756

Т.К. Тюнюкова

ТюнюковаТатьянаКонстантиновнародиласьв1983г.,окончи-

лафакультет«Промышленноеигражданскоестроительство»СГУПСа в 2005 г. Кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология транспортногомашиностроенияиэксплуатациямашин»СГУПСа.

Областьнаучныхинтересов—технологиииоборудованиемехани- ческойифизико-техническойобработки.Опубликованоболее15науч- ныхработ.

Е-mail:tatiabest@mail.ru

УДК 621.9.011

Т.К. ТЮНЮКОВА

ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ СЛОИСТЫХ ДЕТАЛЕЙ РЕЗАНИЕМ

Рассмотрена методика количественной оценки обрабатываемости резанием тонколистовых многослойных панелей, составленных из металлических и неметаллических материалов с различными физико-механическими свойствами. Введено понятие коэффициента обрабатываемости.

Ключевые слова: обрабатываемость резанием, слоистые детали, физико-меха- нические свойства материалов.

В различных отраслях народного хозяйства применяются слоистые детали, представляющие собой незамкнутыеоболочки с плавными пологими или плоскими поверхностями. Собранные из разнородных элементов слоистые детали используются в качественесущих плоскостей конструкций и могут выполнять роль защитыот воздействияхимическиагрессивныхсред,тепловых,электрическихидругихвоздействийили сочетать в себе комбинацию этих свойств. Соединение определенным образом подобранныхконструкционныхматериаловпозволяетсоздаватькомпозиты,механические характеристики которых не могут быть получены при использовании однородных материалов.

Изготовление и сборка слоистых деталей предусматривает необходимость выполнениярядатехнологическихопераций,коднойизкоторыхотноситсяобразованиевних отверстий для установки болтовых, заклепочных или других соединений. Однако обработка отверстий сверлением в ряде случаев оказывается невозможной, так как слоистые детали могут изготавливаться из разнородных материалов, в том числе и неметаллических, поэтому режимы резания и существующая оснастка, предназначенные для одного из материалов, могут оказаться неприемлемыми для других.

Для оценки способности того или иного материала воспринимать обработку резанием используется термин «обрабатываемость резанием».

Обрабатываемостьявляетсякомплексной,многостороннейхарактеристикойобрабатываемогоматериала,представляющейсобойфункциюфизических,механическихи других свойств.

При кажущейся очевидности определения «хорошо обрабатываемый»или, наоборот,«плохообрабатываемый»материал,обрабатываемостьявляетсядовольносложной и совершенно неоднозначной его характеристикой. Под хорошей обрабатываемостью можнопониматьнизкийуровеньсилрезания,егомалоеизнашивающеевоздействиена режущий инструмент, а в некоторых случаях и его способность образовывать хорошо завивающуюся и ломающуюся стружку. Все зависит от того, какая именно из числа

191

ВестникСГУПСа.Выпуск28

названных илииных особенностейобработки являетсянаиболееважной применительнокконкретномутехнологическомупроцессуизготовлениядеталиизданногоматериала.

В общем случае обрабатываемость материалов определяется комплексом физикомеханических свойств — твердостью, вязкостью, прочностью, а также конструкцией режущего инструмента, обуславливающей необходимую производительность и качество обработанной поверхности.

Одной из важнейших характеристик в рассматриваемом случае может служить предел прочности материала при растяжении в. В табл. 1 приведены механические характеристикинекоторыхметаллов.

Таблица 1

Предел прочности металлических материалов в

Как видно из приведенной таблицы, предел прочности металлических материалов может отличаться почти на порядок. Аналогичный разброс механических свойств наблюдается и у неметаллических материалов. В табл. 2 приведены механические характеристикиэлектроизоляционныхматериалов,широкоиспользуемыхвэнергетике.

Таблица 2

Предел прочности электроизоляционных материалов в

Другой характеристикой механических свойств материалов является их способность пластически деформироваться. Один и тот же материал в зависимости от типа напряженногосостояния,скоростинагруженияитемпературыможетнаходитьсякакв хрупком, так и пластическом состоянии.

Для металлических материалов одним из показателей хрупкости может служить величина относительного удлинения , %. Но для большинства неметаллических материаловданныйпоказательвлитературныхисточникахнеприводится.Вместестем обработка этих материалов, собранных в пакет, выполняется одним и тем же инструментом и при одинаковых скоростях резания.

