управляема и позволяла
включать процесс принятия решений. Мир рассматривался не как единое целое, а как система отличающихся, но взаимодействующих регионов (всего десять). Каждый регион
описывался системой подмоделей. На основе этой модели были сделаны выводы, в соответствии с которыми миру угрожает не глобальная катастрофа, а последовательная, растянутая во времени серия разнообразных региональных кризисов ─ экологического, энергетического, продовольственного, демографического, ─ которые постепенно захватят всю
планету. Выход авторы видели в сбалансированном и дифференцированном развитии различных частей планетарной системы с установлением для каждой жестких параметров на
определенный временной интервал. Прогноз получил название «органического роста».
Развитым странам предлагалось замедлить свое развитие, а отстающим – ускорить.
Глубокие исследования проблем взаимодействия человеческой активности и условий жизни общества были проведены Международным институтом жизни (Institut de la
Vie). Они показали, что практически любая форма научно-технической деятельности, если она проводится без достаточного контроля общественности (планетарного гражданского общества, которое еще предстоит создать), грозит катастрофическими последствиями и
для организма человека, и для самой биосферы.
Таким образом, эпоха индустриального развития человеческого общества, вне зависимости от общественных форм устройства государств, породила проблему новых взаимоотношений хозяйственной деятельности человека и окружающей его природной среды:
темпы экономического развития и использования природных ресурсов должны компенсироваться уровнем восстановления качества биосферы в целом. В этих условиях возрастает
ответственность науки и ученых перед обществом. Ученые должны предвидеть, что принесет то или иное открытие человечеству и обществу, своевременно распознавать нежелательные последствия своих открытий и новых технологий.
Человек – составляющая биосферы, он возник в процессе ее эволюции. Развитие
любого живого вида, любой популяции, в том числе и человека, может происходить лишь
в жестко ограниченных пределах изменения параметров окружающей среды.
Н.Н.Моисеев ввел понятие экологического императива как некоторого множества свойств
окружающей среды (зависящих от особенностей цивилизации), изменение которых человеческой деятельностью недопустимо ни при каких условиях [4]. Поэтому некоторые виды человеческой деятельности и особенно степень воздействия человека на окружающую
среду должны быть строго ограниченными и контролируемыми. Категория «экологический императив» объективна, она не зависит от воли отдельного человека, а определяется
соотношением свойств природной среды и физиологических и общественных особенностей человечества. Но реализация этого соотношения зависит от воли человека.
Экономика должна удовлетворять нужды и законные желания людей, но ее рост обязан вписываться в пределы экологических возможностей планеты – экологического императива. В отчете ООН «Наше общее будущее» (1987 г.) заявлено: «Человечество способ144
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
но сделать развитие устойчивым, удовлетворяя нужды настоящего, но при этом не подвергая риску способность будущих поколений удовлетворять свои потребности в ресурсах
и окружающей среде».
Именно с этого времени в средствах массовой информации появился термин «устойчивое развитие», под которым понимают такую модель движения вперед, при которой
достигается удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения людей без
лишения такой возможности будущих поколений.
Декларация по окружающей среде и развитию, принятая на конференции в Рио-деЖанейро (1992 г.), включает 27 рекомендательных принципов, раскрывающих сущность и
цели движения к устойчивому развитию, соотношение национальных и общечеловеческих
интересов, роль государства и различных слоев населения и т.д. Подводя итоги конференции в Рио-де-Жанейро, ее генеральный секретарь Морис Стронг (Канада) подчеркнул:
« Мы выживем только все вместе, в противном случае не выживет никто… Нынешняя
экономическая система неадекватна реалиям, надо переходить к эко-экономической системе. Надо уважать суверенитет государств, но надо уважать и целостность биосферы, ее
неделимость».
Академик Н.Н.Моисеев считает [6], что локальные мероприятия, намеченные конференцией в Рио-де-Жанейро, не способны качественно изменить планетарную экологическую обстановку и существенно снизить риск катастрофического развития событий.
Действительность неизмеримо сложнее и опаснее. Политические последствия экологического кризиса, по мнению Н.Н.Моисеева [6], гораздо глубже: «Необходимо дать себе отчет в том, что в результате человеческой деятельности нарушилось естественное равновесие (точнее – квазиравновесие) естественных природных циклов, восстановить которое
теми методами, которыми мы владеем сегодня, - невозможно. У человечества есть две
очевидных альтернативы восстановления равновесия. Либо перейти к полной автотрофности, т.е. поселить человека в некой техносфере, либо уменьшить антропогенную нагрузку на биосферу примерно в 10 раз… ни одна из этих альтернатив не может быть реализована ни сегодня, ни в обозримое время».
Существующих ресурсов явно недостаточно для поддержания стандартов жизни,
уже достигнутых в промышленно развитых странах мира. Поэтому необходима разработка длительной переходной программы изменения общества и окружающей среды, которая
должна опираться как на программу технического перевооружения общества (дальнейшего развития технологий, возможно, преимущественно биотехнологий), так и на множество
социальных программ – образования и переустройства общества, его потребностей, менталитета и выработки некоторого нравственного императива. Н.Н.Моисеев пишет [3]:
«… пока не поздно, необходимо вложить в понятие «устойчивое развитие» иной смысл,
отличный от того, что предлагают политики и экономисты. На самом деле мы должны говорить не об устойчивом развитии, а о Стратегии человечества, его совокупных действиях, способных однажды обеспечить коэволюцию человека и окружающей среды. Ее разработка мне представляется самой фундаментальной проблемой науки за всю историю
человечества. Может быть, вся история человеческих знаний, нашей общей культуры всего лишь подготовительный этап для решения этой задачи, от реализации которой зависит
и сам факт сохранения в биосфере нашего вида».
Для восстановления гармонии биосферы и человека Н.Н.Моисеев считает необходимым реализацию принципа коэволюции человечества и природы, их совместное развитие, при котором деятельность человека вписывается в естественный биосферный круговорот вещества. По его мнению, термин «устойчивое развитие» можно использовать, если
его трактовать по-иному – как обозначение стратегии переходного периода, в результате
которого может возникнуть режим коэволюции человека и природы. По словам
Н.Н.Моисеева, человек должен «не только приспосабливать природу к своим потребно145
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
стям, но и свои потребности, свою социальную организацию адаптировать к возможностям (и потребностям) природы». Согласно принципу коэволюции, человечество должно
не только изменять природу, но и само изменяться, приспосабливаясь к природе. Только
это позволит обеспечить оптимальное соотношение интересов человечества и биосферы.
В связи с секвенированием генома человека, успехами, достигнутыми при работе с
геномами лабораторных и сельскохозяйственных животных, с неизбежностью встает вопрос об искусственном вмешательстве в геном человека. Наступило время подумать об
использовании знаний о геноме человека в практических целях, в первую очередь для лечения различных наследственных заболеваний. К сожалению, последствия, связанные с
манипуляциями с геномом человека, в настоящее время непредсказуемы.
Успехи, достигнутые в результате осуществления проекта «Геном человека», одновременно с радужными ожиданиями породили обоснованную большую тревогу как ученых, так и широкой международной общественности. Кроме чисто научных проблем и
опасений возникают многочисленные морально-этические проблемы, связанные с геномом человека, искусственными манипуляциями с ним и клонированием человека. Лауреат
Нобелевской премии по физиологии и медицине профессор Жан Доссе предупреждает: «В
области генетики человека неразумное использование новых технологий может привести
к катастрофическим последствиям». Очевидно, что исследования генома человека могут
принести как огромную пользу, так и огромный вред для человечества. Необходимо предотвратить малейшую возможность того, «чтобы искусственное вмешательство в геном
человека не привело человечество к генетическим «хиросимам» и «чернобылям» [10]. Сегодня сохраняется потребность в разработке международно признанных этических норм,
регулирующих искусственное вмешательство в геном человека. Этим активно занимаются
международные организации: ЮНЕСКО, ВОЗ, Совет Европы и др. В 1997 г. Генеральной
конференцией ЮНЕСКО была принята Всемирная декларация «О геноме человека и правах человека». В ней, в частности, говорится [10]: «Никакое воздействие на геном человека (в научных ли, терапевтических или диагностических целях) не может быть предпринято без строгой предварительной оценки возможных последствий, а также без предварительного свободного согласия заинтересованного лица… Исследования в биологии и генетике влекут за собой особую ответственность, требуют от ученых тщательности, осторожности и интеллектуальной честности».
Сегодня перед учеными стоят задачи изучения тончайших механизмов работы генома человека, огромного числа генов и разнообразных генных сетей, всех сложных взаимодействий многочисленных соединений и процессов в клетке, что в конечном итоге должно
привести к полному пониманию функционирования клетки и сущности живого.
Человечество является составной частью природы. Человек, общество неразрывно с
ней связаны и не в состоянии существовать и развиваться вне природы, и в первую очередь без непосредственно окружающей их природной среды. Связь человека с окружающей средой особенно ярко выражена в сфере материального производства. Природа является естественной основой жизнедеятельности человека и общества. Масштабы созданной человеком материальной культуры поистине огромны. И темпы ее развития постоянно увеличиваются. В наши дни так называемая техномасса (все созданное человеком за
год) уже на порядок превышает биомассу (вес диких животных и организмов). Уровень
воздействия человека на природу зависит в первую очередь от технической вооруженности общества. Появление научной мысли в биосфере в перспективе неизбежно полностью
ее изменяет. В сочетании с трудовой деятельностью человека мысль становится неведомой до этого геологической силой, способной преобразовать вместе с биосферой весь
поверхностный слой Земли [1]. Носитель земного разума ─ человек с нарастающим во
времени темпом воздействует на биосферу, активно захватывая все занимаемое ею про-
146
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
странство, окультуривая флору и фауну, меняя облик земной поверхности. По убеждению
В.И. Вернадского, преобразование биосферы грядет неизбежно и необратимо.
Современная человеческая цивилизация характеризуется двумя противоположными
тенденциями. С одной стороны, усиливается техногенное давление цивилизации на природную среду, биосферу. С другой – возрастает осознание человечеством ответственности за эволюцию биосферы. Проблема выживания человечества объективно приводит к
поиску путей гармоничного сосуществования цивилизации и биосферы – коэволюции
человека и биосферы. Осмысление перспектив коэволюции человека и биосферы привело
французского палеонтолога П. Тейяра де Шардена к мысли о возможности появления в
будущем некоего коллективного человеческого сознания, которое станет контролировать
направление коэволюции. В новом состоянии биосфера переходит в сферу разумного
взаимодействия человека и природы – ноосферу [11]. По Тейяр де Шардену, ноосфера –
некий планетарный слой сознания и духовности. В.И. Вернадский под ноосферой понимал не выделенный над биосферой «мыслящий пласт», а качественно новое состояние самой биосферы, ее очередную трансформацию в ходе эволюции [1]. « Взрыв научной мысли в XX столетии, – пишет В.И. Вернадский, – подготовлен всем прошлым биосферы и
имеет глубокие корни в ее строении. Он не может остановиться и пойти назад. Он может
только замедлиться в своем темпе…. Биосфера неизбежно перейдет в ноосферу».
В настоящее время под ноосферой понимается сфера взаимодействия человека и
природы, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным
определяющим фактором развития. В структуре ноосферы можно выделить в качестве составляющих человечество, общественные системы, совокупность научных знаний, сумму
техники и технологий в единстве с биосферой. Гармоничная взаимосвязь всех составляющих есть основа устойчивого существования и развития ноосферы. Ноосфера – это
высшая ступень интеграции всех форм существования материи, когда любая преобразующая деятельность человека будет основываться на научном понимании естественных и
социальных процессов и органически согласовываться с общими законами развития природы.
Ноосфера – это сфера разумного конструирования сбалансированной системы « биосфера-человек», соответствующей такому обществу, в котором будут обеспечены приоритеты устойчивого экономического развития, нравственного разума, экогуманизма, интеллектуально-информационных ценностей в рамках коэволюции человека и природы.
Идея ноосферы означает, что стихийное развитие цивилизации заканчивается и сознание
начинает определять бытие, т.е. в основе преобразований биосферы с этого времени должен лежать разум.
Биосфера существовала и до человека. Может существовать и без него. Но человек
вне биосферы существовать не может. И чтобы подчинить своему развитию среду обитания, он должен управлять биосферными процессами, иначе он обречен как обычный биологический вид. Выход из создавшегося положения усматривается на основе концепции
коэволюционного развития общества и природы. Выполнение принципа совместного развития, обеспечение коэволюции биосферы и общества потребуют от человечества известной регламентации своих действий, определенных ограничений.
Человек несет прямую ответственность за дальнейшую эволюцию планеты. Понимание им данного тезиса необходимо и для его собственного выживания. Стихийность в
развитии производительных сил сделает биосферу непригодной для обитания людей. Человеку следует соизмерять свои потребности с возможностями биосферы. Воздействие на
биосферу должно быть дозировано разумом в ходе эволюции биосферы и общества.
Анализ устойчивости биосферы в работах по оценке последствий ядерной войны,
проведенный в 70-80-х гг. ХХ в. группой ученых под руководством Н.Н. Моисеева, показал, что устойчивость эта ограничена определенными рамками, выход за которые приве147
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
дет к новому состоянию биосферы, где места человеку может не найтись. Силы человечества настолько выросли, что жизнь на Земле может быть прервана в результате неправильных или злонамеренных действий небольшой группы людей. Подобно тому, как в
зрелом и здоровом организме человека все функции, касающиеся взаимодействия организма с внешней средой, координируются головным мозгом, так и функционирование современного глобального сверхорганизма – ноосферы должно управляться ее совокупным
разумом.
В.И.Вернадский выдвинул идею становления ноосферы в качестве главного направления дальнейшего развития человечества, как условие выживания человечества. Первоначально он предполагал, что становление ноосферы – это естественно-исторический
процесс, она появится стихийно, как все предшествующие формации и этапы эволюции
человечества. Однако сейчас, когда обострились глобальные проблемы, угрожающие гибелью цивилизации, стихийное становление ноосферы становится невозможным. Ноосфера, как высокоорганизованное состояние биосферы, может реализоваться и существовать
при условии, что дальнейший процесс ее развития будет протекать сознательным путем,
направляться и организовываться научной мыслью. Это ставит перед учеными задачу овладеть в ближайшем будущем методами управления развитием биосферы. Важнейшим
условием существования и развития ноосферы, по мнению Вернадского, является единство человечества независимо от деления людей по расовым и национальным признакам.
Ноосферу правильнее рассматривать как идеал, к которому следует стремиться человечеству.
В настоящее время утверждается точка зрения, что для оптимального ноосферогенеза как планетарного процесса необходимо сохранение биосферы и обеспечение максимально возможной ее естественной эволюции. Именно биосфера является фундаментом
существования всей жизни на планете и дальнейшего развития разума, если последний
создаст механизмы существенного снижения антропогенного давления на природную
среду.
Переход биосферы в ноосферу возможен путем реализации концепции устойчивого
развития (в трактовке Н.Н.Моисеева), в основе которой лежат три важнейших принципа
[5;6]:
1. Принцип биосфероцентризма. Переход во взаимоотношении человек – природа от
принципа антропоцентризма (предполагающего доминирование человека в отношениях с
природой, чисто потребительское отношение к природе, которое неизбежно ведет к экологической катастрофе) к принципу биосфероцентризма (формирование новых духовнонравственных ценностей человека, направленных на переориентацию центра развития с
человека на биосферу в целом).
2. Принцип коэволюции человека и биосферы. Он направлен на обеспечение основных потребностей человека при сохранении адаптационных возможностей естественных
экологических систем как на локально-региональном, так и на глобальном уровне. Производственная, хозяйственная и социокультурная деятельность людей не должна приводить
к деградации естественных экосистем.
3. Принцип оптимизации потребностей. Ресурсный потенциал биосферы ограничен.
Поэтому наблюдающийся сейчас интенсивный рост общественных потребностей должен
быть существенно ограничен из-за угрозы деградации экосистем. Нормы потребления
материальных благ должны быть при этом оптимизированы. Необходимо рациональное
сближение норм потребления развитых и развивающихся стран с учетом национальных
традиций, природно-климатических особенностей и т.п.
Ноосфера будет представлять (в своем идеальном варианте) социоприродную систему, в которой планетарное опережающее управление реализуется нравственно-справедливым разумом человека и глобальным интегральным интеллектом, формируемым с по148
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
мощью компьютерных и информационных технологий. Критерием уровня развития и качества жизни в сфере разума станут гуманистические ценности и знания человека, живущего в гармонии с окружающей социальной и природной средой в условиях глобальной,
всеобщей безопасности.
В политике сегодняшнего дня проблемы выхода из экологического кризиса занимают одно из ведущих мест. Сегодня существуют многочисленные правительственные и
общественные организации, оценивающие состояние биосферы, разрабатывающие международные, региональные и национальные научные программы, научно-технические
проекты по восстановлению ущерба, нанесенного природе, проведению природоохранных
мероприятий. Разрабатываются и внедряются новые технологии, направленные на снижение негативного влияния человека на биосферу. Заключаются межгосударственные договоры и соглашения о совместных действиях в области охраны природы и рационального
использования природных ресурсов. Эти процессы подтверждают идеи В.И.Вернадского о
превращении биосферы в сферу разума.