Поэтомунеобходимо выбрать такой показатель, спомощью которого можно было бы оценить хрупкость любого из рассматриваемых материалов.

В табл. 3 приведен перечень некоторых материалов в порядке их уменьшающейся пластичности.

Таблица 3

Примерное подразделение некоторых материалов на хрупкие и пластичные

192

Т.К. Тюнюкова

Анализируя приведенные таблицы, можно видеть, что нет прямой зависимости междупрочностьюипластичностью.Тогдасточкизренияобрабатываемостислоистых деталей резанием необходимо учитывать оба эти свойства.

При таком разнообразии физико-механических свойств материалов обеспечить комплексныйподходкпроблемеобрабатываемости можно,используяметодыэкспертных оценок. Эксперты в рамках поставленной задачи могут оценить относительную весомостьотдельныхпоказателейобрабатываемостисравниваемыхматериаловипредставить их в баллах.

Теперьвозникаетзадачаопределенияинтегральногопоказателяобрабатываемости сравниваемых материалов,который можнообозначить, каккоэффициент обрабатываемостирезанием[1].Дляэтогоможновоспользоватьсябезразмернойшкалойжелательности, которая устанавливает соответствие междуфизическими значениями показателей и предпочтениями эксперта.

ФункцияжелательностиК(f)связываетнатуральныезначенияпределовпрочности и показателей пластичности с оценками предпочтительности:

K=exp[–exp(–Z)], (1)

где K — оптимальный показатель обрабатываемости; Z = ±3,0.

Учет мнения эксперта позволяет выделить на шкале желательности области, где обрабатываемость считается хорошей, удовлетворительной и плохой. Переход от частныхжелательностейK1 иК2 кобобщенномукоэффициентуобрабатываемостиматериалаКом осуществляетсячерезсреднеегеометрическое:

Двапоказателямеханическихсвойствужепозволяютподразделитьлистовыематериалы на три группы, приведенные в табл. 4.

Таблица 4

Коэффициент обрабатываемости листовых материалов

В целях учета других свойств материалов, например, относительного удлинения, твердости,толщинылиста,процентасодержанияуглеродаит.д.,аналогичнымобразом могут быть построены и другие шкалы частных желательностей.

После определения коэффициента обрабатываемости резанием каждого элемента слоистой детали по (2)можетбыть найден обобщенный показатель ееобрабатываемости Код. При Код < 0,4 следует переходить от сверления отверстий к их пробивке с использованием кумулятивных пробойников [2].

Библиографический список

1.ТюнюковаТ.К.Моделированиетехнологическихпроцессовобработкислоистыхдеталей//Вестник Кузбасскогогосударственноготехническогоуниверситета.2006.Вып.6.С.95–97.

2.ТюнюковаТ.К.Технологияпробивкиотверстийвпанелях«сэндвич»//Материалы62-йнауч.-техн.

конф.,посвященной75-летиюНГАСУ.Новосибирск:Изд-воНГАСУ,2005.С.105–106.

193

ВестникСГУПСа.Выпуск28

T.K. Tyunyukova. Cutability of Layered Details.

Thequantitativeassessmentofthincompositepanelcutabilityisdescribed.Thepanelsconsist ofmetallicandnonmetallicmaterialswithvariousphysical-mechanicalproperties.Intheworktheterm workabilitycoefficientisintroducedbymeansofwhichthetechnologicalprocessofportingin assembledpanelsstarts.

Keywords:cutability,layereddetails,physical-mechanicalpropertiesofmaterials.

194

В.Д. Дудышев, Р.Н. Шматков, П.А. Патрин

ДудышевВалерийДмитриевичродился5июля1948г.вг.Куйбыше-

ве(ныне—Самара).Доктортехническихнаук.В1998г.избранакадеми- комРоссийскойэкологическойакадемии(СамарскойфилиалРЭА);2004г. — за важные экологические разработки в области автотранспорта избран академиком Российскойакадемиимедико-технических наук(Самарский филиал РАМТН). С 2008 г. занимается научной, изобретательской, консультационнойиобщественнойработой.

Научные интересы — улучшениеэкологической ситуациив мире.

Е-mail:Dudishevl@yandex.ru

ШматковРусланНиколаевичродился29апреля1976г.вНовосибир- ске.Кандидатфизико-математическихнаук.В2000г.награжденмедалью МинистерстваобразованияРФ«Залучшуюнаучнуюстуденческуюработу»;внастоящеевремядоценткафедры«Экономическаятеорияиантикри- зисноеуправление»СГУПСа;2011г.—ПрезидиумомРоссийскойакаде- мииестествознанияприсвоенопочетноезвание«Заслуженныйработник образованияинауки».

Научныеинтересы—инновационныетехнологиинатранспорте,инно- вационныеобразовательныетехнологии,устойчивоеразвитиеобществав условияхглобализации.

Е-mail:srn-travel@mail.ru

ПатринПавелАлександровичродился3января1992г.вНовосибир-

ске, студент Сибирского государственного университета путей сообщения,факультет«Мироваяэкономикаиправо»,специальность«Финансыи кредит».

Научные интересы — улучшение экологической ситуации в мире, экономияресурсов,инновационныетехнологиинатранспорте.

Е-mail:pasha054@mail.ru

УДК 629.4.004.5

В.Д. ДУДЫШЕВ, Р.Н. ШМАТКОВ, П.А. ПАТРИН

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ КАК СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТРАСЛИ

Транспорт — техническая основа цивилизации. В статье рассматривается один из вариантов решения проблемы модернизации дизельного двигателя тепловоза — установка экономайзеров КБ «Нитрон».

Ключевые слова: экономическая эффективность, железнодорожный транспорт, инновационные технологии, экономия топлива.

Транспорт является одной из важнейших отраслей экономики. Он выполняет функцию своеобразной кровеносной системы в сложном организме огромной страны. Доля железнодорожных перевозок составляет более 70 % всего грузооборота и более 40 % пассажирооборота России. Такой объем связан с более низкими ценами по сравнению с авто- и авиаперевозками. Доля тепловозной тяги в России колеблется в среднем от 15 до 40 % в зависимости от региона.

195

ВестникСГУПСа.Выпуск28

Существующиедизельныедвигателисовременныхтепловозовдалеконесовершенны — они имеют следующие недостатки:

—КПД дизельного двигателя достаточно низкий — около 30 %, его работа малоэффективна, и большая часть топлива выбрасывается в атмосферу, не успевая сгорать в двигателе;

—выхлоп отработавших газов тепловозов сильно загрязняет окружающую среду, зачастуюпревышая ПДК.

Таким образом, следует осознавать, что созрела необходимость модернизации существующегодизельногодвигателятепловоза—электротягараспространенаещене на все 100 %, поэтому о тепловозной тяге не стоит забывать.

Один из возможных путей модернизации дизельного двигателя — это установка экономайзеров КБ «Нитрон». Принцип их действия основан на улучшении полноты сгорания топлива. Горение — это сложный физико-химический процесс взаимодействия горючего веществаи окислителя, сопровождающийся выделениемтеплаи излучением света. Экономайзеры КБ «Нитрон»работают отдельно над каждым элементом процессагорения—воздухомитопливом.Кислород,находящийсяввоздухе,является окислителем процесса горения, его доработкой занимается озонатор воздуха. Как известно, озонированный воздух поддерживает горение лучше, чем просто воздух. Озонатор-ионизатор КБ «Нитрон» вырабатывает озон из кислорода, содержащегося в атмосферномвоздухе.Принципозонированиянапродуктахмодели«Корона»—подача коронного электрического разряда. Процесс озонирования показан на рис. 1.

Рис. 1. Схема устройства и работы озонатора-ионизатора КБ «Нитрон»с подачей высокого напряжения

Такимобразом,происходитактивациявоздухаполемвысокогонапряжения.Образуютсяодноатомныеилимногоатомныеэлектрическизаряженныечастицы— ионы,а ионы вступают в реакции с атомами, молекулами значительно легче, чем неактивированная молекула кислорода (т.е. без озонатора). Также при ионизации образуются свободные радикалы, частицы (как правило, неустойчивые), содержащие один или нескольконеспаренныхэлектронов.Наличиенеспаренногоэлектронаспособнозначительно усилить реакционную способность атомов и молекул топлива [1].