Глобальные модели и прогнозы развития человеческой цивилизации позволили не
только увидеть реальную ситуацию глобального кризиса, но и поставить вопрос о необходимости выработки стратегии дальнейшего развития человечества. Знание законов развития живых сообществ, познание причин экологического и других глобальных кризисов,
угрожающих цивилизации, позволяют человечеству ориентироваться в выборе пути развития человеческого общества, обеспечивающего выживание как отдельных индивидуумов, так и цивилизации в целом. Концепция устойчивого развития, основанная на принципах биосфероцентризма, коэволюции человека и биосферы и оптимизации потребностей, предполагает переход к новому типу функционирования цивилизации, радикальному изменению исторически сложившихся ориентиров в экономической, социальной, экологической, культурологической и других сферах деятельности человека.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Вернадский, В.И. Биосфера и ноосфера / В.И.Вернадский. – М.: Рольф, 2002. – 576 с.
Капица, С.П. Рост населения Земли и будущее цивилизации / С.П.Капица // Общественные науки и современность. – 2003. ─ №3. – С.128 – 146.
3. Концепции современного естествознания: учебник / под общ. ред. С.А.Лебедева. – М.: Академический
Проект, 2007. – 414 с.
4. Моисеев, Н.Н. Универсум. Информация. Общество / Н.Н.Моисеев. – М.: Устойчивый мир, 2001. – 200
с.
5. Моисеев, Н.Н. Цивилизация ХХI в. – роль университетов / Н.Н.Моисеев // «Alma mater» («Вестник
высшей школы»), 2007. – № 5. – С. 36 – 42.
6. Моисеев, Н.Н. Современный антропогенез и цивилизационные разломы / Н.Н.Моисеев // Вопросы философии. – 1995. ─ №1. – С. 3 – 30.
7. Пегов, С.А. Устойчивое развитие биосферы / С.А.Пегов // Вестн. РАН. – 2007. – Т. 77. – № 12. – С.
1069 – 1076.
8. Попков, В.И. Концепции современного естествознания: Биологическая картина мира / В.И.Попков. –
Брянск: БГТУ, 2007. – 170 с.
9. Попкова, Н.В. Философия техносферы / Н.В.Попкова. – М.: Изд-во ЛКИ, 2008. – 344 с.
10. Тарантул, В.З. Геном человека: Энциклопедия, написанная четырьмя буквами / В.З.Тарантул. – М.:
Языки славянской культуры, 2003. – 392 с.
11. Шарден, П. Феномен человека. Преджизнь, жизнь, мысль, сверхжизнь / П.Шарден. – М.: Устойчивый
мир, 2001. – 230 с.
12. Яковлев, И.А. История человечества: история отношений человека и природы как цивилизационный
процесс / И.А.Яковлев. – СПб.: Алтейя, 2006. – 300 с.
1.
2.
Материал поступил в редколлегию 26.02.09.
149
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 329.12
В.М. Лобеева
СУЩНОСТЬ И ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ГЕНЕЗИСА
РОССИЙСКОГО ЛИБЕРАЛИЗМА. ПЕРИОД СТАНОВЛЕНИЯ
Проанализированы сущность, основные формы, содержание и генезис российского либерализма. Подробно
рассмотрен период его становления (конец XVIII-первая половина XIX вв.), представленный просветительским либерализмом, либеральными идеями умеренного направления декабризма, конституционнореформаторским либерализмом государственной бюрократии.
Ключевые слова: либерализм, генезис, просветительский либерализм, либерализм декабристов, конституционно-реформаторский либерализм государственной бюрократии, становление российского либерализма.
Актуализация проблем свободы, социализации личности, гражданского общества,
правового государства и связанных с ними проблем либерализации и демократизации отношений личности и общества, личности и государства в контексте исторических традиций ощущается ныне особенно остро. Сегодня, в условиях, когда идет поиск духовных
основ государственности, которые на многие поколения могли бы определить жизнь российских граждан, вопросы о либеральной традиции в русской философии, о влиянии
прежних передовых философских идей на общественную и, прежде всего, на политическую жизнь России не потеряли своей актуальности. Целью данной статьи является краткий анализ содержательного разнообразия российского либерализма и его исследование в
период становления, т.е. в конце XVIII-первой половине XIX вв.
Либерализм в общегуманитарном смысле – это интеллектуальная и нравственная
установка на такую организацию социального бытия, которая исходит из признания за
индивидом политических и экономических прав и свобод, реализуемых в рамках, очерченных действием законов, трактуемых как отражение естественных прав нормальных
цивилизованных людей. Либерализм чаще всего понимается как идеология. Идеология
принадлежит к большим общественным системам наряду с экономикой, политикой, моралью, религией, правом, наукой. Все эти системы ввиду своей инклюзивности, т.е. способности к проникновению, взаимосвязаны и взаимодействуют, сохраняя при этом собственную идентичность и автономию. Инклюзивность приводит к тому, что либерализм способствует возникновению феноменов либеральной экономики, либеральных политических партий и движений, либеральных политических режимов, либерального права и т.п.
Как исторический феномен либерализм чаще всего связывают с европейской историей и традицией Нового времени, которую постепенно усваивают другие регионы, например, Северная Америка, Австралия. Этот взгляд является несколько односторонним,
так как упускает из виду то, что, например, в России идеи либерализма имеют более чем
двухвековую историю, значительное разнообразие. Эти идеи проявили себя в общественной жизни и политической практике страны. В условиях России либерализм реализовался
главным образом в виде общественной и политической идеологии, становление которой
началось еще в XVIII в. В меньшей степени либерализм был характерен для российской
политической практики дооктябрьского периода.
Российский либерализм – это сложный, многоуровневый, весьма неоднородный и
внутренне противоречивый феномен. Он существовал в столице и провинции. Российские
либералы – это люди различных сословий, званий, рода занятий, уровня образованности,
литературных и политических пристрастий. Однако всех этих людей объединяло пристальное внимание к проблемам человеческих прав и свобод: ведь главная идея либерализма как такового всегда состояла и состоит в том, чтобы правовыми и нравственными
законами обеспечить личное пространство для самореализации человека. Сложность са150
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
мого феномена российского либерализма делает сложной и проблему его структурирования, классификации. В основание нашей структурно-классификационной схемы положены принципы времени, формы и содержания.
В развитии либерализма в российской империи с известной долей условности
можно выделить три периода: период становления (ранний период) – конец XVIII - первая
половина XIX вв., либерализм эпохи царствования Александра II (классический либерализм), либерализм конца XIX - начала XX вв. (поздний период). Каждый из этих этапов
характеризуется не только своеобразными идеями и деятельностью конкретных людей, но
также имеет общие черты, которые определяются спецификой исторического времени и
общественными настроениями. Кроме того, следует учитывать, что отдельные разновидности либерализма, зародившись в определенный период, продолжали успешно развиваться в последующие. Так, конституционно-реформаторский либерализм государственной бюрократии, т.е. либерализм, связанный главным образом с деятельностью высокопоставленных государственных сановников, в первом периоде представлен именами графа
Н.И.Панина, графа А.Р.Воронцова, князя А.А.Чарторыйского, М.М.Сперанского, ближайшего советника императора Александра I в 1808 – 1812 гг., и др. Во второй период
своего существования это направление российского либерализма связано с именами великого князя Константина Николаевича Романова (брата царя-реформатора Александра II и
во многом вдохновителя его реформ), министра народного просвещения в 1861 -1866 гг.
А.В.Головнина, министра юстиции в 1862 -1867 гг. Д.Н.Замятнина. Другой пример. Философско-правовой либерализм классического периода широко представлен в творчестве
К.Д.Кавелина и Б.Н.Чичерина, а продолжено развитие этих идей в трудах неолиберальных
философов права рубежа XIX-XX вв. С.А.Котляревского, П.И.Новгородцева,
Л.И.Петражицкого, С.Л.Франка и др.
Основными содержательными направлениями российского либерализма дооктябрьского периода, на взгляд автора статьи, можно считать просветительский либерализм конца XVIII-первой половины XIX вв., конституционно-реформаторский либерализм государственной бюрократии конца XVIII-XIX вв., либерализм декабристов, земский
либерализм второй половины XIX в., философско-правовой либерализм второй половины
XIX-начала XX вв. Они, в свою очередь, имеют внутренние разновидности.
Ранний российский либерализм возник как результат стремления образованной
части общества осмыслить причины и последствия политической нестабильности середины XVIII в., т.е. «эпохи дворцовых переворотов», и рубежа XVIII-XIX столетий, когда
борьба за смену курса и власть дошла до отцеубийства. Эти события отчетливо проявили
крайнюю неустойчивость самодержавно-бюрократического строя и его уязвимость перед
лицом «внутреннего варварства». Здравомыслящим людям Отечества становилось понятно, что российской государственности могут угрожать не только крестьянские войны с их
сутью «бунтов, бессмысленных и беспощадных», но и тираническая и нелегитимная государственная власть, которая не приближает, а отдаляет общество от правового устройства.
На этом этапе наиболее отчетливо проявили себя просветительский и конституционнореформаторский либерализм. Остановимся подробнее на идеях наиболее ярких представителей отечественного либерализма.
Николай Иванович Новиков (1744-1818) – ярчайший русский просветитель, был
наделен огромным литературным, журналистским и издательским талантом. Он издал более тысячи наименований книг, серию различных журналов («Трутень», «Пустомеля»,
«Живописец», «Кошелек»). Занимаясь просветительской и издательской деятельностью,
Новиков сплотил вокруг себя около ста авторов, переводчиков, редакторов, книготорговцев. С ним сотрудничали образованнейшие люди эпохи: президент Российской академии
Е.Р.Дашкова, историк Г.Ф.Миллер, поэт А.П.Сумароков, текстолог и библиограф Дамаскин (Д.Е.Семенов-Руднев), писатель Д.И.Фонвизин и многие другие. В своих изданиях
151
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Н.И.Новиков критиковал крепостничество, особо отмечая его бесчеловечность и экономическую нецелесообразность. Первоначально он разделял идею «просвещенного абсолютизма», но затем, разочаровавшись в политике Екатерины II, резко отзывался о порядках и действиях императрицы и ее окружения и склонялся к идее конституционной монархии, где власть монарха определяется не только его личными добродетелями, но и
строгими законами. Он публиковал обширную информацию о деятельности парламента
Англии, пропагандировал идеи западноевропейских просветителей Вольтера, Монтескье,
Руссо, Дидро, Мабли, издавая их произведения. Подчеркивая огромное значение коммерции, Н.И.Новиков заявлял, что для ее развития наиболее благоприятен республиканский
строй, публиковал статьи, осуждающие деспотизм, доказывал преимущества свободы
экономической деятельности и свободной конкуренции. Он помещал подробную информацию о ходе борьбы за независимость в Америке, критиковал рабовладение и приветствовал его ограничение в Северных Штатах. Как представитель просветительского либерализма, он связывал прогресс общества с реформами «сверху» и просвещением.
Широкая популярность Н.И.Новикова и его единомышленников среди различных
слоев русского общества, в частности купечества, разночинной интеллигенции, антикрепостническая направленность многих его изданий вызвали недовольство и беспокойство
властей и, прежде всего, Екатерины II. В следственном деле Новикова собственноручная
записка императрицы гласит: «Понеже из Новиковой типографии выходит много колобродства, то прокурору москов<ской губернии>, сочиня оным книгам реестр, оной отослать к преосвященному Платону с тем, чтобы его преосвященство призвал Новикова и
его бы приказал экзаменовать в законе нашем…» [1]. Так начались преследования просветителя: были конфискованы многие издания, отнята типография. Власти, усмотрев в деятельности Н.И.Новикова большую опасность для себя, лишили его возможности работать,
заточив на четыре года в Шлиссельбургскую крепость, а затем вынудили жить в деревне,
фактически изолировав от общества, интересы которого он всю жизнь отстаивал.
Иван Петрович Пнин (1773-1805) также принадлежал к плеяде ранних российских
либералов-просветителей. Он был близок с самыми прогрессивными людьми своего времени: А.Н.Радищевым, Д.И.Фонвизиным, ближайшими сподвижниками начинающего
императора Александра I А.А.Чарторыйским, П.А.Строгановым, Н.Н.Новосильцевым.
И.П.Пнин издавал «Санкт-Петербургский журнал», в котором печатались статьи нравственно-поучительного содержания, выражавшие идеалы передовых людей XVIII века, а
также статьи о пользе науки, о свободе мысли и слова, множество экономических материалов. Журнал И.П.Пнина с большим интересом читался людьми либеральных взглядов,
но само его издание требовало от издателя большого гражданского мужества. И.П.Пнин
участвовал также в деятельности «Вольного общества любителей словесности, наук и художеств», созданного в 1801 г., а незадолго до смерти он был избран его председателем.
Это общество, кроме чисто литературных, преследовало научные и образовательные цели:
на заседаниях занимались чтением, переводами и анализом сочинений научного и социально-политического характера.
Основным теоретическим либерально-просветительским сочинением И.П.Пнина
является «Опыт о просвещении относительно России» (1804). В этом сочинении он высказывал идеи о том, в чем должно состоять просвещение и как его распространять в сословном российском обществе. И.П.Пнин выступал против одинакового подхода к просвещению для разных сословий и утверждал, что земледельцы, мещане, дворяне и духовенство
должны воспитываться в соответствующих их званию училищах. Кроме того, он утверждал, что крестьянам сначала надо дать свободу, а потом заботиться об их просвещении,
ибо только в состоянии свободы они смогут пользоваться всеми человеческими правами.
В его поэтических одах «Человек», «Бог» звучали гуманистические, свободолюбивые
идеи. Они внедрялись в сознание передовой молодежи 20-х гг. XIX в. (в том числе буду152
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
щих декабристов) и влияли на формирование ее мировоззрения, мотивировали к деятельности, оппозиционной властям. Ода «Человек» стала ярким выражением просветительского миросозерцания. В ней, воспевая всю мощь человеческого разума и возможности
рационалистического осмысления мира, Пнин-поэт восклицал [2]:
О человек! Что в мире зрю?
Снискавши мудрость сам собою
Чрез труд и опытность свою,
Прешел препятствий ты пучину,
Улучшил ты свою судьбину,
Природной бедности помог,
Суровость превратил в доброту,
Влиял в сердца любовь, щедроту, Ты на земли, что в небе бог!
Александр Петрович Куницын (1790-1840) происходил из семьи священников.Он
получил образование в Гейдельбергском и Геттингенском университетах Германии, а затем преподавал философию в Царскосельском лицее и Санкт-Петербургском университете. Основное теоретическое сочинение А.П.Куницына «Право естественное», изданное в
1818 г., было написано под влиянием философии морали И.Канта. В этом труде в наиболее полном и разработанном виде представлены принципы теории естественного права,
которые в той или иной форме разделялись всеми просветителями. Сущность этих принципов можно свести к тому, что ни один человек не должен использовать другого человека в качестве средства для достижения своих целей. А.П.Куницын трактовал человека как
существо, стремящееся к свободе, подчиняющееся своему разуму и закону, если этот закон проистекает из общих начал разума, под которыми он понимал естественное право.
Эта книга, как проповедующая «вредное учение», вскоре после выхода была запрещена
властями, а ее автор изгнан из университета и лицея.
Отсюда, как представляется автору, можно сделать следующий вывод: вольнолюбивые, антикрепостнические идеи Н.И.Новикова, И.П.Пнина, А.П.Куницына внедрялись в
сознание передовых слоев российского общества конца XVIII – первой четверти XIX вв.,
побуждали к настроениям, оппозиционным властям, и даже к радикальному протесту,
осуществленному декабристами.
Наиболее известными либералами конституционно-реформаторского направления
рубежа XVIII-XIX вв. были упомянутые граф Н.И.Панин, граф А.Р.Воронцов, князь
А.А.Чарторыйский, М.М.Сперанский. Все эти люди были крупными государственными
чиновниками, пытавшимися модернизировать Россию путем проведения реформ. Либеральной и этической оппозицией власти этого же периода являются идеи и деятельность
декабристов
Н.И.Тургенева,
Н.М.Муравьева,
М.С.Лунина,
М.А.Фонвизина,
И.Д.Якушкина.
Граф Никита Иванович Панин (1718-1783) был государственным деятелем и дипломатом (российским посланником в Дании и Швеции) в эпоху Екатерины II. Н.И.Панин
одним из первых предложил конституционный проект по преобразованию абсолютной
монархии в России по шведскому образцу, когда власть монарха какое-то время была ограничена представительным риксдагом. В сложных перипетиях дворцовой жизни, полной
интриг и заговоров, явного и скрытого сопротивления своей идее, Н.И.Панину удалось
убедить Екатерину II подписать проект, но в декабре 1762 г. она разорвала уже подписанный проект и бросила его в огонь. В новом проекте (1773-1774), составленном совместно
с известным писателем Д.И.Фонвизиным, Н.И.Панин исходил из определяющей роли
дворянского сословия в государстве. В нем формулировался принцип верховенства закона
в обществе, а сам закон трактовался как опора государства, предлагалась реконструкция
всей системы высшей государственной власти, причем императору предоставлялась ис153
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
полнительная власть, и право утверждения законов, принятых Сенатом. Сенат же должен
был формироваться двумя способами: часть несменяемых членов назначалась «от короны», а другая избиралась от дворянства. Однако и этот проект вряд ли мог быть принят,
так как идеалом государственного правления для Екатерины II был «просвещенный абсолютизм», а для Н.И.Панина - конституционное государство, опирающееся на закон. Незадолго до своей кончины Панин продиктовал наследнику престола великому князю Павлу
Петровичу третью редакцию своей «Конституции». Основными ее принципами были обязанность государства обеспечить безопасность своим подданным и разделение властей.
Н.И.Панин был очень противоречивой фигурой в российской истории, что немудрено в
его положении: с одной стороны, ловкий вельможа-царедворец, с другой стороны, идеалист, мечтой всей сознательной жизни которого было ограничение самовластия и твердые
законы в России.
Граф Александр Романович Воронцов (1741-1805) был одним из крупнейших государственных деятелей России второй половины XIX в., дипломатом, председателем Коммерц-коллегии, членом Сената, канцлером, что не мешало ему иметь в обществе репутацию вольтерьянца. В условиях того времени подобная характеристика была синонимом
свободомыслия. А.Р.Воронцов был автором «Всемилостивейшей Жалованной Грамоты,
российскому народу жалуемой» (1801), «Записки о царствовании Петра III, Екатерины II и
вступлении Александра» (1801), записки «О внутреннем положении России» (1802) и других документов. Эти документы отчетливо указывают на политическую позицию
А.Р.Воронцова: она далека от одобрения революций (например, однозначно осуждается
революция во Франции 1789-1794 гг.), но существенно отличается от официального самодержавного курса в России и представляет собой программу модернизации страны в рамках закона и современного ему понимания политического прогресса.
Воронцов выступал за свободу личности и необходимость ее защиты; ограничение
абсолютной власти в России представительным Сенатом, что призвано заменить прежнее,
зависимое положение дворянства на новое: рядом с царем. Предлагал, «не разделяя власти
по существу, так разделить ее по разным частям государственного управления, чтобы каждая из них имела свое постоянное движение и все бы соединялись в одном средоточии, в
особе государя» [3], и даже выступал за наделение Сената правом вето, правда, лишь в исключительных случаях. Предлагал предоставить государственным и помещичьим крестьянам право приобретать ненаселенные земли, оформляя купчие на свое собственное имя;
не допускать в дворянские собрания тех дворян, которые были замечены в тирании по отношению к своим крестьянам. Эти последние предложения Воронцова, касающиеся крестьян, несомненно, свидетельствуют не столько о новизне самой идеи, сколько об элементах либерального гуманизма во взглядах человека, ее высказавшего.
Князь Адам Адамович Чарторыйский (1770-1861), поляк по происхождению, долгие годы состоял на государственной службе. Был российским министром иностранных
дел, членом Временного правительства Царства Польского. Во время польского восстания
1830-1831 гг. был главой Национального правительства. А.А.Чарторыйский – это крупный либеральный политический деятель своей эпохи. Будучи опытным дипломатом, прекрасно разбиравшимся в европейской политике, он осуждал действия Наполеона, так как
видел в нем лишь классического узурпатора власти, начисто лишенного гуманизма и
стремившегося к мировому господству. В области внешней политики А.А.Чарторыйский
выступал с идеями защиты слабых и угнетенных народов от тиранов типа Наполеона (в
роли такого защитника он видел Александра I), за пробуждение национальных и патриотических чувств народов, которые должны помочь в национально-освободительной борьбе, освобождение угнетенных народов, за защиту национальных интересов.
А.А.Чарторыйский принимал участие в разработке польской Конституции 1815 г. Основными либеральными положениями этого документа были: организация власти на основе
154
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
принципа разделения, утверждение независимости судебной власти, широкое привлечение к судопроизводству населения, выборность судей низшей инстанции, гласность в деятельности Государственного совета, признание польского языка государственным, свобода передвижения и перемещения имущества, неприкосновенность частной собственности.
Однако понятно, что в условиях самодержавного государства нельзя было рассчитывать
на полное и долговременное исполнение даже этих скромных положений. Именно поэтому в 1830 г. князь Чарторыйский, всю жизнь мечтавший о свободной и независимой
Польше, принял активное участие в восстании в Польше, возглавил польский Сенат в качестве его президента и стал знаменем Национального правительства. После разгрома
восстания он вынужден был эмигрировать сначала в Англию, а затем во Францию.
Михаил Михайлович Сперанский (1772-1839) - один из ближайших сподвижников
императора Александра I в первую половину его царствования, известную как эпоха реформ. Сперанский был одним из теоретиков и практиков этих реформ. По меткому замечанию В.О.Ключевского, он «был Вольтер в православно-богословской оболочке» [4].
М.М.Сперанский считал, что Россия начала XIX в. вступила в период промышленного состояния, которое требует ограничения верховной власти и предоставления политических и гражданских прав всем подданным. Прежде всего он имел в виду безопасность
личности, неприкосновенность собственности и обеспечение личных политических прав.
В связи с этим он считал, что необходима отмена крепостного права. Сперанский выступал также за реформирование власти на основе принципа разделения. По его мнению, законодательная власть вручается Государственной думе, власть управления – министрам и
правительству, судебная – Сенату и судебной системе. Кроме того, он говорил о четвертой власти, которая заключена в особе императора. Власть императора должна носить
всеохватывающий характер: он утверждает законы, принятые двухпалатной думой, участвует в деятельности думы, утверждает на должности судей, уставы и учреждения исполнительной власти. При всей масштабности и принципиальности предлагаемых реформ
М.М.Сперанский всегда подчеркивал, что они должны проводиться крайне осторожно,
постепенно, растягиваясь иногда на десятилетия и даже века. Проекты Сперанского вызвали резкую критику в адрес реформатора со стороны защитников самодержавия, что
привело к его отставке и даже ссылке. К сожалению, реализация этих проектов действительно растянулась во времени: частично их осуществил ученик Сперанского Александр
II, а верховная власть была ограничена спустя столетие, при Николае I. Но эти запоздалые
реформы уже не смогли помешать тому, что развитие страны пошло по разрушительному
революционному пути, противниками которого были все либералы-государственники.
Противостоящее властям крыло конституционно-реформаторского направления
представлено программными документами и деятельностью либералов-декабристов
М.С.Лунина, Н.М.Муравьева, Н.И.Тургенева, М.А.Фонвизина, И.Д.Якушкина и др. Эти
представители декабристов, в оценке советской историографии, принадлежали к умеренному крылу декабристского движения. Такая оценка вытекала из их отчетливой либерально-этической позиции, сложившейся еще до восстания, поэтому ее полное замалчивание
было невозможно. Взгляды этих участников движения декабристов прошли определенную эволюцию: от увлечения радикальными революционными идеями, вплоть до допущения возможности цареубийства, через разочарования в тайных обществах и политических заговорах до постепенного перехода на позиции либерализма и просветительства.
Остановимся на краткой характеристике взглядов некоторых представителей названного
крыла движения.
Никита Михайлович Муравьев (1795-1843) – один из лидеров Северного общества
декабристов и автор знаменитого программного документа – «Конституции». Политические взгляды Муравьева эволюционировали от недолгого увлечения идеями революции к
умеренному либерализму. В1816-1820 гг. неопытный молодой человек отчаянно спорил с
историком Н.М.Карамзиным, выступавшим против ужасов революции вообще и революции во Франции в частности. Муравьев в то время видел в революции не предвестие гря155
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
дущих бед, а торжество идей свободы и справедливости. Даже казнь королевской четы не
вызывала у него сочувствия. Он отвергал как сам принцип монархического правления, так
и возможность каких-либо позитивных моментов в этом правлении. Свободу он связывал
с наличием государственно-общественных институтов, способных гарантировать свободу.
В 1821-1822 гг. Н.М.Муравьев постепенно перешел на умеренные мировоззренческие позиции. Причиной этому стало тщательное изучение всемирной истории, знакомство с европейской и американской либеральной политико-правовой мыслью нового времени.
Программа Н.М.Муравьева, изложенная в «Конституции», принципиально отличалась от радикальной «Русской правды» П.И.Пестеля. Уже во вступлении отчетливо обозначена ее либерально-гуманистическая и этическая направленность. Муравьев писал:
«Нельзя допустить основанием правительства произвол одного человека – невозможно
согласиться, чтобы все права находились на одной стороне – а все обязанности на другой.
Слепое повиновение может быть основано только на страхе и не достойно ни разумного
повелителя – ни разумных исполнителей. Ставя себя выше законов, государи забыли, что
они в таком случае вне закона, - вне человечества!» [5]. Он выступал против цареубийства, так как был твердо убежден в том, что идея законности не сочетается с идеей убийства
вообще, даже монарха, а система двойных стандартов, которую допускал Пестель, для
Муравьева была невозможной. Формой правления, наилучшей именно для России, он
считал конституционную монархию, основанную на принципе разделения властей, которое создает необходимые гарантии для взаимоконтроля органов власти и управления в государстве. Императора рассматривал как высшего чиновника российского правительства,
облеченного всей полнотой исполнительной власти, и как главнокомандующего российской армией. Муравьев выступал за создание двухпалатного парламента – Народного вече, которое станет высшей законодательной властью страны. Предлагал ввести избирательное право для мужчин, достигших 21- летнего возраста, имеющих постоянное место
жительства, лично независимых, дееспособных, непорочных перед законом и исправно
уплачивающих налоги. Программа предусматривала также уравнивание прав всех сословий, введение местного самоуправления, суда присяжных и гласность судов, введение основных гражданских свобод: слова, печати, вероисповеданий, занятий и передвижения.
Н.М.Муравьев полагал, что в своих конституционных проектах он предложил решение сложных социальных, политических и юридических проблем, обеспечивающее
гражданам России установление законности и правосудия, охрану свободы и неприкосновенности личности, а также ее экономическое благополучие и процветание.
В 1823г. Н.М.Муравьев женился на А.Г.Чернышевой. Их брак был счастливым.
Муравьев не изменил своим либеральным взглядам, но, погруженный в безмятежную и
радостную семейную жизнь, постепенно разочаровался в тайных обществах и их планах.
Он не принимал непосредственного участия в восстании, даже не был в этот момент в Петербурге. Однако, несмотря на это, Н.М.Муравьев был приговорен к десяти годам каторги
в Сибири. Там он поддерживал прочные отношения со своим двоюродным братом - декабристом М.С.Луниным. У них было много общего во взглядах, в том числе в оценке роли тайных обществ и восстания 1825 г. Их публицистические работы, написанные в Сибири, посвящены исследованиям исторического процесса, а также оценке восстания. В
этих работах Муравьев и Лунин проводят мысль о том, что тайные общества и восстание
1825 г. не есть подражание европейской традиции (такую идею насаждало правительство),
а возникают как следствие пропасти, существующей между правительством и народом.
Михаил Сергеевич Лунин (1783-1845) был одним из основателей «Союза спасения» и «Союза благоденствия». Он был великолепно образован: знал французский, английский, польский, греческий, латинский языки, литературу, историю, - хотя не получил
систематического образования – образованность во многом была результатом самообразования. С 1820 г. деятельность Лунина в тайных обществах была скорее номинальной,
чем реальной, так как идеи цареубийства и быстрого государственного переворота в России потеряли для него свою привлекательность. Он прекрасно понимал закономерность,
органичность российской социально-политической системы и то, что перемена этой сис156
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
темы есть неимоверно трудная задача, не решаемая «гусарским наскоком». Это и отдалило Лунина от тайных обществ. С 1822 г. он находился на службе в Польше. В 1826 г.
М.С.Лунина осудили в основном за план цареубийства 1816 г.: ни одной «крамолы» позже
1822г. власти не нашли. Но он сам не отказался от декабризма – на следствии вел себя как
активнейший член тайного общества, не желающий никаких послаблений. Личная судьба
его волновала тогда менее всего. В значительной мере поведение Лунина на следствии
стало основой для выводов советской историографии о нем как о пламенном революционере.
Как крупный социально-философский мыслитель М.С.Лунин проявил себя в Сибири. Он вел обширную переписку с родными и знакомыми. Именно эти источники позволяют судить о его подлинных взглядах. М.С.Лунин считал, что возникновение и деятельность тайных обществ и события 1825 г. стали естественным результатом развития всей
системы отношений в России, поэтому он отказывался видеть состав преступления в действиях декабристов. Таким образом, из идеи законности декабризма вытекала и идея его
закономерности и неизбежного торжества, провозглашенных декабристами принципов:
твердых законов, юридического равенства граждан, гласности судопроизводства, сокращения сроков военной службы, уничтожения военных поселений и т.д. В статье «Взгляд
на тайное общество в России (1816-1826)», написанной в Сибири в 1838 г., он отмечал:
«Развитие образованности было усилено новыми началами, которые тайное общество
влило в народную мысль. Оно рассеяло почти общее предубеждение о невозможности
иного порядка вещей и внесло в массы сознание той истины, что подчинение себя другим
людям должно быть заменено повиновением закону. Оно искало доказать преимущества
взаимной поруки, обращающей дело каждого в общее дело; важность суда присяжных в
гражданских и уголовных исках и его внутреннюю связь с гражданской свободой; необходимость гласности без ограничений, которая не только должна быть допущена, но наложена как обязанность и обеспечена как право; злоупотребления сословных различий,
источник зависти и озлоблений, разъединяющий людей, на место сближения. Тайное общество обратилось от факта к праву, указывая на пределы всякой власти, поставленные
провидением: нравственность, разум, правосудие и общую пользу, различные проблески
одной и той же истины. Разлитие просвещения вообще рассматривалось им как путь к
внутреннему порядку и справедливости, к внешнему уважению и могуществу» [6]. В этих
строках М.С.Лунина отчетливо видно не только глубокое знание особенностей российского исторического процесса, понимание социально-исторических потребностей, но и его
личная приверженность идеалам свободы и нравственности.
Михаил Александрович Фонвизин (1788-1854), племянник знаменитого литератора
Д.И.Фонвизина, как и большинство декабристов, получил блестящее образование, участвовал в Отечественной войне 1812 г. и заграничном походе русской армии, что значительным образом отразилось на его взглядах. М.А.Фонвизин вступил в «Союз благоденствия»
в 1816г. Он изначально был противником радикальных действий и предпочитал путь общественного давления на правительство для организации реформ в обществе. Фонвизин
был среди тех дворян, которые пытались организовать помощь голодающим из-за неурожая 1821 г. крестьянам. После женитьбы в 1822 г. он уже не был активным участником
тайных обществ. Осенью 1825 г. открыто выступил против плана цареубийства, предложенного А.И.Якубовичем. М.А.Фонвизин не участвовал в восстании непосредственно, но
все равно был осужден на восемь лет каторги. В годы сибирской каторги и ссылки проявился его талант политического публициста, историка, социального мыслителя.
Наиболее значительным политическим сочинением М.А.Фонвизина является
«Обозрение проявлений политической жизни России», написанное в конце 40-х - начале
50-х гг. XIX в. В этом сочинении дана периодизация российской истории. Автор утверждал, что в первый период (домонгольский) Русь по уровню развития стояла выше Западной Европы и знала феномен местного управления и политическую свободу. Во второй
период – аристократический – имелось боярское представительство около царя, в этом
смысле Россия опережала Азию и была вполне европейской страной. В третий период, на157
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
чавшийся с реформ Петра I, формируется настоящий деспотизм. Именно с тех пор правительство борется со стремлением различных общественных сил установить конституционное правление. Фонвизин всецело оценивал реформы Александра I в начале царствования как либеральные и считал, что декабризм есть движение, продолжающее эти реформы, а не организация заговорщиков-цареубийц. (Такую же позицию в данном вопросе занимали М.С.Лунин и Н.И.Тургенев.) Чтобы стать по-настоящему европейской страной,
России необходимо мирными политическими средствами установить свободу и конституцию.
В статье «О коммунизме и социализме» (1849-1851) М.А. Фонвизин обосновал вывод о том, что социалистические и коммунистические идеи и настроения рождаются как
реакция на несправедливое устройство общества. Однако он видел в этих идеях утопии,
победить которые можно, уничтожив причины, порождающие подобные несбыточные
мечты. В России, считал М.А.Фонвизин, для этого есть материальные основания – сельская община. Необходимо постепенно провести социальные преобразования в деревне,
дабы не допустить пауперизации крестьян, затем отменить крепостное право. Это позволит избежать революционных потрясений, распространения социализма и коммунизма.