196

В.Д. Дудышев, Р.Н. Шматков, П.А. Патрин

Врезультатепроисходитболееполноценноесгораниетоплива,чтовлечетповышение КПД двигателя, снижение расхода топлива и уменьшение вредных выбросов в атмосферу.Озонатор-ионизаторустанавливаетсявразрезвоздушногопатрубкалюбого тепловогодвигателя,передтемкаквоздухпопадетвкамерысгорания,какэтопоказано на рис. 2. Из рис. 2 следует, что установка озонатора-ионизатора воздуха не требует вмешательствавдвигатель,оналишьзатрагиваетизменениевоздушногопотока,поступающего вкамеры сгорания.

Рис.2.Схемадизельногодвигателятепловоза.Стрелкауказываетнавозможноерасположение озонатора-ионизаторавоздуха

В любом топливе под воздействием температуры, давления, смол, масел происходит формирование уплотненных групп углеводородных молекул, и до 60 % из них, не успеваясгорать,выбрасываютсясвыхлопом.Топливо,подаваемоевкамерысгорания, неструктурированное, значит, и выделяемое тепло при его сгорании далеко не максимальное[2].

РазработанныйвКБ«Нитрон»магнитоэлектрическийактиватортопливаспособен полностьюрешитьвышеописаннуюпроблему—сегопомощьюпроисходитрасщепле- ниегруппмолекул топливаи их упорядочивание. Схемаего работыпоказананарис. 3.

Рис.3.СхемаустройстваиработымагнитоэлектрическогоактиваторатопливаКБ«Нитрон»

197

ВестникСГУПСа.Выпуск28

Под воздействием сильных электромагнитных полей в активаторе топлива сложные молекулы топлива изменяют свою структуру и свойства: частично дробятся и частично ионизируются. В то же самое время молекулы углеводорода изменяют свою конфигурацию,вследствиеэтогосиласвязимеждумолекуламитопливаиихповерхностное натяжение в кластерах топлива существенно уменьшается. Электроактиватор топливаускоряетпроцессдроблениякластеровтопливаиэффективноразделяетдлинные и сложные частицы топлива на более мелкие фракции, повышая его внутреннюю энергию, и равномерно распределяет их в потоке таким образом, чтобы горение топлива в ДВС происходило более эффективно [3, 4].

Как видно из рис. 4, установка магнитоэлектрического активатора топлива на дизельном двигателе тепловоза возможна в разрезе топливного шланга перед топливнымифорсунками.Дизельныйдвигательтепловозапотребляетнесколькотоннтоплива в сутки в режиме маневровой работы, грузовой или пассажирской тяги. На двигатель приходятся большие нагрузки, поэтому машинисты повышают подачу топлива для получения необходимой отдачи.

Рис.4.Схематопливнойсистемытепловоза

СуммарныйэффектэкономиитопливаотпримененияэкономайзеровКБ«Нитрон» надизельныхтепловозах—порядка20%.Например,еслипредположить,чтонаодном изотделенийжелезнойдорогизагоднадизельноетопливобылопотрачено1,5млрд р., то экономия могла бы составить порядка 300 млн р. при условии установки экономайзеров КБ «Нитрон»на все тепловозы этой дороги. Сила тяги увеличится на 10–15 % за счетповышенияКПДдвигателя—сгорающиевоздухитопливобудутотдаватьбольше работы напоршень.Стоит отметить, что результат во многомзависит от технического состояния тепловоза, качества топлива, погодных условий. Вследствие установки экономайзеровтоксичностьвыхлоповтепловозаснижаетсяв5–10разблагодаряболее полноценному сгоранию топлива.

Широкое внедрение экономайзеров КБ «Нитрон»позволит решить комплекс проблем на дизельных тепловозах, которые накапливались десятилетиями, — высокий расход топлива, токсичность выхлопов, недостаточная тяга и т.д. Существующие тепловые двигатели далеко не идеальны — они требуют больших топливозатрат,

198

В.Д. Дудышев, Р.Н. Шматков, П.А. Патрин

обладают низкой эффективностью работы (КПД) и высокой токсичностью выхлопов. Модернизациятепловыхдвигателейстановитсявсеактуальнейвсвязисростомспроса на них. Доработка дизельных двигателей приведет к снижению себестоимости производимойработы(перевозкагрузаилипассажиров,выработкаэлектроэнергииитепла), увеличению мощности теплового двигателя и снижению выбросов в атмосферу.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что внедрение указанного выше инновационного оборудования (экономайзеров КБ «Нитрон») на железнодорожном транспортепозволит существеннымобразом повысить экономический эффект, достигаемыйвданнойотрасли,чтобудетспособствоватьустойчивомуразвитиюотечественной экономики.