Краткий анализ социально-философских концепций видных представителей русских философов-просветителей, либеральных реформаторов, декабристов показывает, что
либерализм проявил себя на русской почве не только как идеал, но и как движение русской социально-философской и политической мысли за постепенное воплощение свободы
путем создания либерально-конституциональной атмосферы, либеральных настроений в
обществе. Ставилась задача обеспечения правовых границ произволу государственной
власти в интересах защиты свободы личности и собственности. Либеральное движение и
либеральная идеология в России на первом этапе были ориентированы на просвещение
общественного сознания с целью достижения понимания необходимости замены старого
режима власти новым, где господствующим началом было бы не государство, а личность
и свобода. В частности, заслуга М.М.Сперанского, И.П.Пнина, А.П.Куницына,
М.С.Лунина и других представителей русской интеллектуальной мысли начала XIX в. состоит в том, что они внесли свой вклад в начальную стадию теоретической разработки
правовой основы отношения «личность-государство», а также правовой организации власти. В условиях, совершенно неприемлемых для реализации своих идей, они делали попытки породить либеральные настроения в обществе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Автократова, М.И. Сокровищница документов прошлого / М.И. Автократова, В.И. Буганов. – М.: Советская Россия, 1986. – С. 325.
2. Пнин, И.П. Человек / И.П. Пнин // Человек: Мыслители прошлого и настоящего о его жизни, смерти и
бессмертии. Древний мир – эпоха Просвещения. – М.: Политиздат, 1991. – С. 414.
3. Минаева, Н.В. Александр Романович Воронцов / Н.В.Минаева // Российский либерализм: идеи и люди /
под общ. ред. А.А.Кара-Мурзы. – М.: Новое издательство, 2007. – С. 42.
4. Ключевский, В.О. Русская история. Полный курс лекций: в 2 кн. / В.О.Ключевский. – М.: Олма-Пресс,
2003. - Кн. 2. – С. 688.
5. Муравьев, Н.М. Проект Конституции / Н.М.Муравьев // И дум высокое стремленье… - М.: Советская
Россия, 1980. – С. 66.
6. Лунин, М.С. Взгляд на тайное общество в России (1816 -1826) / М.С.Лунин // Письма из Сибири. – М.:
Наука, 1987. – С. 270.
Материал поступил в редколлегию 15.11.08.
158
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 1/14
Н.В.Попкова
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ТРАНСФОРМАЦИИ ЧЕЛОВЕКА: ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКТОР
Проанализированы современные трансформации тела и психики человека. Рассмотрен вопрос о том, в какой
мере технический прогресс влияет на человека.
Ключевые слова: экологическая проблема, технический прогресс, техносфера, биотехнологии, трансформация человека.
Хотя антропогенез продолжает оставаться загадкой, перед наукой стоит задача: выявить возможное будущее человеческого рода. Это необходимо прежде всего для практических целей (блокирования нежелательных тенденций). Имеющиеся для решения этой
задачи факты гораздо многочисленнее, чем дошедшие до нас сквозь толщу времен, но
расхождения в оценке будущего человечества не менее значительны, чем при определении его истоков.
Близость человека к биологическому миру не вызывает сомнений. Тело и психика
людей имеют с животным миром гораздо больше общего, чем бы нам хотелось. Но, поскольку зафиксированы негативные экологические трансформации биосферы и конкретных биологических видов [22, с.204-249], неизбежно возникает вопрос: а относится ли
грозящая всему биосферному деградация к представителям вида Homo Sapiens? Оказавшись в техногенной среде, останется ли этот биологический вид неизменным или мутирует? По формулировке Л.Е.Гринина, «смогут ли физические и психические возможности
человека выдержать столь стремительные темпы изменений»? К сожалению, все чаще высказывается опасение, что за адаптацию к миру современных технологий человечеству
«придется заплатить высокую цену» [4, с.314]. Появятся ли на свет наследники будущего
рая? И будут ли они людьми?
Факты неумолимы. Во-первых, «с прогрессом человека по пути эволюции у него
стихийно происходит накопление генетического груза, или отрицательных генов, при
этом чем дальше, тем это становится опаснее для человека» [10, с.249]. Если в 1945 г. среди родившихся на планете насчитывалось 0,7% мутантов, то сейчас уже более 10% младенцев рождаются с наследственными дефектами [9, с.170]. «Опасность техногенных воздействий на генофонд Homo Sapiens будет неуклонно возрастать, – считает Л.В.Лесков. –
Монотонное нарастание частоты мутаций может привести к скачкообразному изменению
генотипа Homo Sapiens, причем характер этого изменения будет, наверное, летальным»
[14, с.148]. О техногенном происхождении этой опасности предупреждает и Ю.В.Яковец:
«Усилились внешние раздражители, воздействующие на гены человека (рост радиационного фона… ухудшение качественного состава питания за счет химических добавок, расширение алкоголизма, наркомании, ослабление физической нагрузки), что создает условия для роста числа мутаций, причем некоторые отклонения могут постепенно закрепиться. Растет угроза использования генной инженерии» [29, с.26-27]. Таким образом, подводит итог В.С.Степин, современная цивилизация, развив медицину, устранила действие естественного отбора, который вычеркивал носителей генетических ошибок из цепи поколений. Между тем мутагенные факторы (стрессовые нагрузки, канцерогены, засорение
окружающей среды, рост алкоголизма и наркомании) увеличиваются. Кроме того, возник
соблазн технологического совершенствования человеческого организма и создания
средств манипуляции психикой. Вывод большинства философов неутешителен: «Впервые
в истории человечества возникает реальная опасность разрушения той биогенетической
основы, которая является предпосылкой индивидуального бытия человека… Речь идет об
159
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
угрозе существования человеческой телесности… которую начинает активно деформировать современный техногенный мир» [25, с.32-33].
Во-вторых, отмечается рост заболеваемости людей в техногенной среде. Хотя продолжительность жизни растет, это покупается постоянным обращением к медицине и
практическим исчезновением здоровых людей. Люди становятся «более долговечными и
одновременно менее здоровыми»: детская смертность сокращается, а заболеваемость растет [2, с.126]. Миллионы людей живут благодаря социально-медицинской инфраструктуре, позволяющей им заменять больные органы, поддерживать их функционирование химическими или хирургическими средствами. Медицинские технологии обещают все новые чудеса – электронные протезы, вживление микросхем в мозг… Но жизнь, которая
поддерживается благодаря медицине, уже не может считаться естественной [5, с.36-37].
Такими словами выражает тревогу по поводу разрушения человеческого здоровья
В.П.Рачков: «Наше здоровье стало намного более хрупким, у человека нет больше той же
сопротивляемости к боли, к усталости, к лишениям, что было в предыдущие периоды развития человечества… Он более чувствителен к инфекциям, страдает значительным снижением способностей чувствовать, осязать, обонять, видеть, слышать… Мы не имеем той
жизненной силы, что наши предки. Мы вынуждены бесконечно компенсировать новые
недостатки искусственными средствами, и так до бесконечности» [24, с.52]. Например,
если в начале ХХ века всего 4-5% мужчин страдали онкологическими болезнями, то сейчас их уже 33-35%. Если тогда лишь 4% женщин нуждались в медицинской помощи при
родах, то сейчас она необходима практически всем женщинам. Рождается все больше детей с неполноценной психикой (в мегаполисах – до 20%), 60% матерей не могут выкормить ребенка своим молоком. Катастрофически портятся зрение и слух, алкоголь и наркотики подтачивают генетический фонд человечества. Информационное, шумовое, эмоциональное перенапряжение увеличивают нагрузку на психику. Иммунная защита человеческого организма слабеет по мере отрыва человека от природного мира. Нарастают «болезни цивилизации»: сердечно-сосудистые, онкологические, аллергические. Только 10% детей в мегаполисах рождаются полностью здоровыми, а уже в школьные годы здоровых
почти не остается. «Человечество слепнет и глохнет настолько стремительно в последних
поколениях, что мы стоим перед проблемой постоянного «ремонта» органов зрения и слуха» [6, с.18]. Можно говорить о киборгизации человека, считает Э.С.Демиденко: химические лекарства и замена деградирующих естественных органов искусственными становятся необходимостью [6, с.148]. В общем, картина складывается неутешительная: «Лавина
ущербных и немощных детей нарастает практически во всех индустриально развитых
странах, что уже ассоциируется с начавшимся вырождением кроманьонца как вида» [6,
с.151].
В-третьих, отмечается растущая угроза дегуманизации человека, утраты его психического здоровья. Согласно Н.Н.Моисееву, уже отмечается «во многих странах, причем
вполне «благополучных»… разрушение нравственных начал, усиление агрессивности и
нетерпимости… широкое распространение генетических и культурных заболеваний,
уменьшение рождаемости и т.д.» [16, с.10]. На второе место среди причин смертности выходит депрессия; считается, что до 20% населения нуждается в помощи психотерапевтов
и психиатров [6, с.111-114]. Все эти процессы носят явно техногенный характер: трансформация человеческого тела нарастает по мере технического прогресса и усиления вмешательства людей в естественные процессы. Итог технологизации организма кажется закономерным. По мере развития техники «человек, с одной стороны, освобождается от
природной зависимости, а с другой – интегрируется с созданным им же миром техносферы, становится зависимым от него». Техническое «воцаряется не только в общественной
жизни… но и в каждом человеке, его организме». При этом «рождается новое существо,
постчеловеческое, несущее в себе биологическое и социальное вместе с техногенным» [8,
160
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
с.146]. По словам Э.С.Демиденко, «социально-техногенный прогресс земного мира привел
не только к высокому динамизму в формировании социальных качеств населения (образованности, профессионализма, онаученного сознания и мировоззрения, творческого потенциала и т.п.), но и к трансформации и деградации его биосферной телесности, разрушению природных свойств, потере здоровья» [7, т.3, с.36].
Приходится сделать вывод, что технический прогресс сводится не только к «производству предметов потребления», но и к «разрушению прежнего, природно-социального
типа человека». Рост техносферы ведет не только к гибели «дикой природы», но и «к потере человеком своих природных качеств, превращению его в социотехнобиологическое
существо, предельно бесчувственное и… роботизированное» [8, с.114-115].
Э.С.Демиденко предупреждает, что «на смену человеку биосферному идет человек техносферный (способный жить и работать только в комфортных условиях)». Этот новый человек, урбанизированный и технологизированный, развивая свои социальные качества,
«стремительно теряет природное физическое и психическое здоровье и природную мощь
рассудочной деятельности». К этому выводу приводит анализ фиксируемых наукой потери иммунной защиты и разрушения «практически всех физических и физиологических
функций человека от поколения к поколению» [8, с.130]. Таким образом, техногенное развитие, по словам Э.С.Демиденко, «вызывает нарастающую деградацию биосферного человека – физическую, психическую, генетическую, нравственную, социальную, поведенческую», при этом «чем выше уровень индустриализации и техногенности жизни, тем
выше уровень патологических явлений и процессов» [6, с.147]. В результате «экотехнологический Апокалипсис человека, как самое глубокое и глобальное кризисное явление, охватывает практически все стороны жизни населения и планеты» [8, с.108-109].
Но, может быть, опасения напрасны, и мы имеем дело не с вымиранием, а с развитием человека, его переходом к более совершенному состоянию? Может быть, человечество
«живет в переходное время, когда завершает существование один тип человека Homo Sapiens… и складываются условия для образования нового типа» [27, с.348]? И перед нами
не деградация, а новый этап эволюции? Возможно, считает А.П.Назаретян, для продления
своего пребывания на Земле «разумный субъект будет вынужден искусственно трансформировать свою материальную основу, последовательно освобождаясь от сковывающих и
обрекающих его на вырождение биологических зависимостей». Впрочем, ничего необычного в этом нет: сама сущность человека – создание искусственной среды. Начиная с физических отличий (прямохождение, непропорционально развитый мозг и т.п.), которые
«противоестественны», все развитие цивилизации (интеллект, язык, мораль и т.д.) есть
отделение людей от «естественного» бытия. Разум человека, создающий и использующий
информационную технику, «противоестественнее разума, завязанного на биологические
процессы… и предназначенного для их обслуживания». В итоге по мере развития цивилизации «ее носителем будет становиться все более «странный» субъект», тело которого будет формироваться не «согласно консервативной генетической программе», а по его собственной воле [17, с.179-180].
Перспектива усиления искусственного начала в человеке, утверждает
А.П.Назаретян, «настолько соответствует общеэволюционной тенденции», что «правдоподобным представляется сценарий сохраняющего симбиоза, без которого не может
обойтись биологически слабеющее человечество» [18, с.193-194]. В частности, по мнению
А.П.Назаретяна, виртуальная реальность могла бы решить проблему преступности: «Индуцируемые и отчасти самоконструирующиеся мультимодальные образы… позволят людям непосредственно испытывать всю гамму отрицательных и положительных эмоций…
Тем самым могло бы сниматься напряжение» [18, с.203]. Возможно, на ХХI столетие
«придется эпоха завершения собственно человеческой истории» и начнется «перерастание
в новую, «постчеловеческую» фазу эволюции» [18, с.204]. Новейшие биотехнические дос161
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
тижения, кажется, приближаются к тому, что объектом изменений станет уже не внешняя
природа, а биофизическое строение человека. Предсказывают разрушение «интеллектуального суверенитета» личности вследствие создания «нейроинтерфейса, ведущего к прямому контакту киберпространства с мозгом, и невозможности различить реальный мир и
аудиовизуальную симулятивную среду» [12, с.437]. Ф.Фукуяма пишет о биотехнологической революции: опираясь на открытия нейрофармакологии и молекулярной биологии,
мы получили беспрецедентные возможности для изменения человека: знание биохимии и
нейронной структуры мозга ведет нас к созданию людей с заранее предопределенными
качествами. Подобные проекты вполне логичны, ведь «тезис «улучшения человека» находится в традиции научно-технического прогресса, который изначально направлен на расширение деятельных возможностей человека и преобразование недоступного» [3, с.77].
Перед человеком, предупреждает П.А.Белоусов, возникает реальная возможность «собственного пересотворения в соответствии с логикой техноморфизма и тотального конструктивизма»: создаются все более радикальные проекты «биотехнологического манипулирования генетическими и психическими процессами» [1, т.5, с.155].
Всеобщая информатизация начинает проникать «не только на каждое рабочее место,
но и в карман, на кухню и даже внутрь организма». В симбиозе с новыми технологиями
человек уже в ближайшие десятилетия может быть радикально преобразован и превратится в новый вид, который А.С.Нариньяни называет «eHomo» [19, с.3-6]. Приближающееся
«вторжение в наш организм» не оставляет сомнений: «Вот-вот начнется все более широкое внедрение в организм датчиков и эффекторов, уже получивших наименования микрои нанороботов. Вся эта невидимая туча искусственных помощников наводнит наш организм, для того чтобы заниматься нашим здоровьем: биомониторингом, физиологической
регуляцией, медицинским контролем и лечением». В ближайшем будущем «тело человека
будет становиться все более прозрачным и управляемым», вплоть до каждой клетки. Одни
медицинские технологии будут направлены на коррекцию организма (оптимизацию
функций внутренних органов, изменение пропорций тела и т.п.), другие позволят «расширение возможностей личности и воздействие на центральную нервную систему в лечебных целях» (блокирование боли, ограничение агрессивности и т.д.) [19, с.7-8]. С детства
eHomo «станет объектом анализа и оценки его индивидуальных способностей и талантов,
воздействия специальных технологий их раскрытия и реализации». Станет возможным
восполнение утраченных или ограниченных физических и психических функций (протезирование любых органов, восстановление забытых событий и т.д.): «Данное нам природой сложное устройство тела станет реальным заменять по частям или целиком, подправляя ошибки природы и наследственные недостатки… В результате человек физически будет постоянно молодым и здоровым, так что ничто не будет мешать ему жить вечно» [19,
с.13-15].
Все актуальнее звучат вопросы уже не о средствах и возможностях, а о нравственном смысле подобных технологических изменений. В рамках инструментального способа
восприятия мира, замечает Б.Г.Юдин, человек понимается как «достаточно произвольно
конструируемое… существо, порождаемое не столько природой, сколько осуществлением
человеческого замысла» [28, с.26]. Разногласия вызваны практической проблемой, которая к началу ХХI века стала одной из важнейших для нашей цивилизации. Это – проблема
«несоответствия естественного по своей природе человека и им же созданных искусственных условий собственного обитания». С теоретической точки зрения решением этой
проблемы, считает А.Н.Павленко, может оказаться или «возвращение цивилизации в естественное лоно», или «приведение человеком самого себя в искусственное состояние» [21,
с.66-67]. Первый выход, по его мнению, невозможен, поскольку «в замкнутой экологической системе не существует экологически чистых технологий». Второй выход – «самоконструирование» человека – может привести к снятию конфликта: для нечеловека,
162
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
«анантропа», нынешняя экологическая ситуация будет «естественной». Возражениям против «переделки человека» А.Н.Павленко отвечает указанием на не слишком большую разницу между пропагандируемым перевоспитанием людей с помощью экологической этики
и созданием искусственного человеческого организма: в обоих случаях произойдет переделка людей [21, с.75-79]. Такова альтернатива: «Либо человек преобразует свою природу,
чтобы соответствовать потребностям научно-технического прогресса, либо его ожидает
перспектива вытеснения «носителями» такого типа рациональности, который адекватен
системе современных технологий». Подобное «совершенствование» человека как объекта
(под угрозой вытеснения «постчеловеческими (информационно-компьютерными) формами рациональности») и есть кризис человеческой природы [15, т.5, с.164-165].
Н.Н.Моисеев, пытаясь примирить версии человеческого будущего, полагает, что развитие
человека как биологического вида продолжается, но оно не гарантировано: «Этот процесс
(для которого естественно сохранить название антропогенеза) вступает в новую и очень
опасную фазу». Опасность – «деградация человека и его возвращение… к одному из первых этапов антропогенеза» [16, с.3]. Зависит ли выбор дороги от человека или он уже предопределен? С учетом изложенного остается только присоединиться к словам
О.Тоффлера: «По мере разрушения научных, экономических, политических и других границ размывается само понятие того, что значит быть человеком. Насколько можно изменить тело – химически, биологически, генетически или механически – чтобы оно перестало считаться «человеческим» и заслуживать человеческого отношения?» [26, с.531]. Но
почему противопоставляют волю человека к самотрансформации и «естественные» эволюционные тенденции природы? Может быть, эволюция как раз ведет к образованию более совершенного разумного существа, используя для этого и современного человека, и
его технику? Тогда люди, строя планы самоконструирования, не поступают вопреки законам биосферы, а, сами того не ведая, их реализуют. Возможно, по словам Э.С.Демиденко,
«разум выбирается из своей биооболочки и начинает самостоятельное существование,
творя окружающий мир». Если мы примем такую точку зрения, техногенное преобразование Земли и «ноосферные явления выступают… в их космическом облике, когда царство
мысли и царство новой жизни начинают приобретать внебиологический, надбиологический и постбиологический характер» [6, с.14].
Нельзя исключить того, что путем естественной эволюции человек будет замещен
иным, высшим существом: по словам А.М.Ковалева, «хотя с точки зрения человека это
будет несправедливо, но может оказаться справедливым с точки зрения природной эволюции» [10, с.408]. Пути возможной эволюции выглядят разнообразными. Возможно,
предполагает А.М.Ковалев, дальнейшее развитие человека «пойдет по пути освоения новых планет и миров при сохранении его биологической структуры»; возможно, вместо
этого «будет изменяться коренная биологическая структура человечества». Доселе человек развивался, совершенствуя свои искусственные органы – технику, а не органы естественные; увеличивая «разрыв между мощью техники и немощностью своей собственной
природы», люди породили глобальные проблемы и до сих пор не могут их разрешить. Почему бы, предлагает А.М.Ковалев, человеку «не заменить искусственные орудия своими
естественными органами»? Не следует ли человеку «отказаться от посредничества в его
отношениях с природой и усовершенствовать свою собственную природу таким образом,
чтобы с ее помощью непосредственно удовлетворять свои материальные и духовные потребности»? [10, с.410-411].
Так, в совершенствовании человеческого тела видят Ю.В.Олейников и А.А.Оносов
продолжение «природного процесса цефализации». По их мнению, организм «должен
быть усовершенствован в своих физических и физиологических принципах так, чтобы
было преодолено расхождение между возвышением духовного потенциала личности и
физическим разрушением организма» [20, с.77-78]. Поэтому «психофизическая саморегу163
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
ляция», или «автоэволюция», человека вынуждается тем, что «биологический эволюционный процесс не дает непосредственного роста главного видового признака человека – его
разума» и рост сознания давно уже основан не на биологических процессах, а на социальных [20, с.69-70].
Почему, собственно, мы рассматриваем современного человека в качестве образца
«человечности»? Разве мы, проживая в искусственной среде, все еще остаемся естественными и только решаем, стоит ли нам меняться? Может быть, трансформация уже произошла на предшествующих этапах технического прогресса, и мы, не желая ее замечать,
тоскуем о своей «природной сущности» как о прошлогоднем снеге? Согласно
А.П.Назаретяну, «мышление, память, восприятия, ощущения современного человека суть
давно уже явления искусственные» [18, с.193]. По верному замечанию А.М.Буровского,
споры об угрозе исчезновения «биологического» человека и превращения его в «биотехногенное существо» исходят из представления, что существующий до середины ХХ века
человек оставался «естественным» [2, с.122]. Но современные люди отличны от своих
предков – и анатомически, и биохимически; они «еще менее естественны, нежели породы
домашних животных». В самом деле, «может ли считаться «естественным» человек, выживание которого еще в младенчестве зависело не от природного здоровья… а от уровня
развития медицинского обслуживания»? «Искусственно» наше общество, «в котором
большая часть взрослых членов… не способна к тяжелой физической работе»; «искусственным» является и человек, не способный существовать «без множества медикаментозных «подпорок» химического и хирургического происхождения». Поскольку «90% современного населения так называемых развитых стран – те, которые всего сто или двести лет
назад были обречены умереть в первые годы, если не месяцы жизни», существование людей ХХ века, «причем в собственно биологическом аспекте, – сугубо искусственно» [2,
с.126-127]. Искусственно создается и человеческий интеллект: «путем совершения целенаправленных воспитательных действий». В общем, «человек, по определению, – существо естественно-искусственное» [2, с.128]. Неудивительно, что для изучения нового, «постчеловеческого» существа предлагается создать новую, «постгуманитарную» науку – постантропологию. Эта наука, считает И.В.Кудашова, будет изучать искусственного человека «как часть техносферы, которая создается людьми, но постепенно подчиняет и растворяет их в себе». Человек «уходит в прошлое как биологический вид и переходит в будущее как технический вид». Поэтому предмет исследования для постантропологии уже существует: «Если антропология изучает специфические признаки человека среди других
живых существ… то постантропология будет изучать его специфические признаки среди
мыслящих существ, умных машин… Предмет антропологии – человечество, вырастающее
из природы, предмет постантропологии – человечество, врастающее в технику» [11, т.3,
с.78].
Но каким будет «постчеловеческое» будущее для человека? Если даже законы эволюции неумолимо готовятся смести людей с лица Земли и поселить на ней каких-нибудь
киборгов, почему мы, люди, должны с этим смириться? Где же любимые рассуждения европейского человека о свободе и активности, о присущей человеческой личности способности изменять мир? «В обозримом будущем на повестку дня встанет последовательный
симбиоз естественных и искусственных форм разума, – напоминает В.А.Кутырев. – Однако правомерно ли считать эти «новые мыслящие существа»… человеком? Субстрат иной,
небелковый – значит, чувственность отсутствует, ибо именно она мешает успешному
взаимодействию человека со скоростной технологией. Вполне возможно, это будет новая
форма разума, но при чем здесь мы, земляне?» [13, с.134]. Итак, современная мысль пытается отразить человека и его положение в технизированном мире [23, с.142-153]. Перед
нами встают вопросы, однозначные ответы на которые до сих пор не найдены. Если, согласно биосферным закономерностям, каждый вид животных должен измениться или ис164
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
чезнуть, как узнать о приближающемся рубеже? Произойдет ли перед исчезновением вида
Homo Sapiens медленное угасание репродуктивной способности и рост мутаций? Или, напротив, закат человечества будет прикрыт обманчивым процветанием, и, подобно динозаврам, люди до последнего будут считать себя хозяевами Земли, а свою жизнь – процветанием? Каковы причины и признаки того, что данный вид скоро должен исчезнуть, повинуясь ритмам эволюции? Нужен ли для этого внешний толчок? Наблюдаемые физические и психические трансформации человека в постиндустриальном мире относятся к новому этапу эволюции или являются не более чем вырождением еще одного биологического вида в техносфере? Ослабление физического здоровья людей и совершенствование медицинских технологий, увеличение населения Земли и падение рождаемости в постиндустриальных регионах, рост психических аномалий и развитие культуры – все это составляет очень хрупкий и ненадежный баланс. Какой вектор – процветание или деградация
человечества – возобладает? Суждено ли человеку стать прародителем новой, постчеловеческой цивилизации, которая предоставит более надежных носителей разума? Какие пределы «технологической оптимизации» допустимы? Имеют ли смысл попытки технологического совершенствования человеческого организма? Осуществимы ли они, принесут ли
пользу людям? Научная и философская мысль должна работать над разрешением этой
проблемы, а СМИ – уделять особое внимание ее освещению. Человек не пожелает смириться с тем, что его потомки перестанут быть людьми. Даже если научно будет доказано,
что ресурс времени человеческого вида исчерпан, даже если возникнет и станет расширяться постчеловеческий разум, люди все равно не уйдут покорно со сцены истории Вселенной. Но долг каждого поколения – в том числе и наших современников – сделать все,
чтобы нашим потомкам однажды не пришлось столкнуться с такой страшной угрозой.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Белоусов, П.А. Антропологические перспективы человечества в контексте теоретического гуманизма /
П.А.Белоусов // Философия и будущее цивилизации: тез.докл. IV Рос. философ. конгресса. – М., 2005.
2. Буровский, А.М. Люди ли мы? / А.М.Буровский // Общественные науки и современность. – 1996. – № 4.
3. Горохов, В.Г. Научно-техническая политика в обществе не-знания / В.Г.Горохов // Вопросы философии.
– 2007. – № 12.
4. Гринин, Л.Е. Производственные революции и периодизация истории / Л.Е.Гринин // Вестн. РАН. – 2007.
– Т.77. – № 4.
5. Демиденко, Э.С. О ноосферном подходе к формированию современной экологической концепции /
Э.С.Демиденко // Проблемы современного антропосоциального познания. – Брянск, 2003.
6. Демиденко, Э.С. Ноосферное восхождение земной жизни / Э.С.Демиденко. – М., 2003.
7. Демиденко, Э.С. Проблема трансформации и деградации человека в техногенном мире / Э.С.Демиденко
// Философия и будущее цивилизации: тез.докл. IV Рос. философ. конгресса. – М., 2005.
8. Демиденко, Э.С. Формирование метаобщества и постбиосферной земной жизни / Э.С.Демиденко. – М.;
Брянск, 2006.
9. Климов, Ю.М. Политическая экология – новое научное направление / Ю.М.Климов // Общественные
науки и современность. – 1992. – № 6.
10. Ковалев, А.М. Изменяющийся и самоорганизующийся мир / А.М.Ковалев. – М., 1999.
11. Кудашова, И.В. О предмете постантропологии / И.В.Кудашова // Философия и будущее цивилизации:
тез.докл. IV Рос. философ. конгресса. – М., 2005.
12. Кузнецов, М.М. Киберпространство / М.М.Кузнецов // Глобалистика: энциклопедия. – М., 2003.
13. Кутырев, В.А. Космизация земли как угроза человечеству / В.А.Кутырев // Общественные науки и современность. – 1994. – № 2.
14. Лесков, Л.В. Возможна ли эволюция Homo Sapiens? / Л.В.Лесков // Общественные науки и современность. – 1994. – № 6.
15. Мануйлов, Н.В. Гуманистическое измерение науки и техники / Н.В.Мануйлов // Философия и будущее
цивилизации: тез.докл. IV Рос. философ. конгресса. – М., 2005.
16. Моисеев, Н.Н. Современный антропогенез и цивилизационные разломы / Н.Н.Моисеев // Вопросы философии. – 1995. – № 1.
165
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
17. Назаретян, А.П. Беспределен ли человек? / А.П.Назаретян // Общественные науки и современность. –
1992. – № 5.
18. Назаретян, А.П. Цивилизационные кризисы в контексте Универсальной истории / А.П.Назаретян. – М.,
2001.
19. Нариньяни, А.С. Между эволюцией и сверхвысокими технологиями: новый человек ближайшего будущего / А.С.Нариньяни // Вопросы философии. – 2008. – № 4.
20. Олейников, Ю.В. Ноосферный проект социоприродной эволюции / Ю.В.Олейников, А.А.Оносов. – М.,
1999.
21. Павленко, А.Н. «Экологический кризис» как псевдопроблема / А.Н.Павленко // Вопросы философии. –
2002. – №7.
22. Попкова, Н.В. Техногенное развитие и техносферизация планеты / Н.В.Попкова. – М., 2004.
23. Попкова, Н.В. Философия техносферы / Н.В.Попкова. – М., 2007.
24. Рачков, В.П. Техника и ее роль в судьбах человечества / В.П.Рачков. – Свердловск, 1991.
25. Степин, В.С. Теоретическое знание / В.С.Степин. – М., 2000.
26. Тоффлер, Э. Революционное богатство / Э.Тоффлер, Х.Тоффлер. – М., 2008.
27. Хрусталев, Ю.М. Здоровье / Ю.М.Хрусталев // Глобалистика: энциклопедия. – М., 2003.
28. Юдин, Б.Г. О человеке, его природе и его будущем / Б.Г.Юдин // Вопросы философии. – 2004. – № 2.
29. Яковец, Ю.В. У истоков новой цивилизации / Ю.В.Яковец. – М., 1993.
Материал поступил в редколлегию 16.03.09.
166
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
УДК 101.1:316
Е.А. Дергачёва
ТЕХНОГЕННОСТЬ И ЕЕ ИДЕЙНОЕ СОДЕРЖАНИЕ
Проанализировано употребление понятий «техногенный», «техногенность», «техногенное общество (цивилизация)», «техногенный мир», «техногенные трансформации», «техногенная экономика» и дана их авторская интерпретация.
Ключевые слова: техногенность, техногенез, техногенное общество, техногенный мир, техногенные трансформации, техногенная экономика.
В настоящее время понятие «техногенный» и ему родственные получили широкое
распространение. В то же время в философской, технической, экологической и обществоведческих науках исследователи по-разному их интерпретируют, не давая необходимых
обоснований. Проведенный анализ употребления этих понятий позволяет выявить их
сущностные черты, содержательную наполненность, а также правомерность употребления
в качестве новых категорий в социально-философской и обществоведческой литературе.
В большинстве работ понятие «техногенный» приравнивается по значению к понятиям «технический», «технологический», «технико-технологический», «техносферный»,
хотя они несут разную смысловую нагрузку. Так, «технический» означает «состоящий из
средств труда (инструментов, машин, механизмов) и приемов, служащих для создания материальных и духовных благ»; «технологический» - созданный на основе совокупности
процессов, осуществляемых в определенной последовательности при помощи необходимой техники для достижения поставленных целей; соответственно понятие «техникотехнологический» отражает результат комплексного взаимодействия техники и технологий. Понятие «техносферный» трактуется как «искусственный, состоящий из неорганических материалов, созданных из первозданной природы». Основу понятий «техногенный»
и «техногенность», по мнению автора, составляет технико-технологическая генетика, т. е.
совокупность процессов технико-технологического генезиса, или техногенеза, и его последствий. Современный техногенез социоприродного развития представляет собой изменения и трансформации в обществе, естественной природной и искусственной техносферной среде, происходящие под влиянием научной и технико-технологической деятельности
человечества в направлении вытеснения естественных природных систем и процессов и
замещения их искусственными, постбиосферными. Таким образом, генетическим базисом
понятий «техногенный», «техногенность» являются техника и технологии, оказывающие
воздействие на земную систему, включая социум, биосферу и человека [6, с.29-30]. С этой
точки зрения в статье анализируется правомерность применения понятия «техногенный» в
исследовательской литературе.
Некоторые исследователи объясняют техносферу через понятие «техногенный». Так,
А.Д.Иоселиани определяет техносферу «как часть биосферы, коренным образом преобразованную человеком в технические и техногенные объекты…». Под «техногенными», вероятно, здесь имеются в виду объекты, созданные при взаимодействии человека и техники
и влияющие на биосферу, так как она далее трактует техносферу «как часть биосферы,
преобразованную людьми с помощью прямого или косвенного воздействия технических
средств в целях наилучшего соответствия социально-экономическим потребностям человека». Техносфера А.Д.Иоселиани представляется «техносредой», «техническим феноменом», «неорганической механической системой», некой замкнутой на себя системой, которая, подобно натуральной, «может определяться и без (независимо) человеческого вмешательства» [10, с.1008]. С точки зрения автора статьи, техносфера охватывает только ис167
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
кусственно-технические объекты и процессы, тогда как в понятии «техногенный» присутствуют еще социо- и биосферотехнические взаимодействия и их последствия.
Понятие «техногенный» употребляется в экологической литературе обычно при характеристике чрезвычайных ситуаций. По происхождению чрезвычайные ситуации подразделяются на техногенные, антропогенные и природные. Экологи в основном верно, по мнению автора, используют понятие «техногенный», но иногда подбирают к нему синонимы,
сужающие его смысл до значения «технический» или «антропогенный» [15, с.563].