Библиографический список

1.ДудышевВ.Д.Гибридныйвихревойозонаторвоздуха«Корона-2»дляэкономиитопливавлюбом моторе [Электронный ресурс]. URL: new-energy21.ru/ustroystva-ekonomii-benzina/gibridnyiy-vihrevoy- ozonator-vozduha-korona-2-dlya-ekonomii-topliva-v-lyubom-motore.html(датаобращения:29.09.2012).

2.Орлин А.С., Круглова М.Г. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированныхдвигателей.4-еизд.,перераб.идоп.М.:Машиностроение,1990.289с.

3.ДудышевВ.Д.Электроактиватортоплива—активаторДудышева[Электронныйресурс].URL:new- energy21.ru/ustroystva-ekonomii-benzina/elektroaktivator-topliva-aktivator-dudyisheva.html (дата обращения:29.09.2012).

4.ДудышевВ.Д.Радикальноетопливосбережениенаавтотранспортеитеплоэнергетике[Электронный ресурс].URL:new-energy21.ru/ustroystva-ekonomii-benzina/radikalnoe-toplivosberezhenie-na-avtotransporte-

i-v-teploenergetike.html(датаобращения:08.10.2012).

V.D. Dudyshev, R.N. Shmatkov, P.A. Patrin. Energy Efficient Equipmentfor Railway

TransportasaWayofEconomicEfficiencyDevelopmentofRailwayIndustry.

Transport is the technical resource of the society. The article deswcribes of economizer installationKBNitron.Itisconsideredtobeoneofthewaystomodernizethediesellocomotive engine.

Keywords:economicefficiency,railwaytransport,innovativetechnologies,fueleconomy.

199

ВестникСГУПСа.Выпуск28

РАЗДЕЛ IV. ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ

Ким Игорь Леонидович — выпускник НИИЖТа 1991 г. Кандидат технических наук, доцент. Является автором более 20 научных и учебно-методическихработ.

Сферанаучныхинтересов—гидравликатрубопроводныхсистем. E-mail:kim120767@yandex.ru

Кунц Константин Леонтьевич — выпускник НИИЖТа 1974 г.,

кандидаттехническихнаук,доцент.Являетсяавторомболее80науч- ныхиучебно-методическихработ.Имеетодинпатент.С2006г.декан факультетаПГС.Почетныйработникжилищно-коммунальногохозяй- ства.

E-mail:pgs@stu.ru

УДК 628.179

И.Л. КИМ, К.Л. КУНЦ

СКОРОСТНОЙ АВАРИЙНЫЙ РЕМОНТ ДЕЙСТВУЮЩИХ ТРУБОПРОВОДОВ В УСЛОВИЯХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

В статье описана сущность оригинальной технологии аварийного ремонта подземных коммуникаций без разрытия траншеи, а также ее применение в сибирских условиях.

Ключевые слова: аварийность трубопроводов, ремонт трубопроводов, безвскрышные методы ремонта.

Жизнеобеспечение современных городов во многом зависит от нормальной работоспособности инженерных коммуникаций. Значительную часть городских коммуникаций составляют системы напорных трубопроводов водоснабжения и отопления. Сегодня протяженность трубопроводных сетей водопроводно-канализационного хозяйства в России составляет около 700 тыс. км, т.е. примерно 5 м на человека. И это только без систем разводки водоснабжения и теплоснабжения внутри домов, что составляет приблизительно такую же величину. Больше половины (51 %) сетей расположены в 19 регионах и 20 % — сосредоточены в столичных областях. Проблема поддержания трубопроводов в работоспособном состоянии особенно актуальна для областных центрови крупных мегаполисов.Например, МУП«Горводоканал»г. Новосибирскаежесуточноподаетвгород800тыс.м3 питьевойводы,отвечающейнормативным требованиям. Протяженность трубопроводов новосибирского водопровода составляет 1 477 км, из них более 200 км эксплуатируется более 50 лет, амортизация превысила 70 %.

200