Т.А.Акимова и соавторы причисляют к техногенным не только материально-энергетические
характеристики воздействий (механические, физические, химические и биологические факторы), но и категории объектов воздействия: различные живые реципиенты (люди, животные, растения); компоненты окружающей среды (поселенческая среда, природные ландшафты, почвы, водные объекты, атмосфера); изделия и технические сооружения. Они также
предлагают именовать экосферой глобальную системную целостность «современная биосфера – социосфера – техносфера» [1, с.48, 170-171]. Таким образом, понятие «техногенный» в экологии представляет комплекс антропогенно-технических факторов деятельности,
оказывающих влияние на социоприродную среду.
В некоторых философских исследованиях понятие «техногенное общество (цивилизация)» однобоко идентифицируется только с индустриальными общественными системами и формированием техносферы – особой оболочки планеты, совокупности технических и технологических объектов, процессов и отношений по поводу преобразования социоприродной среды с целью наилучшего соответствия социально-экономическим потребностям человека. По мнению автора статьи, техногенное общество представляет собой постаграрное общество, развитие которого осуществляется преимущественно на основе наукотехники и создаваемой ею предельно урбанизированной среды – техносферы,
которые, взаимодействуя с социумом и биосферой, подчиняют, трансформируют, разрушают их и тем самым изменяют качественные характеристики традиционного, земледельческого социума. Техногенному обществу на индустриальной (капиталистической и социалистической) и постиндустриальной (капиталистической) ступенях исторического развития присущи социотехноприродные, опосредованные наукотехникой экологические,
экономические, культурные и иные связи и взаимодействия. Таким образом, техногенное
общество представляет собой социотехносферную систему, развивающуюся на основе
техногенеза и приобретающую благодаря этому новые социоприродные качества. В свою
очередь, в совокупности национальные техногенные общественные системы образуют в
отдельных регионах техногенные цивилизации, а последние – сообщество техногенных
цивилизаций.
Впервые понятие «техногенная цивилизация» было введено В.С.Степиным в работе
«Научное познание и ценности техногенной цивилизации», опубликованной в журнале
«Вопросы философии» в 1989 г. В.С.Степин считает, что предпосылки техногенной цивилизации следует искать в эпохе Античности, когда началось становление демократии античного полиса, различных философских систем и прообразов науки. Исследователь относит демократию к необходимым составляющим техногенного общества, т. е. рассматривает благоприятную политико-правовую среду как стимул для общественного развития.
Как отмечает он далее, синтез традиций Античности и настроя на рациональное постижение смысла бытия в эпоху Возрождения был «одним из истоков становления основных
ценностей техногенной цивилизации» [16, с.4].
К основным ценностным ориентациям техногенной цивилизации В.С.Степин относит: 1) ценность объективного и предметного знания и соответствующий ей принцип самооценки объективной истины; 2) установку на систематический рост и новизну знания о
мире как результат исследования, - оставляя почему-то за пределами понимания техногенности общественного развития технику, технологию и в целом техногенез. Эти ценно168
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
сти выступили как необходимое условие формирования развитой науки и научной рациональности, окончательное осознание значимости которых «в шкале приоритетов техногенной цивилизации… завершилось в эпоху Просвещения». В.С.Степин обращает внимание на ценность науки – важнейшего фактора научно-технического и социального прогресса техногенной цивилизации – и на человека, его разум как силу, вторгающуюся в
природу и преобразующую ее. Таким образом, в техногенной цивилизации происходит
комплексное взаимодействие научно-технологических, социальных и природных факторов, с чем нельзя не согласиться. В эпоху Просвещения, по его мнению, человек подошел
к той стадии своего развития, когда уже были сформированы мировоззренческие установки, составившие основу последующего генезиса техногенной цивилизации в XIX-XX вв.
[16, с.4-5].
Техногенная цивилизация, по мнению автора, своим зарождением лишь отчасти обязана античному полису и эпохе Возрождения; она стала формироваться в эпоху прединдустриального развития в XV-XVIII вв. в центральной промышленной зоне Западной Европы (на Лотарингской оси, протянувшейся на 1,6 тыс. км: от Манчестера в Англии до Турина в Италии), где на протяжении двух тысячелетий была самая высокая концентрация
населения и необходимые условия для развития сельского хозяйства, ремесла и промышленности. Концентрация населения и экономической деятельности создала благоприятные
условия для технико-производственных нововведений, развития науки еще задолго до
промышленной революции конца XVIII в. Уже в середине XV в. здесь использовались
высокие доменные печи, возникли первые мануфактуры, появилась потребность в научных исследованиях и т.п. В XVI в. нужды нарастающей промышленности (мануфактур),
мореплавания и торговли потребовали теоретико-экспериментального решения конкретных задач. Период прединдустриального развития подготовил промышленную революцию конца XVIII в., а затем стремительное индустриальное общественное развитие, которое сформировало техногенное общество и техногенный земной мир.
Индустриализация, господство капиталистических отношений, быстрое изменение
техники и технологии, повышенный интерес к научным исследованиям, социальные
трансформации стали отличительными чертами эпохи научных, технических и социальных революций. Ускоренный темп технических, а впоследствии и научно-технических
изменений не только способствовал коренному преобразованию социоприродной среды
жизнедеятельности людей, но и приблизил опасность (в последней трети ХХ в.) глобальной экологической катастрофы. Таким образом, примерно за трехсотлетний период активного формирования нового, индустриального общества рационализация мира предельно окрепла и приобрела демоническую силу, что поставило под сомнение традиционные
ценности, особенно обоготворение природы. Как справедливо отмечает В.С.Степин, «современное техногенное давление на природу создает опасность вырождения биосферы, а
значит, угрожает самому человеческому существованию» [16, с.6].
Если ранее по региону генезиса техногенные общества именовали «Западом», а традиционалистские – «Востоком», то современный техногенный тип цивилизационного развития
присущ различным регионам планеты: США, странам Западной и Восточной Европы, России, странам Азиатско-Тихоокеанского региона – Японии, Китаю и Южной Корее. «Термин
«техногенная цивилизация», - подчеркивает В.С.Степин, - выражает сущностную характеристику этих обществ, поскольку в их развитии решающую роль играют постоянный поиск и
применение новых технологий, причем не только производственных, обеспечивающих экономический рост, но и технологий социального управления и социальных коммуникаций».
В.С.Степин значительно расширяет область исследований техногенной цивилизации, включая в объекты технологического манипулирования и обретения власти над ними не только
природные, но и социальные системы. Трансформации в традиционных обществах, как правило, становятся следствием процессов догоняющей модернизации и перерастают в совре169
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
менные процессы глобализации. «Процесс глобализации, – констатирует он, – выступает результатом экспансии техногенной цивилизации, которая внедряется в различные регионы мира», воздействует на традиционные цивилизации и заставляет их видоизменяться. В странах
техногенного типа развития происходит унификация общественного устройства, формирование нового образа мышления и жизни, рост качества и продолжительности жизни под воздействием науки, образования, технического прогресса и расширения рынка [17, с.986-987].
В.С.Степин, по мнению автора, употребляет понятия «техногенная цивилизация», «техногенное давление», имея в виду социальное, биосферное и технико-технологическое взаимообусловленное развитие под действием научно-технического прогресса (НТП). Выход из
кризисной ситуации он видит в придании НТП гуманистической направленности. Исследователь верно отмечает элементы зарождения техногенной цивилизации в греческих полисах периода Античности, однако ограничивает (вместе с В.И.Толстых) исторические рамки техногенной цивилизации индустриальным периодом [18, с.7] и тем самым невольно сводит понятие «техногенный» к понятию «индустриальный». В последующих трактовках техногенной
цивилизации в работах других исследователей (В.А.Беляева, Е.В.Гореловой, В.Г.Горохова,
А.А.Грицанова, Г.Г.Дилигенского, В.В.Казютинского, И.И.Кравченко, А.С.Рагозиной,
В.М.Розина, Э.Сандагийн, А.Циньняня, Ю.В.Яковца и др.) мы видим лишь продолжение
идей В.С.Степина об особенностях индустриального типа общественного устройства (с различными вариациями) и необходимости преодоления его кризисных процессов.
Э.С.Демиденко придает одинаковый смысл понятиям «техногенное общество» и
«техногенная цивилизация», рассматривая индустриальную и постиндустриальную общественные системы как стадии техногенного общественного развития. «Техногенное общество
(техногенная цивилизация), - подчеркивает он, - понятие, которое первоначально использовалось как синоним индустриального общества (цивилизации), пришедшего на смену аграрному, традиционному обществу; с появлением в конце XX – начале XXI веков на Западе
постиндустриального общества, где абсолютное большинство населения занято в сфере услуг (в США около 80%), такое общество стали называть сверхиндустриальным
(О.Тоффлер)» [3, с.1000; 5, с.57-61]. Таким образом, Э.С.Демиденко совершенно справедливо полагает, что техногенное общество продолжает существовать в постиндустриальном
обществе, в котором индустриальный характер развития не исчезает, а только усиливается
на основе ускоряющейся эволюции и усложнения наукотехники и систематического внедрения ее инноваций в производство и социальную жизнь. Автор данной статьи также считает справедливым объединение индустриального и постиндустриального типов общественного устройства под эгидой техногенности [6, с.67-68].
Далее Э.С.Демиденко констатирует, что становление (с XVIII в.) определенного типа общества – техногенного – происходит в единстве с формированием техносферы как
искусственного неживого материального мира – основы будущей общественной и природной жизни, которая в техногенном обществе имеет тенденцию к росту и замещению
биосферы. Помимо развития на основе НТП, современное общество характеризуется
«техногенным состоянием - все увеличивающимся воздействием техники и техносферы на
общество, природу и человека и соответствующей трансформацией последних» [3,
с.1000]. Таким образом, понятия «техногенный», «техногенное состояние» им объясняются через социо- и биосферотехнические взаимодействия с доминирующим влиянием технико-технологических и в целом техносферных факторов.
Э.С.Демиденко использует понятие «техносферное общество», имея в виду техногенное
общество, предельно урбанизированное и техносферизированное. Если техногенное общество опосредуется связями «человек-техносфера» и «природа-техносфера», то техносферное
общество предельно наполнено искусственным миром - надприродно-искусственной, технико-технологической, сверхрационализированной средой обитания, - что приводит практически к полному вытеснению естественной среды, и, по мнению автора, функционирует по
170
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
схеме «техносфера – техносферизированный социум – техносферизированная биосфера». Но
ни в коей мере нельзя отождествлять техносферу с техногенным обществом. Техносфера –
это пока еще техническая часть техногенного общества. «Именно в определенной мере сложившаяся и разрастающаяся техносфера – искусственная среда обитания человечества с ее
индустриальной инфраструктурой, - отмечает Э.С.Демиденко, - является тем основным фактором, который придает не только обществу, но и биосфере иные условия существования и
эволюции». «Нынешнее техногенное состояние общества, - пишет он далее, - это уже во многом надприродное, искусственное состояние, которое характеризует борьбу двух миров: естественного и искусственного». Таким образом, дальнейшее движение техногенного общества
осуществляется в сторону интеграции техносферы с социумом и природой, создания нового, искусственного системного социотехноприродного образования [3, с.1000].
Ю.М.Хрусталев употребляет термин «социально-техногенная цивилизация», рассуждая о необходимости профилактики болезней людей и разработки концепции здоровьесбережения нации в России [19, с.145; 20, с.146]. Другой исследователь, З.А.Кулиев, считает,
что человечество должно осознать допустимые рамки научных исследований в генной инженерии и создания нового в биосфере, поэтому «в условиях современной техногенной цивилизации все люди должны искать и разрабатывать новые средства и методы, принципы и
правила защиты своей жизни… от нерегулируемой экспансии человеческого интеллекта»
[11, с.148]. Уязвимость человеческого фактора в техногенной цивилизации наводит нас на
мысль о том, что употребление понятия «социально-техногенная цивилизация» можно считать вполне справедливым, так как это понятие более точно отражает характер взаимоотношений в системе «общество-техника-биосфера».
По мнению автора статьи, следует различать понятия «техногенное общество»,
«технологическое общество» и «техносферное общество». «Технологическое» есть только
одна из характеристик техногенного общества, в котором развиваются и совершенствуются технико-технологические процессы и явления. Технологическому фактору общественного развития придается универсальное и ведущее значение, при этом упускаются из виду
другие важнейшие факторы и вся совокупность последствий, особенно отрицательные.
Понятие «техносферное общество» может быть применимо для общественных систем, где
подавляющее количество населения живет в урбанизированной среде и природная среда
крайне трансформирована под воздействием индустриального развития. Характерным
примером являются так называемые «индустриальные карлики», но в широком смысле
слова они относятся к техногенным общественным системам. Нецелесообразно отождествлять техногенное общество с техносферным, так как техносфера – это искусственная
часть техногенного общества, которое опосредуется связями «человек-техносфера» и
«природа-техносфера». Техногенное общество не всегда может быть техносферным, т. е. с
преобладанием на его территории техносферы. Однако дальнейшее развитие техногенного
общества идет в направлении интеграции техносферы с социумом и природой.
В исследовательской литературе встречается понятие «технический мир». Х.Ленк
называет техномир «информационной и системно-технологической эрой», для которой
характерно плотное переплетение взаимосвязей и взаимозависимостей техносистем, информатизация, сциентизация, комплексная организация и управление техническими процессами. Х.Ленк не делает различий между техническим и техногенным мирами [13,
с.986-989]. Новое же качественное состояние социума, биосферы и земной природы в целом находится у него за пределами понимания техногенного мира.
Е.Н.Гнатик, рассматривая перспективы человека в свете антропогенетики и научнотехнического прогресса, отмечает, что в настоящее время на первый план выходит проблема сохранения человека как биосоциального существа и его здоровья: «Речь идет об
угрозе существованию человеческой телесности, которая является результатом миллионов
лет биоэволюции и которую начинает активно деформировать современный техногенный
171
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
мир» [2, с.3]. Таким образом, она значительно расширяет сферу охвата техногенного мира,
включая в него наряду с «техно» биосоциальные компоненты. Так, В.А.Кутырев характеризует техногенный мир как искусственную реальность, ноотехносферу, приходящую на
смену естественному природному миру и человеку, который превращается в постчеловеческое существо, и справедливо отмечает, что «его «природа» - рациональная деятельность, технэ» [12, с.21, 130, 187].
По мнению автора статьи, следует более четко проводить содержательные грани
между понятиями «технический мир», «техносферный мир», «техногенный мир». Понятие
«технический мир» (или техномир) обозначает мир техники и технологий. Понятие «техносферный мир» имеет технико-технологическое содержание, включает всю совокупность
технических и научно-технологических систем и охватывает весь неживой предметный и
электромагнитный миры, созданные человечеством. Понятие «техногенный мир» – еще
более широкое, поскольку наряду с техникой и техносферой включает и трансформированные ими крупные компоненты социума, биосферы и земной природы в целом. Совокупность техногенных общественных систем образует техногенное земное сообщество, а
глобализирующееся техногенное сообщество вместе с техногенно трансформированной
биосферой и природой формируют техногенный земной мир. Техногенный мир по своему
охвату пока еще меньше земного мира, но с нарастающей скоростью приближается к последнему, поглощая и перестраивая его по своим (социотехносферным) канонам.
Понятие «техногенная трансформация» редко употребляется в философской и обществоведческой литературе и общепринятого содержания не имеет. Опираясь на предшествующий опыт рассмотрения понятия «техногенный», автор считает, что термин «техногенная трансформация» по своему смысловому значению будет употребляться в исследованиях как «техническая (технологическая) трансформация», т. е. с точки зрения техникотехнологических изменений в системе. В то же время трактовка данного термина в экологическом контексте значительно расширяет его смысловое значение. Данное понятие наиболее активно находит отражение в работах представителей Брянской научнофилософской школы социоприродных исследований (Э.С.Демиденко, Н.В.Попковой), к
числу которых относится и автор данной статьи [4; 7-9; 14]. По нашему мнению, понятие
«техногенные трансформации» необходимо рассматривать как инициируемые разрастанием техносферы и ее научно-технической энергетики процессы коренных, качественных
изменений в социоприродной системе в направлении интеграции ее с наукотехникой и
техносферой в результате интенсивной социализации техногенной общественной системы, формирования техногенного земного мира.
В экономико-экологической литературе встречается понятие «техногенный тип
экономического развития», т. е. «природоемкий (природоразрушающий) тип развития, базирующийся на использовании искусственных средств производства, созданных без учета
экологических ограничений» [21, c.154]. Характерными чертами последнего являются нарастающее истощение невозобновимых природных ресурсов и сверхэксплуатация возобновимых, при этом признается, что разрушающие темпы хозяйственной деятельности намного превышают возможности среды к самовосстановлению [21, с.154-157]. С точки
зрения автора статьи, необходимо говорить не о техногенном типе экономического развития, а о техногенной экономике, так как существующие в мире индустриальная и постиндустриальная экономические системы по своей сути являются природоемкими, хотя и делаются попытки перейти к ресурсосберегающим технологиям. Даже преодоление экстенсивных методов хозяйствования и ресурсопотребления не будет способствовать выходу
человечества из техногенной сферы хозяйствования. Введенное автором данной статьи
понятие «техногенная экономика» характеризует техногенные общественные системы, их
социоприродный трансформирующий характер при преобладании экономических и научно-технических доминант развития и рационализации, которые задают динамику проис172
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
ходящих изменений, направляют эволюцию человечества в мир искусственной, постбиосферной жизни.
Обобщая результаты анализа применения понятий «техногенный», «техногенность»,
«техногенное общество», «техногенный мир», «техногенные трансформации», «техногенная экономика» в философии и обществоведческих науках, следует отметить, что большинство исследователей односторонне сводят их интерпретацию к техникотехнологическому и техносферному содержанию. Как показывает анализ, основу указанных понятий составляют научно-технические и технико-технологические взаимодействия
с элементами социума и земной природы при возрастающем влиянии социотехнических
систем. Социум, техносфера и трансформированная ими природа должны рассматриваться в едином комплексе техногенной общественной системы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Акимова, Т.А. Экология. Природа – Человек – Техника / Т.А.Акимова, А.П.Кузьмин, В.В.Хаскин. - М., 2007.
2. Гнатик, Е.Н. Человек и его перспективы в свете антропогенетики: философский анализ / Е.Н.Гнатик. – М.,
2005.
3. Демиденко, Э.С. Техногенное общество / Э.С.Демиденко // Глобалистика: энциклопедия. – М., 2003.
4. Демиденко, Э.С. Техногенное общество и земной мир / Э.С.Демиденко, Е.А.Дергачева, Н.В.Попкова. –
М.; Брянск, 2007.
5. Демиденко, Э.С. Формирование метаобщества и постбиосферной земной жизни / Э.С.Демиденко. – М.;
Брянск, 2006.
6. Дергачева, Е.А. Техногенное общество и противоречивая природа его рациональности / Е.А.Дергачева. –
Брянск, 2005.
7. Дергачева, Е.А. Брянская научно-философская школа социоприродных исследований в 2002-2007 годах /
Е.А.Дергачева // Вестн. РФО. – 2007. – №3 (43). – С.17-18.
8. Дергачева, Е.А. Техногенное общество, особенности его становления и развития / Е.А.Дергачева // Аспирантский вестник Поволжья. - 2008. - №1, 2.
9. Дергачева, Е.А. Формирование техногенной общественной системы / Е.А.Дергачева. – Брянск, 2009.
10. Иоселиани, А.Д. Техносфера / А.Д.Иоселиани // Глобалистика: энциклопедия. – М., 2003.
11. Кулиев, З.А. Научно-технический прогресс в ответе за здоровье человечества / З.А.Кулиев // Вестн.
РФО. – 2008. - №1.
12. Кутырев, В.А. Культура и технология: борьба миров / В.А.Кутырев. – М., 2001.
13. Ленк, Х. Техника / Х.Ленк // Глобалистика: энциклопедия. – М., 2003.
14. Попкова, Н.В. Философские социоприродные исследования в БГТУ / Н.В.Попкова, Е.А.Дергачева //
Вестн. БГТУ. – 2008. - №1. – С.121-129.
15. Протасов, В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России / В.Ф.Протасов. – М., 2001.
16. Степин, В.С. Научное познание и ценности техногенной цивилизации / В.С.Степин // Вопросы философии. – 1989. - №10.
17. Степин, В.С. Цивилизационного развития типы / В.С.Степин // Глобалистика: междунар. энцикл. слов. –
М.; СПб.; Н.-Й., 2006.
18. Степин, В.С. Демократия и судьбы цивилизации / В.С.Степин, В.И. Толстых // Вопросы философии. –
1996. - №10.
19. Хрусталев, Ю.М. Здоровьесбережение как фактор национальной безопасности / Ю.М. Хрусталев //
Вестн. РФО. – 2008. - №1.
20. Хрусталев, Ю.М. Философия сохранения здоровья нации / Ю.М. Хрусталев // Вестн. РФО. – 2008. - №1.
21. Экология и экономика природопользования / под ред. Э.В.Гирусова. – М., 2007.
Материал поступил в редколлегию 20.02.2009.
173
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Аверченков Владимир Иванович, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Компьютерные технологии и системы», проректор по информатизации и международному сотрудничеству БГТУ, тел. (4832) 56-49-90.
Аксютенков Владимир Тимофеевич, д.т.н., профессор кафедры «Механика и основы конструирования» БГСХА, тел. 8-961-133-84-19.
Антохин Алексей Владимирович, аспирант кафедры « Локомотивы» БГТУ,
тел. (4832) 58-82-08.
Бишутин Сергей Геннадьевич, д.т.н., профессор кафедры «Триботехнология» УНТИ БГТУ, тел. (4832) 58-82-79.
Богушевский Александр Евгеньевич, гл. специалист отдела информационных технологий департамента промышленности, транспорта и связи Брянской области, е-mail: dpts@bryanskobl.ru.
Гоголев Иван Григорьевич, д.т.н., профессор кафедры «Тепловые двигатели» БГТУ, тел. (4832) 58-82-29.
Гришанов Алексей Васильевич, студент спец. «Динамика и прочность машин» БГТУ, тел. (4832) 56-08-10.
Дергачева Елена Александровна, к. филос.н., доцент кафедры «Экономика,
организация
производства,
управление»
БГТУ,
e-mail:
lena_debusi@yahoo.com.
Дроконов Алексей Михайлович, к.т.н., профессор кафедры «Тепловые двигатели» БГТУ, тел. (4832) 58-82-29.
Дуюн Татьяна Александровна, к.т.н., доцент кафедры «Технология машиностроения» БелГТУ, е-mail: tanduun@mail.ru.
Журавлев Валерий Вячеславович, начальник управления гл. конструктора
ОАО «Брянский Арсенал», тел. (4832) 58-82-62.
Зернин Михаил Викторович, к.т.н., доцент кафедры «Динамика и прочность машин» БГТУ, тел. (4832) 56-08-10.
Израилев Владимир Яковлевич, к.т.н., доцент кафедры «Информатика и
программное обеспечение» БГТУ, т e-mail: vizrailev@km.ru.
Кожухар Владимир Макарович, д.т.н., профессор кафедры «Компьютерные технологии и системы» БГТУ, тел. (4832) 56-49-90.
Корытов Михаил Сергеевич, к.т.н., доцент кафедры «Конструкционные материалы и специальные технологии» СибАДИ, е-mail: kms142@mail.ru.
Ларичева Елена Анатольевна, к.э.н., доцент кафедры «Экономика и менеджмент» БГТУ, e-mail: helenette@yandex.ru.
Левкина Елена Владимировна, инженер отдела качества БГТУ, тел. (4832)
58-82-35.
Лобеева Вера Михайловна, к.ф.н., доцент кафедры «Философия и история»
БГТУ, тел. (4832) 51-19-98.
174
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Лозбинев Фёдор Юрьевич, д.т.н., профессор кафедры «Компьютерные
технологии и системы» БГТУ, зам. директора департамента промышленности, транспорта и связи Брянской области, е-mail: dpts@bryanskobl.ru.
Лустенков Михаил Евгеньевич, к.т.н., доцент кафедры «Основы проектирования
машин»
г.
Могилев,
Республика
Беларусь,
e-mail:
lustenkov@yandex.ru.
Маклаков Владимир Петрович, к.т.н., доцент кафедры «Промышленная
электроника и электротехника» БГТУ, тел. (4832) 58-82-32.
Малинкович Михаил Дмитриевич, к.т.н., доцент кафедры «Детали машин»
БГТУ, тел. (4832) 58-82-12.
Маслова Ирина Викторовна, к.т.н., доцент БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород, e-mail: iren_mas@list.ru.
Мефёд Евгений Валерьевич, аспирант кафедры «Динамика и прочность
машин» БГТУ, тел. (4832) 56-08-10.
Мирошников Вячеслав Васильевич, д.т.н., профессор кафедры «Управление качеством, стандартизация и метрология» БГТУ, тел. (4832) 58-82-35.
Михальченко Георгий Сергеевич, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Локомотивы» БГТУ, тел. (4832) 58-82-08.
Моисеенко Михаил Анатольевич, соискатель кафедры «Прикладная механика» БГТУ, тел. (4832) 64-63-14.
Николаева Татьяна Алексеевна, д.п.н., профессор БГУ, тел. (4832) 58-8229.
Обозов Александр Алексеевич, к. т.н., доцент кафедры «Тепловые двигатели» БГТУ, тел. (4832) 56-08-01.
Обозов Роман Александрович, аспирант кафедры «Экономика и менеджмент» БГТУ, тел. (4832) 58-82-24.
Подвесовский Александр Георгиевич, к.т.н., доцент кафедры «Информатика и программное обеспечение» БГТУ, e-mail: apodv@mail.ru.
Попков Владимир Иванович, к.т.н., доцент, зав. кафедрой «Общая физика»,
первый проректор по учебной работе БГТУ, тел. (4832) 56-25-09, e-mail:
popkov@tu-bryansk.ru.
Попкова Наталья Владимировна, к.т.н., д.филос.н., профессор кафедры
«Философия и история» БГТУ, е-mail: popkov@tu-bryansk.ru.
Потапов Леонид Алексеевич, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Промышленная электроника и электротехника» БГТУ, тел. (4832) 58-82-32.
Реутов Александр Алексеевич, д.т.н., профессор кафедры «Подъёмнотранспортные машины и оборудование», начальник учебно-методического
управления БГТУ, тел. (4832) 68-89-51.
Сазонова Анна Сергеевна, аспирант кафедры «Компьютерные технологии и
системы» БГТУ, тел. (4832) 56-49-90.
Сакало Владимир Иванович, д. т. н., профессор кафедры «Прикладная механика» БГТУ, тел. (4832) 56-86-37.
175
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Сиваков Ярослав Игоревич, системный архитектор отдела медиа- и вебразработок ООО «МастерКод», e-mail: sivakov@mcode.ru.
Симкин Николай Васильевич, студент спец. «Информатика и программное
обеспечение» БГТУ, e-mail: simkin_k@mail.ru.
Тимаков Александр Константинович, инженер ЗАО «ВКМ-инжиниринг»,
тел. 8-906-699-75-59.
Титенок Александр Владимирович, д.т.н., профессор кафедры «Подъемнотранспортные, дорожные машины и оборудование» БГТУ, тел. (4832) 54-9013; 8-910-292-60-80.
Фокин Юрий Иосифович, к.т.н., доцент, зав. кафедрой «Тепловые двигатели» БГТУ, тел. (4832) 51-25-07.
Хуртасенко Андрей Владимирович, к.т.н, доцент БГТУ им. В.Г. Шухова, г.
Белгород, e-mail: hurt@intbel.ru.
Чепчуров Михаил Сергеевич, к.т.н., доцент БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород, e-mail: avtpost@mail.ru.
Шец Сергей Петрович, к.т.н., доцент кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» БГТУ, тел. (4832) 58-82-31.
Шупиков Игорь Леонидович, аспирант кафедры «Триботехнология»
УНТИ БГТУ, тел. 8-910-232-43-71.
Янченко Виктор Степанович, к.т.н., доцент БГИТА, тел. (4832) 58-82-62.
Яшутин Андрей Григорьевич, студент спец. «Динамика и прочность машин» БГТУ, тел.: (4832) 56-08-10.
176
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Abstracts
Bishutin S.G., Shupikov I.L. The stand for research functionality trimming «of the carrying round beam – the polyurethane roller» friction lifts. The construction is presented, the
functioning principle is described, the main technical characteristics are represented of the test
bench, and also techniques for the control of performances functionality trimming «of the carrying round beam - the polyurethane roller» friction lifts.
Key words: bench test; functionality friction pair; the carrying beam; the polyurethane roller; the
friction lifts.
Shec S.P. The cuff wear rate in tribocoupling exponent «shaft seal». There are pacing factors
that exert the greatest influence on the cuff wear rate in tribocoupling exponent "shaft seal". It is
presented thermodynamic entropic model, that evaluate the cuff wear rate in metallizingpolymeric tribocoupling.
Key words: intensity of wear process, capacity of friction, shaft, condensation.
Chepchurov M. С., Hurtasenko A. В., Maslova I. В. The automated control of a deflection
of the case of the cutting tool over turning processing. In article the quality monitoring of a
deflection case of a cutter is described at turning rocessing with use of a subsystem of the automated control of vibrations and impact. Theoretical bases of a quality monitoring are resulted
and the description of the equipment for its realization is given.
Key words: сutter, deflection, the control, vibration, accelerometer, a handheld computer, the
automated subsystem.
Duyun T. A. Modeling thermal deformation to ensure the accuracy of mechanical handling. The article presents a methodology for modeling the thermal deformations of workpiece
in the machining of the example of turning a copper contact surface of the collector motor DC.
For the simulation using finite element method. The method can be used to optimize the technological parameters of processing to ensure the required accuracy.
Key words: simulation, thermal deformation, turning, the collector, the electric motor.
Miroshnikov V.V., Levkina E.V. Quality management system, based of introduction of critical control points. Principles and method of construction of quality management system on the
basis of introduction of critical control points in the most important technological processes of
production are considered.
Key words: quality management system, critical control points, quality of products.
Zernin M.V., Mefyod E.V., Yashutin A.G., Grishanov A.V. Realization of the technique of
calculated estimation of durability of slider bearing by the system of criteria of damage of
friction surfaces. In the article illustrated the first results of realization of scheme of calculation
of durability of slider bearing by system of criteria of damage of surfaces from cycle volumetric
stress and various kinds of wear. Acceptable accuracy of calculations is shown by the example of
the tested samples of slider bearings.
Key words : slider bearing, cycle volumetric stress, various kinds of wear, criteria of damage,
calculation of durability.
Mikhalchenko G.С, Antokhin A.В. Estimation of dynamical performances of high-speed
electric locomotive with different designs of traction drive. Results of computer simulation of
dynamics of high-speed electric locomotive with three two-axle bogies are considered.
Key words: traction drive, computer simulation, high-speed electric locomotive, dynamical performances.
Aksyutenkov V.T., Titenok A.V., Timakov A.K.. Reciprocal motion bearings with the highest kinematic pairs. The possibility of creating of reciprocal motion bearings with the highest
kinematic pairs is considered.
Key words: bearing, kinematic pairs, reciprocal motion.
177
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Reutov A.A. Formalization of selection conception for technical object design. The facet
method classification of design conceptions is considered. The formal method of conception selection by comparison descriptions of technical requirements and filtered set of conceptions is
suggested.
Key words: design, conception, classification, technical requirements.
Moiseenko M. A., Sacalo V. I. Simulation of the temperature fields of the disk brake details. Using the direct mathematical simulation the method of definition the temperature and
stress fields arising during braking process in the details of a disk brake of a high-speed carriage
is worked out on the base of the equation of nonsteady thermal conductivity in the moving medium.
Key words: nonstady temperature field, disk brake, braking, direct methmatical simulation.
Korytov M.S. Construction technique equidistant surfaces in a path searching problem of
moving a truck crane cargo. The construction technique equidistant surfaces round any real
surface of obstacles set on a two-dimensional discrete grid with any step is described. The technique is intended for use in algorithms of search of the shortest path of moving cargo in systems
of automatic control of truck crane.
Key words: truck crane, equidistant surfaces, obstacles, the shortest trajectory, path searching.
Lustenkov M.E. Pr ojection of planetar y ball tr ansmissions with var ious pr ofiles of r acetr acks. In
paper the construction and principles of operation of planetary ball transmissions are observed. The equations presenting profiles of racetracks of various types are resulted and their comparative analysis whenever possible realisation of cogging with a fixed reduction ratio and on efficiency is carried out.
Key wor ds: the planet gear, a ball, racetracks, efficiency.
Malinkovich M.D. One of the methods of decrease loads in the gear mesh. The method of
decrease the coefficient of transfer forces in gear mesh due to decrease cruelty of gears by division their surfaces on a parts are considered.
Keyword: gear mesh, coefficient of transfer forces, cruelty of gears.
Potapov L.A., Maklakov V.P. Method of the measurement of the angular acceleration with
procedure transformation the digital signal of the frequency photosensor. Considered the
method of the measurement of the angular acceleration with connected the frequency
photosensor to PC port. Considered the algorithms of calibration photosensor, digital filtering
and differentiation. A results of experiment is analyzed.
Key words: Measurement of the angular acceleration, measurement of the moment of rotation,
procedure transformation the digital signal, frequency photosensor, connected to PC.
Fokin Y.I., Yanchencko V.S., Zhuravlev V.V. The problem of selection of primary fuel for
carrier fuel cells. Possibilities of use of the basic fuel sorts for carrier fuel cells are analised.
Primary fuel reforming variants for hydrogen getting are compared.Unreacted during reforming
process gas removal hardship is underlined.
Key words : fuel cell, fuel, reforming, conversion, catalyst;\, pyrolysis.
Gogolev I.G., Drokonov A.M., Nikolaeva T.A. The effect of technological and operational
factors on changes in the design geometry of turbo machinery and characteristics of their
stages. The paper gives the results of studying the effect of changes in the geometry of channels
of nozzle and operational grates of turbines on their reliability and economical efficiency.
Key words: rotor; stage; adjournment of salts; reactivity; axial effort; turbo machinery; technological factors; operational factors; characteristics of stages.
Obozov A.A. Application of math simulation method for diesel engine operation process
as the means for algorithmization technical diagnostics system. An application the simulation method for the purpose of identification relations between marine diesel engine (DE)
structural and diagnostic parameters is considered. The influence of ignition chamber leaktightness on cylinder air compression process during rotating DE crank shaft by rotating device
is determined. The diagnostic algorithm for estimation the DE cylinder leak-tightness based on
obtained data is built.
178
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Key words : marine low-speed diesel engine, technical diagnosis, processes mathematic simulation.
Izrailev V.Y., Podvesovskiy A.G., Sivakov Y.I. Computer-based system for implementing
of informatics competitions. A structure of the software system, which provides a computer
support for implementing of online informatics competitions, is presented. The user interface
of the system is described, and the features of the implemented approaches for the problemsolving results testing are examined.
Key words: informatics; competition; software system; testing; processor time.
Bogushevsy A.E., Lozbinev F.Y. The specialized programme complex «information and
programme resources of organs executive authorities an Bryansk area». The questions of
automation of management by development of information’s and programme resources of organs
of the executive authority of Bryansk region are considered. The specialized programme complex is described.
Key words: information resources, managerial system database, software.
Simkin N.V. Multiplexed bus of embedded graphics system based on Virtex-II Pro FPGA.
Original research and development of architecture of multiplexed bus working in conjunction
with Processor Local Bus of PowerPC405 CPU embedded in Virtex-II Pro FPGA are described
by the author of the article
Key words: architecture, embedded processor, multiplexed bus, a graphical system PowerPC,
Virtex-II Pro.
Averchenkov V. I., Kozhuhar V. M., Sazonova A.S. The estimation of scientific potential of
region. There are considered problems of an estimation of regional scientific potential, also it
executed the estimation and ranging of Central Federal District areas of the Russian Federation
on significance of scientific potential.
Key words: scientific potential, indicators of scientific potential, weight factors, estimation
methods, the Delphi method.
Laricheva E.A. Development of innovative culture of the enterprise. The innovative culture
of enterprise is considered. The factors influencing on the culture are allocated. The block
diagramme of process of formation of innovation culture is resulted.
Key words: innovative culture, corporative culture, conservative culture, index of innovative
culture.
Obozov R.A. Establishment of the risk management system on domestic enterprises. The
organisation of risk menegment servise on industrial enterprise is described. Specifications of the
enterprises for which it is necessary to establish the integrated system of risk management are
given. Main principles of renking of the risks and construction of the cards of risks on the basis
of obtained data are shown. Basic instruments of the risk management are revealed, such as deviation, retention and diversification. Recomendations for the estimation of the effectiveness of
the system of risk management are given.
Key words: risk management, probability, decision-making process.
Popkov V.I. The sustainable development as a paradigm of preservation of a civilization.
The reasons of ecological crisis and other global problems of mankind are considered. The sustainable development concept as unique possibility of preservation of civilization is analysed.
Key words: anthropogenous influence, biosphere, coevolution, a noosphere, a sustainable development, a civilization, ecological crisis.
Lobeeva V.M. The essence and the main stages of the genesis of russian liberalism. The period of formation. The author analyses the essence, the main forms, the content and the genesis
of Russian liberalism. The period of its formation (the end of the 18th century – the first half of
the 19th century), represented bu the educational liberalism, the liberal ideas of the moderate
frend of Decembrism and the constitutional-reformational liberalism of state bureaucracy is considered in detail.
Key words: liberalism, genesis, educational liberalism, liberalism of the Decembrists, constitutional-reformational liberalism of state bureaucracy.
179
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. № 2(22)
Popkova N.V. Biological human transformation: technical factor. The purpose of the paper
is to present philosophical analysis of human mind and body modern transformations. It contains
review of modern conceptions to changes of human consciousness, health, physiology, behavior.
The main question studied in the paper is following: to what extent the technical progress effects
on the man. The present-day situation is characterized by growing ecological instability, which
has significant effect on human ecology and produced changes in its body and mind. It may be
stated that human health depends sensitively on technological level.
Key words: ecological problem, technical progress, technosphere, biotechnologies, human transformation.
Dergacheva E.A. Technogenesis and its charachteristics. The article is dedicated to the analysis of interpretation of words «techogenic», «technogenesis», «technogenic society»,
«technogenic world», «technogenic transformations», «technogenic economics». Society,
technosphere and biosphere form the specialties of the technogenesis.
Key words: тechogenic, technogenesis, technogenic (industrial and post-industrial) society,
technogenic world, technogenic transformations, technogenic economics.
180
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Александр Валерьевич Лагерев
( к 50-летию со дня рождения)
Исполнилось 50 лет ректору Брянского государственного технического университета, известному учёному, доктору технических наук, профессору, заведующему кафедрой «Подъёмно-транспортные машины и оборудование», главному редактору научно-технического
журнала «Вестник БГТУ» Лагереву Александру Валерьевичу.
Уже в студенческие годы проявились у А.В. Лагерева глубокий интерес к науке, незаурядные способности и огромное трудолюбие. Окончив с отличием в 1982
г. БИТМ по специальности «Динамика и прочность машин», он остаётся работать в институте в должности
инженера НИСа кафедры «ПТМиО».
В 1983 г. поступает в аспирантуру Ленинградского
политехнического университета, а в 1986 г. успешно защищает кандидатскую диссертацию и получает учёную
степень кандидата технических наук.
В течение последующих лет занимается научно-педагогической деятельностью в
должности ассистента (1986-89), а затем доцента (1989-91) кафедры «Подъёмнотранспортные машины и оборудование».
С 1991 г. А.В. Лагерев находился в докторантуре Санкт-Петербургского государственного технического университета. Успешно защитив докторскую диссертацию, он работает в должности профессора кафедры «ПТМиО», которую возглавил в 1996 г. В это
же время А.В. Лагерев был избран учёным секретарём учёного совета университета. В начале 2002 г. назначен на должность проректора по социально-экономической работе.
Высокие организаторские способности, профессионализм, трудолюбие, необычайная собранность, стремление превзойти себя вчерашнего – именно эти черты являются его отличительной особенностью.
В 2002 г. Александр Валерьевич Лагерев возглавил Брянский государственный технический университет, ставший под его руководством крупнейшим учебным и научноинновационным комплексом, реализующим широкий спектр общеобразовательных программ среднего, высшего и дополнительного профессионального образования в сочетании
с широким спектром фундаментальных и прикладных научных исследований и инновационных разработок с целью развития экономики Российской Федерации и подготовки специалистов, способных к эффективной работе на уровне современных требований, постоянному профессиональному и культурному росту, социальной и профессиональной мобильности.
А.В. Лагерев – учёный широкого диапазона. В круг его научных интересов входят
проблемы исследования и создания единой статистической теории эрозии турбин; вероятностного прогнозирования надёжности и износостойкости влажнопаровых турбин; проектирования котельного оборудования малой мощности; изучения массопереноса и сепарации влаги и твёрдых частиц из потоков влажного пара; разработки автоматизированных
систем диагностики и мониторинга паровых турбин и технического состояния подкрановых путей, крановых строительных конструкций, грузоподъёмных кранов.
Идеи А.В. Лагерева находят своё воплощение и развитие в кандидатских диссертациях аспирантов, научных публикациях. Широту научных интересов А.В. Лагерева наглядно отражает тематика монографий и учебных пособий: «Вероятностная теория меха181
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нической эрозии», «Исследования и расчёты водосбросов с боковым сливом», «Проектирование объёмного насосного гидропривода подъёмно-транспортных машин и оборудования», «Система менеджмента качества», «Капиллярный цветной контроль поверхностных
дефектов деталей ПТМ и промышленных роботов» и др. Им опубликовано более 160 научных трудов и учебно-методических разработок. А.В. Лагерев возглавляет совет по защите кандидатских и докторских диссертаций по специальности 05.05.04 – «Дорожные,
строительные и подъёмно-транспортные машины».
Александр Валерьевич на протяжении всей своей творческой жизни ведёт постоянную научно-организационную деятельность. Он является действительным членом Академии промышленной экологии, председателем Совета ректоров высших учебных заведений
Брянской области.
А.В. Лагерев активно работает в области международного сотрудничества. При его участии создана Международная ассоциация вузов приграничных областей Беларуси и России, объединяющая более 30 высших учебных заведений. При его поддержке действует
программа целевой международной подготовки выпускников российских вузов в США,
которая осуществляется совместно с американским фондом «Новые горизонты», а также
заключён договор о сотрудничестве между БГТУ и Мидлсекским общественным колледжем (США).
Крупный учёный, опытный педагог, талантливый руководитель, человек высокой
культуры и удивительной душевной щедрости, Александр Валерьевич воплощает в себе
лучшие черты российской интеллигенции: бескорыстие, совестливость, подвижничество.
Общение с ним обогащает: находясь в постоянном творческом поиске, он всегда щедро
делится своими идеями, помогает становлению и росту молодых учёных. Благодаря своему большому таланту, высокой порядочности Александр Валерьевич пользуется заслуженным авторитетом и уважением среди тех, кто его знает.
По результатам работы в университете А.В. Лагерев неоднократно награждался почётными знаками, грамотами Минвуза РФ, губернатора Брянской области и Брянской областной думы. В 2004 г. он награждён нагрудным знаком «Почётный работник высшего
профессионального образования РФ». В 2005 г. Указом Президента РФ награждён медалью ордена «За заслуги перед Отечеством » II степени.
Свой юбилей Александр Валерьевич Лагерев встречает новыми интересными творческими замыслами. Коллектив кафедры «ПТМиО» желает ему здоровья, счастья, отличного настроения, благополучия, успехов во всех направлениях его многогранной деятельности.
182
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Поздравляем с юбилеем!
28 мая 2009 г. доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой « Промышленная
электроника и электротехника»
Л. А. Потапов отмечает свой
70- летний юбилей.
Леонид Алексеевич является умелым организатором, высококвалифицированным специалистом
с широким научным и культурным
кругозором, успешно сочетающим
научно-исследовательскую и педагогическую работу. Ему принадлежат многочисленные работы в области конструирования и испытания электродвигателей, опубликованные в ведущих журналах по
электротехнике: «Измерение вращающих моментов и скоростей вращения микроэлектродвигателей», «Испытания микроэлектродвигателей в переходных режимах», «Сравнение механических характеристик устройств с
полыми немагнитными роторами», «Математические модели электромеханических устройств с
полыми немагнитными роторами », «Применение магнитного числа Рейнольдса для анализа
механических характеристик нагрузочно-измерительных устройств». Леонид Алексеевич
разрабатывает современные методы программирования и моделирования электротехнических устройств и цепей. Широко известны его учебные пособия: «Сборник задач по ТОЭ»,
«Краткий курс теоретических основ электротехники», «Основы микроэлектроники». По его
лекциям и учебным пособиям учились многие поколения студентов.
Характерной чертой научной деятельности Л.А.Потапова является поиск новых актуальных, но мало изученных проблем, к решению которых он привлекает аспирантов и студентов. Среди его учеников есть кандидаты наук.
Леонид Алексеевич Потапов родился 28 мая 1939 г. в п. Сельцо Брянской области, в
семье служащих. В 1956 г. закончил Сельцовскую среднюю школу и поступил в Брянский
институт транспортного машиностроения на специальность «Технология машиностроения».
После окончания института с 1968 г. работал в Государственном научноисследовательском электротехническом институте (г. Воронеж) инженером, старшим инженером, руководителем группы, начальником лаборатории.
С 1968 по 1970 г. служил в рядах Советской армии в должности заместителя командира роты по технической части. После службы в армии продолжил работу в НИИ электромеханики в должности начальника сектора.
После окончания заочной аспирантуры и защиты диссертации Л.А. Потапову в 1970 г.
была присуждена ученая степень кандидата технических наук.
1 сентября 1971 г. он перешел на работу в Брянский институт транспортного машиностроения в должности доцента кафедры «Энергетика».
1 сентября 1972 г. был избран по конкурсу на должность заведующего кафедрой
«Энергетика» и ответственного за специальность «Городской электрический транспорт».
Под руководством Л.А. Потапова были созданы новые лаборатории, организовано курсовое
и дипломное проектирование, сделаны два первых выпуска инженеров-механиков по специальности «Городской электрический транспорт».
185
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В 1989 г. Леонид Алексеевич защитил докторскую диссертацию, а в 1991 г. был утвержден в звании профессора. В 1993 г. Л.А. Потапов избран членом-корреспондентом Академии электротехнических наук.
Практически все время работы в институте Леонид Алексеевич возглавляет кафедру
«Энергетика», позднее переименованную в кафедру «Промышленная электроника и электротехника».
В 2005 г. Л.А. Потапов за многолетнюю плодотворную работу по развитию и совершенствованию учебного процесса, активную деятельность в области научных исследований
награжден нагрудным знаком «Почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации».
Преподаватели и сотрудники кафедры «Промышленная электроника и электротехника» желают Леониду Алексеевичу крепкого здоровья и творческого долголетия.
Коллектив кафедры «Промышленная электроника
и электротехника»
186
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В.И.Попкову – 70 лет!
Коллектив Брянского государственного технического университета поздравляет
первого проректора по учебной работе, заслуженного работника высшей школы Российской Федерации, почетного гражданина г. Брянска, профессора Владимира Ивановича
Попкова с юбилеем!
Владимир Иванович Попков родился 21
июня 1939 г. в Москве, а среднюю школу – с
золотой медалью – он окончил в Брянске. Поступив в Московский инженерно-физический
институт, молодой студент уходит в Советскую
армию – в то время учеба в вузе не была поводом для отсрочки от военной службы. По сложившимся после службы обстоятельствам молодой человек переводится в Брянский институт
транспортного машиностроения и получает по
окончании его диплом с отличием. Два года наш
выпускник работает на кафедре «Общая физика» ассистентом. Далее - поступление в аспирантуру Ленинградского политехнического института и успешная защита. В 1974 г. Владимир
Иванович возвращается в Брянск, но уже в новом качестве. С тех пор его судьба неразрывно связана с нашим институтом: старший
преподаватель, доцент кафедры «Турбиностроение», а затем профессор кафедры «Общая
физика». С 1981 г. по сей день Владимир Иванович заведует кафедрой «Общая физика».
С 1987 г. он выполняет обязанности проректора по учебной работе Брянского института
транспортного машиностроения, с 2002 г. – первого проректора по учебной работе Брянского государственного технического университета.
Под руководством В. И. Попкова и при его участии выполнялись научно- исследовательские работы по межвузовским и региональным научно-исследовательским программам, координационным планам Академии наук СССР, грантам и хозяйственным договорам. Результаты этих работ нашли применение на предприятиях городов Брянска, Калуги, Санкт-Петербурга, Екатеринбурга, а по результатам исследований, в которых принимал участие Владимир Иванович, опубликовано около 200 научных и методических работ, в том числе 9 монографий, 3 изобретения, 1 учебник, 16 учебных пособий. С 1996 г.
В. И. Попков – член-корреспондент Российской академии естественных наук, проходил
научные стажировки в Чехословакии, Германии, Голландии, читал лекции в университетах Германии и Чехословакии.
Владимир Иванович принимает активное участие в общественной работе: он член
Совета ректоров Брянской области, член Межведомственной комиссии по вопросам
профориентации и психологической поддержки населения при администрации Брянской
области, член комиссии Федеральной службы по надзору в сфере образования и науки за
соблюдением вузами лицензионных требований, член редколлегии научно-технического
журнала «Вестник БГТУ», заместитель председателя либо член Комитета международных
научно-практических конференций в Брянске.
На сегодняшний день В. И. Попков – обладатель большого числа наград, среди которых ордена Дружбы и «За пользу Отечеству», медаль «Ветеран труда», знак «За отличные успехи в работе», почетные грамоты Минобразования России, две медали ВДНХ,
184
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
медаль «Автору научного открытия». В 1996 г. Владимиру Ивановичу присвоены звания
«Заслуженный работник высшей школы Российской Федерации» и «Почетный работник
газовой промышленности», в 2005 г. - звание «Почетный гражданин города Брянска».
Желаем Вам, Владимир Иванович, доброго здоровья, отличного настроения, дальнейших успехов в преподавательской, научной и общественной деятельности, благополучия, удачи и исполнения всего Вами задуманного! Мы благодарны Вам за Вашу отзывчивость, готовность всегда прийти на помощь, за ту гармонию, которую Вы вносите в отношения в нашем большом коллективе. С днем рождения!
184
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа