Металлургические процессы и оборудование. 2014. №2(36)

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ международный научно-технический и производственный журнал

№2(36) ИЮНЬ 2014

Учредитель: Соучредитель и издатель:

ГВУЗ "Донецкий национальный технический университет" (Донецк, Украина) ООО "Технопарк ДонГТУ "УНИТЕХ" (Донецк, Украина)

Главный редактор С.П. Еронько (д.т.н., проф.)*

Редакционный совет: Е.А. Башков (д.т.н., проф.)* К.С. Богдан (д.т.н., с.н.с.)

В.И. Большаков (д.т.н., проф., академик НАН Украины)

С.М. Горбатюк (д.т.н., проф.) (Россия) Д.А. Дюдкин (д.т.н., проф.)*

В.И. Засельский (д.т.н., проф.) А.А. Ищенко (д.т.н., проф.)

Ю.В. Коновалов (д.т.н., проф.)* А.Л. Кузьминов (д.т.н., проф.) (Россия)

А.А. Минаев (д.т.н., проф., чл.-корр. НАН Украины)*

В.В. Пашинский (д.т.н., проф.)* А.Д. Рябцев (д.т.н., проф.)* В.Я. Седуш (д.т.н., проф.)* Ю.А. Скобцов (д.т.н., проф.)* А.Н. Смирнов (д.т.н., проф.)* Е.Н. Смирнов (д.т.н., проф.)* А.Л. Сотников (к.т.н., доц.)* С. Стопик (д.т.н.) (Германия) А.А. Троянский (д.т.н., проф.)*

В.И. Фарберов (к.э.н.) Ф.Л. Шевченко (д.т.н., проф.)* С.Л. Ярошевский (д.т.н., проф.)*

* - штатные сотрудники учредителя

Редакция: А.Л. Сотников (руководитель проекта),

А.В. Кузин, А.В. Рябухин

Адрес: 83001, Украина, Донецк, ул. Артема, 58

Телефоны: +380 (62) 348-50-56, (66) 029-44-30

Эл. почта: [email protected] Интернет: metal.donntu.edu.ua

Представительство в России: ООО "ТОиР Консалт"

121108, Россия, Москва, ул. Кастанаевская, д. 27, корп. 4 Телефон/факс: +7 (495) 775-85-02 Эл. почта: [email protected] Интернет: www.toir-consult.ru

"Металлургические процессы и оборудование"

2014. №2(36)

ISSN 1816-1200

Издается с мая 2005 г. Периодичность издания: 4 раза в год

Подписной индекс в каталогах: "Пресса Украины" – 98832

"Газеты. Журналы" (Агентство ОАО "Роспечать") – 21897

Свидетельство о государственной регистрации КВ 17521-6271ПР от 24.12.2010

Свидетельство о внесении издателя в Государственный реестр

субъектов издательской деятельности ДК 1017 от 21.08.2002

За содержание статей и их оригинальность несут ответственность

авторы. Мнение редакции может не совпадать с мнением авторов.

За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель.

Подписано к печати по рекомендации Ученого Совета ГВУЗ "Донецкий национальный технический университет" Протокол №3 от 21.03.2014

Формат 60×84 1/8. Заказ 0185. Тираж 1500 экз. Печать:

ООО "Норд Компьютер", 2014

© А.Л. Сотников, 2005-2013

СОДЕРЖАНИЕ Новости отрасли ..................................................................................................................... 3

ТЕХНОЛОГИИ И ПРОИЗВОДСТВО Богатырева Е.В., Ермилов А.Г. Оценка эффективности предварительной механоактивации перовскитового концентрата .................................................................................................. 5 Кухарь В.В., Василевский О.В., Грушко А.В. Технологическая реализация макросдвиговых деформаций при ковке поковок валов без усложнения конструкции инструмента ................................. 12 Малинов Л.С., Малинов В.Л. Износостойкие марганцовистые стали с метастабильным аустенитом и эффектом самозакалки при нагружении ............................................................................ 19 Павленко А.М., Усенко Б.О., Кошлак А.В. Анализ теплофизических процессов при формировании поверхностного слоя с аморфной структурой .......................................................................................................... 25

ОБОРУДОВАНИЕ Артюх В.Г., Грибков Э.П., Сорочан Е.Н. Долговечность привода кислородного конвертера .............................................................. 31 Богачев Д.В., Ершов Е.В., Варфоломеев И.А. Нейро-нечеткая модель управления процессом ускоренного охлаждения проката ......... 37 Кожевников А.В., Соловьева О.И. Разработка методики прогнозирования состояния сталеразливочного оборудования на основе нечеткого управления ................................. 43 Еронько С.П., Ткачев М.Ю., Сосонкин А.С., Дворников Е.П., Брахнов Г.П. Исследование на физической модели возможности использования принципа вентилятора Дайсона в системах газоотсоса металлургических агрегатов ..... 51

ВИБРАЦИЯ МАШИН: ИЗМЕРЕНИЕ, СНИЖЕНИЕ, ЗАЩИТА Нагорный В.М., Удовиченко Н.М., Тур А.Н. Мониторинг состояния режущего инструмента по звуку, сопровождающему процесс резания ..................................................................................... 60 Мулов Д.В. Оценка адекватности математической модели рабочего процесса ручной ударной машины с виброзащитной системой .......................................................... 67

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ОПЫТ Мисюра А.Н., Ляшенко В.И., Чернобай И.В. Применение координатно-измерительной машины Faro LaserTracker ION ....................... 74

ПРЕЗЕНТАЦИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ Романов Р.А. Лазерные системы для контроля и выверки геометрических параметров ........................ 80

ЮБИЛЕИ И ПЕРСОНАЛИИ Поляков Б.Н. 50-летие создания первого и самого высокопроизводительного в мире автоматизированного блюминга 1300 ................................................................................... 82

ИНФОРМАЦИЯ Бланк заказа научно-технической литературы ..................................................................... 86 Требования к статьям, направляемым в редакцию ............................................................. 95 Об издании .............................................................................................................................. 96

Журнал реферируется

– Институтом проблем регистрации информации Национальной академии наук (ИРПИ НАН) Украины. Интернет: www.ipri.kiev.ua – Всероссийским институтом научной и технической информации Российской академии наук (ВИНИТИ РАН). Интернет: www2.viniti.ru

Журнал включен в

– Перечень научных специализированных изданий Министерства образования и науки Украины. Интернет: www.mon.gov.ua – Перечень ведущих рецензируемых научных журналов Высшей аттестационной комиссии (ВАК) России. Интернет: vak.ed.gov.ru – "Российский индекс научного цитирования" (РИНЦ). Интернет: elibrary.ru – Интерактивную справочно-библиографическую систему EBSCOhost. Интернет: www.ebscohost.com – Международную систему индексирования и ранжирования журналов "IndexCopernicus Journals Master List". Интернет: journals.indexcopernicus.com – Международную справочную систему по периодическим и продолжающимся изданиям "Ulrich’s Periodicals Directory". Интернет: www.ulrichsweb.com

METALLURGICAL PROCESSES AND EQUIPMENT international scientific-technical and production journal

ISSUE 2(36) JUNE 2014

Founder: Co-founder and publisher:

Donetsk National Technical University (Donetsk, Ukraine) "Technopark DonSTU "UNITECH" Ltd. (Donetsk, Ukraine)

Editor-in-chief S.P. Eron'ko (Dr. Sci. (Eng.), Prof.)*

Editorial council: E.A. Bashkov (Dr. Sci. (Eng.), Prof.)*

K.S. Bogdan (Dr. Sci. (Eng.), Sen. Res.) V.I. Bolshakov (Dr. Sci. (Eng.), Prof.,

Academician of NAS Ukraine) S.M. Gorbatyuk (Dr. Sci. (Eng.), Prof.) (Russia)

D.A. Dyudkin (Dr. Sci. (Eng.), Prof.)* V.I. Zaselskiy (Dr. Sci. (Eng.), Prof.) А.А. Ischenko (Dr. Sci. (Eng.), Prof.)

Y.V. Konovalov (Dr. Sci. (Eng.), Prof.)* A.L. Kuzminov (Dr. Sci. (Eng.), Prof.) (Russia)

А.А. Мinaev (Dr. Sci. (Eng.), Prof., Corresponding Member of NAS Ukraine)*

V.V. Pashynsky (Dr. Sci. (Eng.), Prof.)* A.D. Ryabcev (Dr. Sci. (Eng.), Prof.)* V.Y. Sedush (Dr. Sci. (Eng.), Prof.)*

Y.A. Skobtsov (Dr. Sci. (Eng.), Prof.)* A.N. Smirnov (Dr. Sci. (Eng.), Prof.)* E.N. Smirnov (Dr. Sci. (Eng.), Prof.)*

A.L. Sotnikov (Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof.)* S. Stopic (Dr. Sci. (Eng.)) (Germany)

A.A. Troyansky (Dr. Sci. (Eng.), Prof.)* V.I. Farberov (Cand. Sci. (Econ.))

F.L. Shevchenko (Dr. Sci. (Eng.), Prof.)* S.L. Yaroshevsky (Dr. Sci. (Eng.), Prof.)*

* - staff members of the founder

Editorial office: A.L. Sotnikov (project manager),

A.V. Kuzin, A.V. Ryabuhin

Address: 83001, Donetsk, Ukraine 58, Artema St.

Phone: +380 (62) 348-50-56, (66) 029-44-30

E-mail: [email protected] Internet: metal.donntu.edu.ua

Representative office in Russia: "TO&R Concult" Ltd.

121108, Russia, Moscow, 27, Bldg. 4, Kastanayevskaya St. Phone/fax: +7 (495) 775-85-02

E-mail: [email protected] Internet: www.toir-consult.ru

"Metallurgical processes and equipment"

2014. No.2(36)

ISSN 1816-1200

Published since March, 2005 Publication frequency: 4 times a year

Subscription index in the catalogues:

"Pressa Ukrayiny" – 98832 "Gazety. Zhurnaly" (JSC "Rospechat"

Agency) – 21897

Certificate of State Registration КВ 17521-6271ПР dated 24.12.2010

Certificate of including the publisher into the State register

of subjects of publishing activities ДK 1017 dated 21.08.2002

The content and originality of the articles is the author’s responsibility. The editorial opinion may not necessarily

represent the views of the authors. The content of advertising material

is the advertiser’s responsibility.

Subscribed to print on the recommendation of the Academic Council

Donetsk National Technical University

Protocol No.3 dated 21.03.2014

Format 60×84 1/8. Order 0185. Circulation 1500 copies. Print: "Nord Computer" Ltd., 2014

© A.L. Sotnikov, 2005-2013

CONTENTS News ......................................................................................................................................... 3

TECHNOLOGY AND PRODUCTION Bogatyreva E.V., Ermilov A.G. Efficiency evaluation of preliminary mechanical activation for perovskite concentrate ......................................................................................................... 5 Kukhar V.V., Vasilevskiy O.V., Grushko A.V. Technological implementation of macroshear deformation in shafts billets forging without complicating the tool design..................................................... 12 Malinov L.S., Malinov V.L. Wear-resistant manganese steel with metastable austenite and the effect of self-hardening under loading .......................................................................... 19 Pavlenko А.М., Usenko B.O., Koshlak H.V. Analysis of thermal processes in the surface layer formation with amorphous structure .......................................................................................................... 25

EQUIPMENT Artyukh V.G., Gribkov E.P., Sorochan E.N. Drive durability of oxygen converter .......................................................................................... 31 Bogachev D.V., Ershov E.V., Varfolomeev I.A. Neuro-fuzzy model of rolled sheet rapid cooling process control ............................................. 37 Kozhevnikov A.V., Solovyova O.I. Development of condition prediction technique for steel-teeming equipment based on fuzzy control ............................................................................................ 43 Eron’ko S.P., Trachyov M.Y., Sosonkin A.S., Dvornikov E.P., Brakhnov G.P. Investigation on a physical model the possibility of the Dyson fan systems principle using in gas suction systems of metallurgical units ...................................... 51

VIBRATION OF MACHINES: MEASUREMENT, REDUCTION, PROTECTION Nagorny V.M., Udovychenko N.M., Tur A.N. Monitoring of cutting tool condition by the sound accompanying the cutting process .................................................................................................................... 60 Mulov D.V. Mathematical model adequateness evaluation of working process of hand-held percussion machine with vibration protection system .......................................... 67

INDUSTRIAL EXPERIENCE Misyura A.N., Lyashenko V.I., Chernobay I.V. Application coordinate-measuring machine Faro LaserTracker ION ........................................ 74

PRESENTATION OF THE ENTERPRISE Romanov R.A. Laser systems for the control and alignment the geometrical parameters ............................... 80

ANNIVERSARIES AND BIOGRAPHY Polyakov B.N. 50th anniversary of the first and most high performance in the world automated blooming 1300 ........................................................................................................ 82

INFORMATION Order form for scientific and technical literature ....................................................................... 86 Requirements for the articles submitted to the Editorial office .................................................. 95 On the publication ..................................................................................................................... 96

The journal is abstracted by

– Institute for Information Recording of National Academy of Sciences of Ukraine. Internet: www.ipri.kiev.ua – The All-Russian Institute of Scientific & Technical Information of the Russian Academy of Sciences. Internet: www2.viniti.ru

The journal is included to:

– List of scientific journals of Ministry of Education and Science of Ukraine. Internet: www.mon.gov.ua – List of leading peer-reviewed scientific journals of the Higher Attestation Commission of Russia. Internet: vak.ed.gov.ru – "Russian Science Citation Index". Internet: elibrary.ru – Interactive reference bibliographic system EBSCOhost. Internet: www.ebscohost.com – International system of indexing and ranking of journals "IndexCopernicus Journals Master List". Internet: journals.indexcopernicus.com – International reference system for periodicals and serial publications "Ulrich’s Periodicals Directory". Internet: www.ulrichsweb.com

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • НОВОСТИ ОТРАСЛИ

2(36)'2014 МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ 3

ISSN 1816-1200. Интернет: metal.donntu.edu.ua

Новый проектный консорциум займется разработкой уникальной

сталелитейной машины

Межотраслевой инжиниринговый центр "Но-вые материалы, композиты и нанотехнологии" (МИЦ "НМКН") Московского государственного технического университета (МГТУ) им. Н.Э. Баумана (Россия) – ведущий инжиниринговый центр в области разработки композиционных материалов и изделий на их основе – вошел в рабочую группу российских разработчиков, объ-единившихся для создания конкурентной стале-литейной машины, способной обеспечить неза-висимость от иностранных компаний в нефтега-зовой, судостроительной и строительной отрас-лях. Участниками создания Проектного консор-циума также выступают российские компании ФГУП "ЦНИИчермет" им. И.П. Бардина", НПФ "Корад" и ОАО "МК ОРМЕТО-ЮУМЗ". Воз-главляет консорциум – МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Обсуждение актуальности создания отечест-венной машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) для толстостенных труб, а также воз-можности ее производства и потенциальные по-требности отечественных производителей со-стоялось на расширенном Совете "Металлург-маш", прошедшего на базе ОАО "АХК ВНИИ-МЕТМАШ им. акад. А.И. Целикова" (Россия).

С докладом о целесообразности данной раз-работки, выступил директор МИЦ "НМКН" Владимир Нелюб. Он привел анализ мирового рынка по производству МНЛЗ, сопоставив его с российскими аналогами и потребностями рос-сийской промышленности, диктующими необ-ходимость технологического развития.

На данный момент потребность в создании подобной машины для обеспечения только внут-ренних нужд обусловлена освоением нефтяных месторождений на Арктическом и Тихоокеан-ском шлейфе, строительством буровых плат-форм, крупных инфраструктурных транспорт-ных объектов.

Продукция, изготавливаемая МНЛЗ – слябо-вая заготовка – предельная толщина которой, на данный момент в России не превышает 355 мм.

В ходе обсуждения стороны обозначили воз-можность создания МНЛЗ, производящей сляб до 600 мм с объемом производства до 1 млн. т. Сегодня аналогов подобных машин в мире нет. Мощности МНЛЗ планируется использовать на одном из крупнейших интегрированных заводов по производству стали в мире – ОАО "Север-сталь" (Россия).

Портал машиностроения

ПАО "Азовмаш" поставил на ОАО "Северсталь" корпуса конвертеров

ПАО "Азовмаш" (Украина) – одна из круп-

нейших мировых компаний по производству оборудования для конвертерных и доменных цехов – подписал контракты на изготовление конвертеров емкостью 350 т для ОАО "Черепо-вецкий металлургический комбинат", входящего в ОАО "Северсталь" (Россия).

С первых дней ввода в декабре 1980 г. кон-вертерного цеха на ОАО "Череповецкий метал-лургический комбинат" ПАО "Азовмаш" актив-но сотрудничает с металлургами, поставив туда два конвертера, передвижные миксеры и другое технологическое оборудование.

Это партнерство продолжается и сегодня. За последние несколько лет для ОАО "Северсталь" изготовлены опорные кольца и корпусы конвер-тера, подшипники опоры конвертера, новая те-лежка откатки кессона и другие изделия.

ПАО "Азовмаш"

В Индии введен в эксплуатацию уникальный кольцепрокатный стан

Для компании Mishra Dhatu Nigam Limited,

которая является крупнейшим в Индии метал-лургическим предприятием по производству специальных металлов и сплавов, ОАО "Урал-машзавод" (Россия) поставил современный кольцепрокатный стан.

В ходе гарантийных испытаний было прока-тано 24 кольца разных размеров из различных марок стали. Вся продукция соответствует заяв-ленным требованиям качества. Теперь индий-ские специалисты начали осваивать самостоя-тельную прокатку других типов колец.

Стан предназначен для прокатки колец диа-метром от 0,4 до 3,5 м из различных марок ста-ли, в т.ч. и из титановых сплавов, для авиацион-ной, космической промышленности, атомной энергетики и т.д. Согласно проекту максималь-ный темп прокатки на новом стане составляет 10 колец в час.

При проектировании стана были применены передовые конструкторские решения. Стан ос-нащен современным механическим и гидравли-ческим оборудованием. Кроме того, для новой машины были созданы и новые автоматизиро-ванные системы управления, которые вместе с механическим оборудованием обеспечивают ра-боту стана с наибольшей эффективностью.

В настоящее время на ОАО "Уралмашзавод" прорабатывается несколько заявок на производ-

НОВОСТИ ОТРАСЛИ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

4 МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ 2(36)'2014


ство подобных машин для заказчиков из России и СНГ.

ОАО "Уралмашзавод"

Прибор, спасающий мосты и здания от разрушений, разрабатывают в Томске

Ученые кафедры "Электронные приборы"

Томского университета систем управления и ра-диоэлектроники (Россия) разрабатывают прибор для измерения механических колебаний с точно-стью до нанометров.

"Колебания присутствуют везде и происхо-дят постоянно, – пояснил Олег Важинский, один из разработчиков. – Просто есть ощутимые ко-лебания и те, что не воспринимаются человеком. Последние представляют не меньшую угрозу: когда, например, колебания старого фундамента здания или опоры моста превысят допустимое значение, может произойти обрушение. Если проводить замеры старых зданий или мостов, по которым постоянно движется автотранспорт, можно предотвратить аварийные ситуации".

Голографический интерферометр будет иметь размеры, аналогичные компьютерной мыши. Он должен быть простым в использова-нии, чтобы экспертиза объекта сводилась к под-ключению к нему прибора, который сразу выда-вал бы абсолютную величину колебаний.

"При изготовлении электроники использу-ются так называемые пленочные технологии, когда на плоскость необходимо нанести сверх-тонкую пленку. Именно размеры этой пленки, которая во время роста совершает колебания, мы сможем измерить, – рассказал разработчик. – И здесь уже единицами измерения будут наномет-ры".

Добиться таких характеристик измеритель-ного прибора, как высокая точность и малые размеры, позволяют фоторефрактивные кри-сталлы, уникальные свойства которых изучают-ся в университете под руководством профессора Станислава Шандарова на протяжении 24 лет. Именно благодаря нелинейно-оптическим свой-ствам отражательных голограмм в кубических фоторефрактивных кристаллах, найденным и полученным учеными во время исследований, проводимых в содружестве с коллегами из Мо-сквы, Владивостока, а также Белоруссии и Ук-раины, будущий прибор сможет не только изме-рять сверхмалые колебания, но и проводить из-мерения бесконтактным (неразрушающим) ме-тодом и не реагировать на изменения окружаю-щей среды.

Рабочий образец планируется создать к лету

этого года.

ИТАР-ТАСС

Новый центр подготовки специалистов по вибродиагностике и балансировке

4 апреля 2014 г. в Томском политехническом

университете (ТПУ) (Россия) состоялась торже-ственная церемония открытия Сибирского цен-тра по вибродиагностике и балансировке. Лен-точку перерезали председатель Наблюдательно-го совета Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере Иван Бортник, ректор ТПУ Пётр Чубик и Гене-ральный директор ООО "Диамех 2000" Игорь Радчик.

Ректор ТПУ Пётр Чубик поздравил присут-ствующих с большим событием и поблагодарил за сотрудничество компанию-партнёра центра ООО "Диамех 2000". Игорь Радчик в ответном слове отметил уникальность нового центра:

"Центр уникален тем, что находится на стыке науки, образования и производства, а это очень важно в наше время. Вибродиагностика – инте-ресная часть знаний, в которой Россия никому не уступает. Мы идём на уровне – как по средствам технологий, так и по методологии. И центр от-ражает реальное состояние дел. Таких центров в мире очень немного. У центра огромные пер-спективы – он будет помогать развитию россий-ской промышленности от Урала и до Курил".

"Это первый такой центр за Уралом. Ещё один около 10 лет действует в Москве, однако наш оснащён по последнему слову техники, са-мым новейшим оборудованием. Стоимость соз-дания центра более 25 млн. рублей, – рассказал зав. кафедрой "Автоматизация и роботизация в машиностроении" ТПУ Сергей Буханченко. – Производственники уже проявляют большой интерес к перспективному направлению, и у нас открыта запись на обучение. Специалисты и технологии этого профиля имеют высокую вос-требованность на предприятиях, где есть под-вижное оборудование, в т.ч. в нефтяной, газовой, химической, энергетической, судостроительной, авиастроительной и других отраслях".

Учебные центр оборудован персональными компьютерами, виброизмерительной аппарату-рой и учебными стендами, моделирующими раз-личные режимы работы оборудования. Также в учебном зале установлены балансировочный станок ВМ-50 и стенд входного контроля под-шипников СП-180М.

ООО "Диамех 2000"

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ТЕХНОЛОГИИ И ПРОИЗВОДСТВО



УДК 622.772.001+662.346.3 Е.В. Богатырева /к.т.н./, А.Г. Ермилов /д.т.н./ Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (Москва, Россия)

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ

МЕХАНОАКТИВАЦИИ ПЕРОВСКИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА Показана возможность прогнозирования эффективных режимов механоактивации (МА) пе-ровскитового концентрата для интенсификации его последующего азотнокислотного выще-лачивания по данным рентгеноструктурного анализа (РСА). По результатам РСА рассчитано количество энергии, запасенное фазой перовскита при МА. Выявлена зависимость изменения энергии активации от вида запасенной при МА энергии. На основании оценки реакционной спо-собности активированного перовскитового концентрата по данным РСА определены опти-мальные режимы МА. Ключевые слова: перовскитовый концентрат, механоактивация, азотнокислотное выщелачи-вание, рентгеноструктурный анализ.

Постановка проблемы

Во всем мире резко возросла роль редких и редкоземельных металлов (РЗМ), используемых в ведущих отраслях производства и обеспечи-вающих экономическую и оборонную безопас-ность любого государства.

Себестоимость металлургической переработ-ки редкометального сырья определяется затра-тами на сырье (более 50 %), энергопотреблени-ем, материалами и реагентами. В связи с этим и исчерпанием природных ресурсов технологии переработки редкометального сырья должны обеспечивать ресурсо- и энергосбережение и максимально возможное извлечение всех цен-ных компонентов в товарные продукты.

Энергосбережение обеспечит снижение тем-пературы процессов вскрытия, а ресурсосбере-жение – вовлечение в переработку нетрадицион-ного и низкосортного сырья. Однако это потре-бует интенсификации процессов вскрытия. Од-ним из наиболее перспективных направлений интенсификации является предварительная ме-ханоактивация (МА).

Широкому применению эффекта предвари-тельной МА препятствует нестабильность полу-чаемого результата. Поэтому для эффективного использования предварительной МА необходи-мы методы контроля за энергетическим состоя-нием обрабатываемого материала. Анализ последних исследований и публика-ций

По запасам редкометального сырья Россия входит в число наиболее обеспеченных стран. Вместе с тем внутренний рынок испытывает де-

фицит многих традиционных сырьевых мате-риалов (ильменит, рутил, колумбит, танталит, пирохлор, микролит). Значительная часть запа-сов редкометального сырья России приходится на Кольский полуостров. Структура отечествен-ного сырья отличается большой долей нетради-ционных источников, практически не имеющих аналогов в других регионах [1,2]. Оно в боль-шинстве случаев одновременно является и ти-тансодержащим, уступая по содержанию титана традиционным видам титанового сырья – ильме-нитовому и рутиловому концентратам.

Лопарит, перовскит и луешит входят в одну из наиболее распространенных групп титано-ниобатов-перовскита, объединяющих 8 мине-ральных видов, а пирохлор и гатчеттолит входят в группу пирохлора.

В наиболее богатом по оксидам РЗМ отече-ственном сырье – лопарите (30…32 %) относи-тельное содержание РЗМ цериевой группы (LnCe) – 97,7 %, иттриевой группы (LnY) – 2,3 %, в перовските и апатите соотношение LnCe:LnY приблизительно равно 90:10. По срав-нению с лопаритовым соотношение между от-дельными РЗМ в перовскитовом концентрате в большей степени соответствует потребностям рынка России в настоящее время [3].

Лопарит сегодня единственный рудный ма-териал в России, из которого в промышленном масштабе методом прямого хлорирования извле-каются РЗМ легкой группы.

Прямому хлорированию наряду с высокими технологическими показателями присущи сле-дующие недостатки: 1) хлор, расходуемый на хлорирование оксидов РЗМ, переходит в плав, а

ТЕХНОЛОГИИ И ПРОИЗВОДСТВО • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



затем в сточные воды после его извлечения; 2) из-за наличия в лопаритовом концентрате ок-сидов РЗМ температуру хлорирования необхо-димо поддерживать на уровне 950…1050 °С, что приводит к повышенной энергоемкости произ-водства, значительному уменьшению срока службы хлоратора и увеличению количества от-работанной футеровки, загрязненной радиоак-тивными продуктами, подлежащими захороне-нию в спецхранилищах [4].

Более перспективной при расширении объе-мов производства РЗМ из лопарита и экологиче-ски чистой является кислотно-хлоридная техно-логия. При азотнокислотном разложении лопа-рита решается основная задача – отделение ти-тана, тантала и ниобия (твердая фаза) от каль-ция, РЗМ и тория (жидкая фаза). Однако прием-лемые для производства показатели по извлече-нию РЗМ в азотнокислый раствор при темпера-турах примерно 100 °С с применением низко-концентрированных растворов азотной кислоты (не более 30 %) обеспечивает предварительная МА лопаритового концентрата [5].

Следует отметить, что кислотно-хлоридная технология с применением МА универсальна и может быть перспективна для переработки не только лопаритового, но и перовскитового кон-центрата.

Для выбора эффективных условий МА раз-личных по природе материалов и выбора актива-тора необходимы критерии оценки степени ме-ханического воздействия и его эффективности.

Методы исследования активированных мате-риалов достаточно подробно рассмотрены в мо-нографии [6] и до сих пор остаются актуальны-ми. Так для оценки степени воздействия предва-рительной МА наиболее применимы методы рентгеноструктурного анализа (РСА) и диффе-ренциально-термического анализа (ДТА), но они требуют разработки концепции связывающей степень структурных нарушений с энергетикой данных структур (для РСА) и проведения иссле-дований в условиях, обеспечивающих мини-

мальное рассеивание запасенной энергии при нагреве (для ДТА). Цель (задачи) исследования

Целью настоящей работы является установ-ление взаимосвязи между количеством энергии, аккумулируемой фазой перовскита перовскито-вого концентрата при МА, реакционной способ-ностью минерала и показателями РСА активиро-ванного материала. Основной материал исследования

Использование методики оценки количества усвоенной энергии обрабатываемым материалом может не только сократить объемы исследова-ния, но и обеспечить контроль за степенью (ус-ловиями) активации для уже разработанных процессов. Контроль может осуществляться с помощью РСА [7,8] на периодически отбирае-мых пробах активированного материала по зави-симости, разработанной на кафедре редких ме-таллов Национального исследовательского тех-нологического университета "МИСиС" для про-стой системы W-C:

εΣ Δ+Δ+Δ=Δ EEЕЕ Sd , (1)

решd KEE =Δ , ( )10

16 −− −=Δ DDVEЕ iмольповS ,

( )20

25,1 ε−ε=Δ ε iмольюVЕЕ , где ΔЕΣ – количество запасенной при МА энер-гии, кДж/моль; ΔЕd – количество энергии, затра-ченное на изменение межплоскостных расстоя-ний кристаллической решетки, кДж/моль; ΔЕS – количество энергии, запасенное в виде свежеоб-разованной поверхности областей когерентного рассеивания (ОКР), кДж/моль; ΔЕε – количество энергии, запасенное в виде микродеформации, кДж/моль; К – коэффициент относительного из-менения объема элементарной ячейки; Ереш – энергия кристаллической решетки исходного материала, кДж/моль; Епов – поверхностная энер-

Таблица 2 – Состав перовскитового концентрата

Элемент Содержание, %(масс.) Элемент Содержание, %(масс.) Элемент Содержание, %(масс.)

Ce 1,54 Ta 0,032 S 0,034 La 0,186 Na 0,583 K 0,017 Nd 0,571 Ca 25,72 P 0,005 Pr 0,133 Si 1,97 V 0,097 Sm 0,026 Sr 0,22 Zr 0,068 Y 0,023 Fe 2,62 U 0,012

Gd 0,019 Al 0,337 Mg 1,16 Ti 28,7 Th 0,091 Ni 0,012 Nb 0,675 Mn 0,047 Cu 0,007




Таблица 3 – Режимы МА-обработки и результаты РСА перовскитового концентрата

Примечание: a, b, c – периоды элементарной ячейки перовскита.

Рисунок 1 – Дифрактограммы исходного и активированного

в различных режимах перовскитового концентрата

гия исходного материала, кДж/моль; Di и D0 – размеры областей когерентного рассеяния акти-вированного и исходного материала, м; Vмоль – мольный объем исходного вещества, м3/моль; Ею

– модуль Юнга для исходного вещества, ГПа; εi и ε0 – среднеквадратичные микродеформации для активированного и исходного материала.

Уникальность этого подхода состоит в воз-

Номер образца

Режимы МА-обработки

Периоды решетки Di εi, % ΔЕd ΔЕS ΔЕε ΔЕΣ ΔЕаэксп

ΔЕарасчрасчет по (2)

Å кДж/моль

0 Исходный a=5,454 b=7,665 c=5,393

581 0,021 – – – – – –

1 Мк:Мш=1:80;

Zш=0,6; τа=0,5 мин.

a=5,458 b=7,664 c=5,387

412,5 0,131 8,1 2,07 0,18 10,35 30,12 20,01

2 Мк:Мш=1:80;

Zш=0,6; τа=1 мин.

a=5,451 b=7,655 c=5,387

302 0,157 47,02 4,7 0,26 51,98 37,79 39,34

3 Мк:Мш=1:80;

Zш=0,6; τа=1,5 мин.

a=5,454 b=7,665 c=5,394

269,4 0,196 2,94 5,9 0,41 9,25 20,88 20,25

4 Мк:Мш=1:80;


a=5,437 b=7,648 c=5,374

254,2 0,251 140,07 6,55 0,67 147,29 16,03 11,84

5 Мк:Мш=1:80;

Zш=0,6; τа=2,5 мин.

a=5,448 b=7,661 c=5,382

215,3 0,256 58,01 8,66 0,7 67,37 29,59 39,12

6 Мк:Мш=1:80;


a=5,444 b=7,658 c=5,376

148 0,141 93,38 14,89 0,21 108,48 32,01 26,86

7 Мк:Мш=1:80;

Zш=0,6; τа=3,5 мин.

a=5,424 b=7,666 c=5,397

139,2 0,197 73,48 16,18 0,41 90,07 19,97 36,03

8 Мк:Мш=1:80;


a=5,444 b=7,658 c=5,376

140,5 0,127 93,38 15,88 0,17 109,43 – 27,09




можности оценки изменения энергосодержания системы и, соответственно, прогнозирования реакционной способности веществ с помощью РСА без применения химических и физических методов, разрушающих образец и требующих значительного количества активированного ма-териала. Однако применимость этого прямого метода для прогнозирования не только простых, но и сложных систем после МА при последую-щей гидрометаллургической переработке требу-ет экспериментального подтверждения.

МА подвергали перовскитовый концентрат следующего гранулометрического состава: 11,88 % фракции +0,125 мм; 22,83 % – (-0,125+0,1) мм; 16,56 % – (-0,1+0,08) мм; 20,06 % – (-0,08+0,063) мм; 16,64 % – (-0,063+0,04) мм; 12,03 % фракции – 0,04 мм.

Определение состава концентрата проводи-лось на спектрометре ARL 9900. Результаты анализа приведены в таблице 2.

На основании данных таблицы 2 суммарное содержание РЗМ в перовскитовом концентрате составляет 2,498 %.

По результатам рентгенофазового анализа перовскитового концентратов содержании фазы перовскита в концентрате составляет 91,9 %.

Активацию проводили в "сухом" режиме в центробежной планетарной мельнице марки ЛАИР-0.015 с развиваемым ускорением 25g; мелющие тела – стальные шары диаметром 5…8 мм. Режимы МА рассматриваемых концен-тратов приведены в таблице 3, где Мк:Мш –массовое отношение концентрат и шаров в бара-бане мельницы; Zш – степень заполнения бараба-на мельницы шарами. Для перовскитового кон-центрата фаза перовскита имеет Ереш=15858,2 кДж/моль (определена методом Ферсмана), Епов=1,449 Дж/м2 [9], Ею=211,29 ГПа [9], Vмоль= =34 см3/моль.

В работе предпринята попытка достичь мак-симальной эффективности выщелачивания при минимальной продолжительности МА в "сухом" режиме.

Структурные характеристики фаз концентра-тов редких металлов определяли методом РСА на установке ДРОН-4 с компьютерной расшиф-ровкой дифрактограмм с помощью данных ASTM (рисунок 1) [10].

Из таблицы 3 видно, что для перовскитового концентрата только образец 4 характеризуется максимальным значением ΔЕΣ=147,29 кДж/моль, а образцы 7 и 8 – наибольшим значением ΔЕS=16 кДж/моль. На основании предыдущих исследо-ваний с вольфрамитовым концентратом [11] можно предположить, что именно образцы с наибольшим значением ΔЕS будут обладать мак-

симальной реакционной способностью. Для установления взаимосвязи между расчет-

ными ΔЕΣ и экспериментальными значениями количества запасенной при МА энергии прове-дены кинетические исследования (соотношение массы концентрата к объему раствора реагента Т:Ж=1:100 кг/дм3; интервал температур кинети-ческих исследований t=80…99 °С (T=353…372 К); [НNO3]=30 %). Кинетические исследования выщелачивания исходного перовскитового кон-центрата и механически активированных образ-цов проводили согласно методики [12]. На осно-вании экспериментальных данных построены кинетические зависимости степени выщелачива-ния (α) от продолжительности выщелачивания (τ) и по начальным участкам кинетических кри-вых рассчитаны зависимости ln(dα:dτ) от (1:T)·103 (рисунок 2) и определены количества энергии, усвоенные перовскитом, по изменению энергии активации процесса азотнокислотного выщелачивания исходного и активированных образцов (ΔЕаэксп=Еаисх–Еа*) (таблица 3).

Из таблицы 3 следует, что максимальное ко-личество аккумулированной энергии для перов-скита достигается при истирающем режиме МА (Мш:Мк=80:1) за 1 мин. и 37,79 кДж/моль (обра-зец 2). По традиционным представлениям обра-зец, характеризующийся максимальной величии ной аккумулированной при МА энергии, и будет обладать наибольшей реакционной способно-стью. Для подтверждения или опровержения этого необходимо проведение технологических исследований.

Рисунок 2 – Зависимость ln(dα:dτ) от (1:T)·103 для исходного перовскитового концентрата

и механически активированного при различных режимах: 1…7 – номер образца




Таблица 4 – Результаты технологических исследований азотнокислотного выщелачивания перовскитового концентрата

№ образца

Режимы выщелачивания Извлечение РЗМ в раствор, % Т:Ж t, °C τ, ч [HNO3], % эксперимент расчет по (3)

0 1:6 99 3 30 3,64 – 1 1:6 99 3 30 10,3 11,25 2 1:6 99 3 30 24,08 23 3 1:6 99 3 30 28,03 28,06 4 1:6 99 3 30 31,85 32,13 5 1:6 99 3 30 46,62 39 6 1:6 99 3 30 52,35 55,21 7 1:6 99 3 30 55,15 57,27 8 1:6 99 6 30 98,01 –

Результаты технологических исследований,

режимы и результаты которых приведены в таб-лице 4, показали большее влияние на реакцион-ную способность перовскита после МА при по-следующем низкотемпературном азотнокислот-ном выщелачивании суммы энергий ΔЕS+ΔЕε (таблица 3). Следует отметить, что необходимые значения ΔЕS+ΔЕε наблюдаются только после достижения уровня энергии ΔЕd>70 кДж/моль. Соответствующая зависимость приведена на ри-сунке 3. Установлено, что приемлемое для из-влечения РЗМ в раствор 98 % достигается при низкотемпературном выщелачивании перовски-тового концентрата, активированного в течение 3,5…4 мин. (образцы 7…8).

На основании результатов расчета по урав-нению (1) и кинетических исследований с перов-скитовым концентратом получена полуэмпири-ческая зависимость

dЕрасча е

ЕЕ ΔΣΔ

=Δ 0241,04255,0 (2)

и поверхности отклика изменения энергии акти-вации процесса азотнокислотного выщелачива-ния перовскита (ΔЕа) от энергии структурных изменений в минералах на основании данных РСА (ΔЕd и ΔЕS+ΔЕε) после МА в "сухом" режи-ме (рисунок 4).

Из рисунка 4 видно, что для перовскитового концентрата, активированного в "сухом" режи-ме, зависимость изменения энергии активации процесса азотнокислотного выщелачивания до и после МА от энергетики структурных изменений в перовските носит экстремальный характер и область максимальных значений ΔЕа соответ-ствует области, когда ΔЕd принимает значения от 15 до 45 кДж/моль, а ΔЕS+ΔЕε – более 14 кДж/моль.

В таблице 3 приведены результаты оценки изменения энергосодержания перовскита после

МА по данным РСА и кинетических исследова-ний, а также расчетные значения ΔЕарасч, выпол-ненные по уравнению (2). Показана хорошая сходимость экспериментальных и расчетных значений ΔЕа.

Таким образом, на основании данных РСА перовскита до и после МА возможно контроли-ровать энергетическое состояние активирован-ного минерала.

С применением данных РСА выполнено ма-тематическое описание результатов технологи-ческих исследований. Так для режимов выщела-чивания перовскитового концентрата при: t=99 °C; Ж:Т=1:6; [HNO3]=30 %; τ=3 ч:

RTEХ

SРЗМ

d

eEEΔ

εΔ+Δ−=α− )(0522,0)1ln( , (3) τ=

3):(001144,0 HNOСТЖX ,

где R – универсальная газовая постоянная.

В таблице 4 приведены результаты техноло-гических исследований по извлечению РЗМ в раствор и расчетов по уравнению (3). Показана удовлетворительная сходимость эксперимен-тальных и расчетных значений.

Рисунок 3 – Зависимость извлечения РЗМ из перовскитового концентрата в раствор

от величины ΔЕS+ΔЕε перовскита при: Т:Ж=1:6; [HNO3]=30 %; t=99 oC; τ=6 ч




Рисунок 4 – Поверхность отклика изменения энергии активации процесса азотнокислотного

выщелачивания перовскита (ΔЕа) от структурных изменений в минерале

на основании данных РСА (ΔЕd и ΔЕS+ΔЕε) после МА в "сухом" режиме

Работа выполнена в рамках договора между

Национальным исследовательским технологиче-ским университетом "МИСиС" и ОАО "ВНИ-ИХТ" (Москва, Россия) №1/2012 от 20.11.2012 г., реализуемого при финансовой поддержке по постановлению Правительства РФ №218 от 09.04.2010 г. Выводы

Таким образом, оценка реакционной способ-ности активированного перовскитового концен-трата по данным РСА позволила определить оп-тимальные режимы МА и обеспечить извлече-ние РЗМ в раствор на уровне 98 % при: Т:Ж=1:6; [HNO3]=30 %; t=99 °C; τ=6 ч, что указывает на возможность разработки критериев оценки эф-фективности предварительной МА перовскито-вого концентрата по данным РСА и целенаправ-ленного применения МА для совершенствования существующих технологий Список литературы 1. Калинников В.Т., Николаев А.И., Захаров

В.И. Гидрометаллургическая комплексная переработка нетрадиционного титано-ред-кометалльного и алюмосиликатного сырья. – Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 1999. – 225 с.

2. Химическая переработка минеральных кон-центратов Кольского полуострова / С.Г. Фе-доров, А.И. Николаев, Ю.Е. Брыляков и др. – Апатиты: ОАО "Каем", 2003. – 196 с.

3. Николаев А.И., Калинников В.Т. Попутное производство редкоземельных металлов при переработке перовскитового концентрата Африкандского месторождения / Цветные металлы. – 2013. – №3. – С. 64-69.

4. Фундаментальные проблемы Российской

металлургии на пороге ХХI века. Т.3 Метал-лургия редких и рассеянных элементов / Отв. ред. Д.В. Дробот. – М.: Металлургия, 1999. – 392 с.

5. Медведев А.С. Выщелачивание и способы его интенсификации. – М.: МИСиС, 2005. – 240 с.

6. Болдырев В.В. Экспериментальные методы в механохимии твердых неорганических ве-ществ. – Новосибирск: Наука, 1983. – 240 с.

7. Bogatureva E.V., Ermilov A.G. Effectiveness of the mechanical activation of loparite concentrate / Inorganic Materials. – 2011. – Vol.47, Issue 9. – P. 1012-1018.

8. Bogatyreva E.V., Ermilov A.G., Khokhlova O.V. X-ray crystal analysis to forecast efficien-cy of mechanical pre-activation of loparite con-centrate / Journal of Mining Science. – 2013. – Vol.49, Issue 4. – P. 664-669.

9. Исследование величин удельных энергий кристаллических решеток минералов и неор-ганических кристаллов для оценки их свойств / В.В. Зуев, Г.А. Аксенова, Н.А. Мо-чалов и др. // Обогащение руд. – 1999. – №1-2. – С. 48-53.

10. Шелехов Е.В., Свиридова Т.А. Программы для рентгеновского анализа поликристаллов / МиТОМ. – 2000. – №8. – С. 16-19.

11. Effect of mechanical activation time on the re-activity of wolframite concentrates / E.V. Bogatyreva, A.G. Ermilov, T.A. Sviridova et al. // Inorganic Materials. – 2011. – Vol.47, Issue 7. – P. 791-797.

12. Вольдман Г.М., Зеликман А.Н. Теория гид-рометаллургических процессов. – М.: Ме-таллургия, 1993. – 400 с.

References 1. Kalinnikov V.T., Nikolaev A.I., Zakharov V.I.

Gidrometallurgicheskaya kompleksnaya perera-botka netraditsionnogo titano-redkometall'nogo i alyumosilikatnogo syr'ya [Hydrometallurgical complex processing of nontraditional titanium-rare-metal and aluminium-silicate raw materi-als), Apatity, Izd. KNTs RAN, 1999, 225 p.

2. Fedorov S.G., Nikolaev A.I., Brylyakov Y.E. et al. Khimicheskaya pererabotka mineral'nykh kontsentratov Kol'skogo poluostrova [Chemical processing of mineral concentrates of Kola Pen-insula], Apatity, JSC "KaeM", 2003, 196 p.

3. Nikolaev A.I., Kalinnikov V.T. Poputnoe proiz-vodstvo redkozemel'nykh metallov pri perera-botke perovskitovogo kontsentrata Afrikandsko-go mestorozhdeniya [By-product manufacturing of rare-earth metals during the processing of perovskite concentrate of the Afrikanda depos-it]. Tsvetnye metally, 2013, Issue 3, pp. 64-69.




4. Fundamental'nye problemy Rossiyskoy metal-lurgii na poroge KhKhI veka. T.3 Metallurgiya redkikh i rasseyannykh elementov [Fundamental problems of the Russian metallurgy at threshold ХХI century. T.3. Metallurgy of rare and rare-earth metals], Chief. Editor D.V. Drobot, Mos-cow, Metallurgiya, 1999, 392 p.

5. Medvedev A.S. Vyshchelachivanie i sposoby ego intensifikatsii [Leaching and methods its in-tensification], Moscow: MISiS, 2005, 240 p.

6. Boldyrev V.V. Eksperimental'nye metody v me-khanokhimii tverdykh neorganicheskikh vesh-chestv [Experimental methods in mechano-chemistry of solid inorganic materials], Novosi-birsk, Nauka, 1983, 240 p.

7. Bogatyreva E.V., Ermilov A.G. Effectiveness of the mechanical activation of loparite concen-trate. Inorganic Materials, 2011, Vol.47, Issue 9, pp. 1012-1018.

8. Bogatyreva E.V., Ermilov A.G., Khokhlova O.V. X-ray crystal analysis to forecast efficien-cy of mechanical pre-activation of loparite con-

centrate. Journal of Mining Science, 2013, Vol.49. Issue 4, pp. 664-669.

9. Zuev V.V., Aksenov G.A., Mochalov N.A. et al. Issledovanie velichin udel'nykh energiy kristal-licheskikh reshetok mineralov i neorganiches-kikh kristallov dlya otsenki ikh svoystv [Study variables specific energies of the crystal lattices of minerals and inorganic crystals to assess their properties]. Obogashchenie rud, 1999, Issue 1-2, pp. 48-53.

10. Shelehov E.V., Sviridova T.A. Programmy dlya rentgenovskogo analiza polikristallov [Pro-grams for X-ray analysis of polycrystalline]. MiTOM, 2000, Issue 8, pp. 16-19.

11. Bogatureva E.V., Ermilov A.G., Sviridova T.A. et al. Effect of mechanical activation time on the reactivity of wolframite concentrates. Inorganic Materials, 2011, Vol.47, Issue 7, pp. 791-797.

12. Voldman G.M., Zelikman A.N. Teoriya gidro-metallurgicheskikh protsessov [Theory of hy-drometallurgical processes], Moscow, Metallur-giya, 1993, 400 p.

E.V. Bogatyreva /Cand. Sci. (Eng.)/, A.G. Ermilov /Dr. Sci (Eng.)/ National University of Science and Technology "MISiS" (Moscow, Russia)

EFFICIENCY EVALUATION OF PRELIMINARY MECHANICAL ACTIVATION

FOR PEROVSKITE CONCENTRATE Background. Resource and energy saving are the basic requirements for processing technology of raw rare metals. Energy conservation reduces the temperature of the raw material opening process. However, that requires process intensification. Mechanical activation (MA) is one of the most promis-ing ways of intensification. However, lack of optimization and prediction technique of substances properties after MA constrains the development of this powerful intensification process of chemical and metallurgical processes. Materials and/or methods. Perovskite deposits are an important source of titanium and rare earth metals (REM). In this paper we present the results of X-ray analysis (XRA) of the original and activat-ed perovskite concentrate. According to the results of XRA values are calculated and estimates are shown of the energies contribution ΔEd, ΔEs, ΔEε in ΔEΣ (ΔEΣ – amount of stored energy in MA; ΔEd – the amount of energy expended to change the interplanar spacing of the crystal lattice; ΔEs – the amount of energy stored in the form of a newly formed surface of coherent scattering regions (CSR); ΔEε – the amount of energy stored in the form of microstrain). Results. The dependence is discovered of the activation energy changes from the type of stored energy during MA. The influence is confirmed of the stored energy amount in the activation in the form of the superficial energy of CSR on the performance factors of subsequent leaching. Conclusion. The study results demonstrate the feasibility of predicting the effectiveness of preliminary MA of perovskite concentrate by the XRA data for the intensification of subsequent low temperature nitric-acid leaching. The optimal modes of MA are determined based on the estimate of reactivity abil-ity of activated perovskite concentrate by the XRA data. Keywords: perovskite concentrate, mechanical activation, nitric-acid leaching, X-ray analysis.

Статья поступила 11.08.2013 г. © Е.В. Богатырева, А.Г. Ермилов, 2014 Рецензент д.т.н., проф. В.В. Пашинский




УДК 621.73.042 В.В. Кухарь /д.т.н./ ГВУЗ "Приазовский государственный технический университет" (Мариуполь, Украина) О.В. Василевский ООО "Метинвест – Мариупольский ремонтно-механический завод" (Мариуполь, Украина) А.В. Грушко /д.т.н./ Винницкий национальный технический университет (Винница, Украина)

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МАКРОСДВИГОВЫХ

ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ КОВКЕ ПОКОВОК ВАЛОВ БЕЗ УСЛОЖНЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ ИНСТРУМЕНТА

Разработаны способы ковки в комбинированных бойках с реализацией эффекта макросдвигов, позволяющие повысить качество поковок валов по геометрии и распределению механических свойств в поперечном сечении. На основе полученных данных усовершенствована технология ковки поковок роликов машин непрерывного литья заготовок в условиях кузнечно-прессового цеха ПАО "Мариупольский металлургический комбинат им. Ильича" (в настоящее время ООО "Метинвест – Мариупольский ремонтно-механический завод"). Ключевые слова: ковка валов, кузнечная протяжка, комбинированные бойки.


Поковки гладких и ступенчатых валов со-ставляют наиболее значимую часть номенклату-ры изделий ремонтных подразделений металлур-гических предприятий. Ковка таких поковок, как ролики машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), ролики рольгангов, прокатных валков и т.п., требует использования и смены нескольких комплектов рабочего инструмента, что сопрово-ждается несколькими подогревами металла. Ос-новной проблемой при ковке валов является снижение материало- и энергоёмкости техноло-гий ковки в комплексе с решением задач выпол-нения требований к механическим свойствам материала и геометрии поковок. В изделиях тре-буется получить направленную макроструктуру и мелкодисперсную микроструктуру с макси-мальной однородностью по поперечному сече-нию, что обеспечит наилучшие механические свойства металла. Применение набора рабочих бойков позволяет подготавливать форму полу-фабриката и интенсифицировать пластическую деформацию за счет реализации эффекта макро-сдвигов на последующих переходах. С точки зрения минимизации отходов при дальнейшей обработке поковок резанием необходимо соблю-дение требований к геометрической точности поковок круглого поперечного сечения.

Для достижения экономии материальных и энергетических ресурсов с получением регла-ментированных механических свойств и геомет-рических характеристик поковок валов целесо-образна разработка режимов ковки на операции

кузнечной протяжки, которая занимает основ-ную долю машинного времени, с получением эффекта макросдвигов при использовании одно-го комплекта рабочих бойков. Анализ последних исследований и публика-ций

В настоящее время идет активная разработка инновационных способов пластической дефор-мации, направленных на повышение механиче-ских свойств поковок, причем основная масса из них связана с реализацией макросдвигов мате-риала при ковке [1,2]. Такой эффект позволяет достигать высокой интенсивности пластической деформации, т.е. проработки литой структуры слитка, без существенного изменения площади поперечного сечения заготовки. Это способству-ет заварке внутренних дефектов в виде пустот и литейных пузырей [3,4] даже при ковке крупных слитков с минимальным уковом. Макросдвиго-вые деформации при ковке обеспечивают раз-личными способами радиального обжатия [5], для чего применяют, например, специальные четырехбойковые устройства [6]. Такие техноло-гические решения связаны с использованием специализированных металлоемких ковочных приспособлений, установка которых на пресс требует дополнительных трудозатрат и ограни-чивает сортамент поковок по массе. В работе [7] предложено осуществлять ковку крупных поко-вок профилированными бойками, позволяющи-ми обжимать слиток на трех- и четырехлучевую заготовку. Дальнейшая протяжка из профилиро-




ванной заготовки, сопровождающаяся формиро-ванием круглого поперечного сечения за счет макросдвиговых деформаций, требует смены инструмента, что может вызвать нежелательное подстуживание заготовки. Кроме того, для полу-чения трех- и четырехлучевых заготовок приме-няют различные комплекты рабочего инстру-мента. Технологическая реализация способа [8] предполагает ковку заготовки вначале плоскими бойками, а затем обкатку вокруг продольной оси в выпуклых и вогнутых бойках с круглым выре-зом без увеличения длины вала. Исследованию протяжки слитков профилированными бойками посвящена работа [9], в которой проанализиро-ваны условия изменения размеров заготовки и возникновения макросдвигов. Согласно способу рассмотренному в работе [10], валы производят протяжкой с захватом манипулятором вначале одного, затем другого конца слитка. Специаль-ный нижний боек разворачивают по фронту по-дачи кованой заготовки и проводят протяжку по длине. Повтор данного цикла обеспечивает про-ковку сформированной профилированной заго-товки с обеспечением эффекта макросдвигов.

Несмотря на достаточное количество техно-логических решений по ковке с макросдвигами, все они связаны с конструктивным усложнением или увеличением количества комплектов рабо-чих бойков, что экономически оправдано только при производстве поковок из высоколегирован-ных дорогостоящих марок стали. С данной точки зрения заслуживает внимания способ, разрабо-танный в работе [11], согласно которому уста-новлено достижение макросдвигов при ковке валов круглого или многоугольного поперечного сечения в круглых вырезных или ромбических вырезных бойках за счет варьирования режима-ми обжатий и кантовок слитка вокруг продоль-ной оси.

Применительно к условиям кузнечно-прес-сового цеха, оборудованного ковочным прессом с универсальными комбинированными бойками (верхний – плоский, нижний – вырезной радиус-ный), такая задача до настоящего времени не рассматривалась. Соответственно, не определе-ны режимы кузнечной протяжки в комбиниро-ванных бойках, при которых достигают наилуч-ших показателей механических свойств мате-риала или геометрических характеристик поко-вок валов. Также подлежат выявлению законо-мерные связи между режимами кузнечной про-тяжки и накопленной интенсивностью деформа-ции, характеризующей степень проработки ма-териала заготовки в процессе ковки. Цель (задачи) исследования

Целью настоящей работы является разработ-ка режимов ковки в комбинированных бойках (верхний боёк – плоский, нижний – с круглым радиусом выреза) в виде рационального чередо-вания и установления оптимальных обжатий, подач и углов поворота заготовки вокруг своей продольной оси, приводящих к удовлетворяю-щей геометрической точности поковок валов и лучшей проработке металла в поперечном сече-нии за счет реализации макросдвигов в очаге деформации. Кроме того, поставлена задача про-ведения опытной ковки для выполнения сравне-ния приёмосдаточных характеристик поковок, полученных по старой и усовершенствованной технологии ковки. Основной материал исследования

Исследования выполнялись, ориентируясь на задачи реального производства поковок валов (роликов МНЛЗ) ковкой в кузнечно-прессовом цехе блока ремонтных цехов ПАО "Мариуполь-ский металлургический комбинат им. Ильича"

а б в Рисунок 1 – Положение заготовки в комбинированных бойках (а), её обжатие (б)

и моделирование процесса обжатия методом конечных элементов (в): В и R – геометрические параметры бойков; L0, Lk, D0 и Hk – геометрические параметры заготовки;

P и ν – кинематические параметры процесса протяжки




Таблица 1 – Расчетные значения угловых коэффициентов (при B/D0=1) Обжатие (мм) × угол кантовки (°)

(режим ковки) ei.max a Корреляция χ2

50×30 6,44±0,053 0,01357±0,000505 0,99 50×60 8,04±0,055 0,02099±0,000541 0,99 50×90 7,03±0,073 0,02367±0,000693 0,99 66×30 6,08±0,063 0,01452±0,000599 0,99 66×60 7,1±0,05 0,02083±0,000481 0,99 66×90 7,54±0,05 0,02084±0,000482 0,99

100×30 5,17±0,052 0,01262±0,000495 0,99 100×60 6,46±0,02 0,01967±0,000192 0,99 100×90 6,39±0,12 0,01881±0,0011 0,99

(Украина), в настоящее время выделенного в отдельное предприятие ООО "Метинвест – Ма-риупольский ремонтно-механический завод".

Для изучения деформированного состояния и формоизменения заготовки при ковке с различ-ными значениями обжатий, подач и углов канто-вок использовались методы компьютерного и физического моделирования. Компьютерное мо-делирование проводилось с помощью про-граммного комплекса конечно-элементного ана-лиза LS-Dyna. С некоторым допущением реша-лась изотермическая задача. Остальные исход-ные параметры задавались в соответствии с про-цессами ковки валов в условиях кузнечно-прессового цеха: бойки комбинированные (верхний боек – плоский, нижний – вырезной с радиусом выреза 300 мм (рисунок 1)); диаметр и длина заготовки – D0=550 мм, L0=1300 мм; мате-риал заготовки – сталь 25Х1М1Ф; температура обработки – t=1100 °С; скорость движения верх-него бойка – 50 мм/с. Бойки задавали, как абсо-лютно жесткие тела. Деформируемую заготовку разбивали на конечные элементы тетраэдриче-ской формы с длиной средней грани элемента 10 мм.

Для выполнения экспериментальных иссле-дований в масштабе 1:10 был изготовлен лабо-раторный комплект вырезных бойков из Ста-ли 45, который устанавливался на гидравличе-ском прессе номинальной силой 0,63 МН. Экс-перименты проводились на образцах из свинца сурьмянистого марки ССу.

В качестве варьируемых параметров, влияющих на кинематические характеристики процесса формоизменения заготовки, задавали:

– обжатие: Δh=50, 66 и 100 мм или относи-тельное обжатие – εh%=Δh/D·100 %=9,09, 12 и 18,18 %;

– ширину бойка (подачу): В=180, 240 и 300 мм или относительную подачу – B/D0=0,327, 0,436 и 0,545;

– угол кантовки: φ=30, 60 и 90°. При экспериментальных исследованиях диа-

пазон варьируемых параметров был расширен. Анализ полученных данных позволил уста-

новить, что распределение средней деформации от центра заготовки к периферии соответствует линейному закону при всех промоделированных режимах ковки с корреляцией близкой к 1. Та-ким образом, распределение интенсивностей де-формаций в поперечном сечении подчиняется закономерности:

ρ−= aee ii max. , где ei.max – максимальная интенсивность дефор-мации, наблюдаемая на оси; a – угловой коэф-фициент уменьшения деформации к периферии; ρ – радиус-вектор от центра заготовки до иссле-дуемой точки.

Расчетные значения угловых коэффициентов для единичной относительной подачи (B/D0=1) приведены в таблице 1.

Кроме того, оценивалась степень приближе-ния поперечного сечения кованой заготовки к круглой форме. Оценку проводили по отноше-нию периметра кованой заготовки к эквивалент-ному периметру круга, вычисленному через площадь поперечного сечения кованой заготов-ки. Соответственно, чем ближе к единице данное отношение, тем более точно выполнены требо-вания к поковке по геометрии.

В результате анализа полученной теоретиче-ской и экспериментальной информации были предложены способы [12,13] производства поко-вок валов ковкой в вырезных бойках.

В основу способа [12] положена задача уменьшения количества технологических пере-ходов при использовании одного комплекта ин-струмента и при улучшении условий проработки средних слоев заготовки, что позволяет снижать энергетические затраты, увеличивать произво-дительность процесса ковки и улучшать экс-плуатационные свойства поковок. Согласно дан-ному способу, проводят ковку заготовки про-тяжкой в комбинированных бойках за несколько




проходов с кантовками и дальнейшими обжа-тиями. Соответственно, обжатия при протяжке проводят с относительной подачей B/D0= =0,55…0,7 на степень деформации εh%=5…18 % с кантовками после каждого прохода на угол φ=60…90°, при этом больший угол кантовки обеспечивают при меньших степенях деформа-ции.

Режимы ковки с углом кантовки меньше 60° и относительной подачей больше чем 0,55, как и режимы ковки с углом кантовки больше 90° и при относительной подаче меньше 0,4…0,5 при-водят к относительно небольшой проработке внутренних слоёв заготовки (судя по показателю интенсивности деформации). Режимы ковки протяжкой с углами кантовки 60…90° при обжа-тиях 5…18 % и при относительных подачах бо-лее 0,55 приводят к высоким значениям интен-сивности деформации, которые обеспечивают заковку внутренних дефектов, улучшение тек-стуры поковок и улучшение эксплуатационных качеств изделий из поковок, полученных по дан-ному способу.

В основу способа [13] положена задача опре-деления углов кантовки, степеней деформации и размеров относительных подач заготовки, при которых поковка получает форму поперечного сечения, наиболее приближенную к круглой, что способствует экономии материала при дальней-шей механической обработке. Согласно данному способу, который включает в себя протяжку за-готовки комбинированными бойками за не-сколько проходов с кантовками и обжатиями, обжатия при протяжке выполняют на степень деформации εh%=5…12 % с кантовками после каждого прохода на угол φ=80…90°. При этом больший угол кантовки обеспечивают при меньших степенях деформации и при относи-тельной подаче B/D0=0,55…0,7. Увеличение или уменьшение угла кантовки или степени дефор-мации от указанных значений приводит к ухуд-шению показателей формы поперечного сечения круглых валов.

Реализация разработанных способов осуще-ствлена применительно к технологии ковки ро-ликов МНЛЗ. Для изготовления таких роликов по традиционной технологии в качестве исход-ной заготовки использовали шестигранные куз-нечные слитки массой 5000 кг (начальный диа-метр поперечного сечения 550 мм). Выплавку проводили в электродуговых печах, разливку слитка осуществляли сифонным способом. На-грев выполняли в газовых камерных печах с вы-катным подом и массой садки до 30 т. Ковку проводили на гидравлическом ковочном прессе номинальной силой 12,5 МН плоскими бойками

шириной 300 мм по схеме "круг-квадрат-круг" с обкаткой на круг на последнем проходе. Сум-марный уков составил 2,7 (конечный диаметр поперечного сечения вала 360 мм). Из изготов-ленной пробы был отрезан темплет, из опреде-ленных мест сечения которого отбирали образцы (рисунок 2), подвергнутые дальнейшей термиче-ской обработке: закалка и отпуск. После этого были определены механические свойства: пре-дел текучести σт, временное сопротивление раз-рыву σв, относительное удлинение δ5, относи-тельное сужение Ψ и твердость по Бринеллю НВ (таблица 2).

Ковка по новой технологии осуществлялась в комбинированных бойках с сохранением общего укова равным 2,7. Также из аналогичных мест поперечного сечения поковки вала (см. рисунок 2) были отобраны образцы для определения механических свойств поковки после дополни-

Рисунок 2 – Схема отбора образцов

для определения механических свойств поковки диаметром 360 мм

Таблица 2 – Механические свойства образцов

(традиционная технология)

№ σт, МПа

σв, МПа δ5, % Ψ, % Твердость,

НВ 1 1290 1370 12,5 44 415 2 1210 1350 12,5 48 415 3 1210 1300 9 55 415 4 1020 1150 11,5 53 302 5 980 1110 10,5 60 302 6 970 1090 13,5 62 341

Таблица 3 – Механические свойства образцов

(новая технология)

№ σт, МПа

σв, МПа δ5, % Ψ, % Твердость,

НВ 1 1120 1250 11,5 53 382 2 1210 1300 11,5 50 400 3 1210 1300 9 55 415 4 1210 1350 12,5 48 415 5 1210 1350 12,5 48 415 6 1310 1390 12,5 44 415




Таблица 4 – Сравнение механических характеристик металла поковок Режим ковки σт.max, МПа σт.ср, МПа σт.min,МПа σт.max/σт.ср σт.min/σт.ср

По традиционной технологии 1290 1113 970 1,16 0,87 По новой технологии 1310 1212 1120 1,08 0,92

тельной термической обработки (закалка и от-пуск). Результаты приведены в таблице 3.

Одной из базовых механических характери-стик является физический или условный предел текучести металла. В таблице 4 приведено срав-нение максимальных (σт.max) и минимальных (σт.min) значений предела текучести с его сред-ним значением (σт.ср) по поперечному сечению поковок, откованных по традиционной и новой технологиям. Для анализа использованы данные таблиц 2 и 3.

В результате изготовления поковок по новой технологии выявлено увеличение на 9 % средне-го значения предела текучести. Также удалось уменьшить с 29 до 16 % разброс значений пре-дела текучести по сечению, т.е. добиться более однородной структуры металла и равномерного распределения механических свойств. Мини-мальное значение предела прочности (временно-го сопротивления разрыву σв), как одной из наи-более лимитирующих механических характери-стик, увеличено на 15 %. Выводы

Показано, что использование схем ковки с реализацией макросдвигов является перспектив-ным направлением повышения качества поковок валов и улучшения эксплуатационных характе-ристик изделий. Разработаны технологические способы ковки поковок валов в комбинирован-ных бойках, позволяющие достигать интенсив-ных деформаций при использовании одного комплекта инструмента, т.е. путем выбора ра-циональных режимов ковки: углов кантовки, подач и обжатий заготовки. При этом области их значений для достижения показателей качества по механическим свойствам и по геометрии по-ковки достаточно близки, что позволяет оптими-зировать режимы ковки валов. Установлено, что закономерность распределения деформаций в поперечном сечении от центра к периферии по-ковки вала, откованной в комбинированных бойках по новым режимам, имеет линейный ха-рактер. При опробовании новой технологии ков-ки поковки роликов МНЛЗ (Сталь 25Х1М1Ф) в комбинированных бойках выявлено, что пред-ложенная технология позволяет повысить на 9…15 % основные механические характеристики поковок и существенно (с 29 до 16 %) снизить наследственную структурную и химическую не-однородность кованых изделий.

Список литературы 1. Тюрин В.А. Инновационные технологии

ковки с применением макросдвигов / Куз-нечно-штамповочное производство. Обра-ботка материалов давлением. – 2007. – №11. – С. 15-20.

2. Markov O. New technological process of shafts forging / New technologies and achievements in metallurgy and materials engineering. – Czestochowa (Poland): Quick-druk, 2012. – P. 414-418.

3. Kim Y., Cho J., Bae W. Efficient forging pro-cess to improve the closing effect of inner void on an ultra-large ingot / Journal of Materials Processing Technology. – 2011. – Issue 211. – P. 1005-1013.

4. Banashek G., Stefanik A. Theoretical and labor-atory modeling of the closure of metallurgical defects during forming of a forging / Journal of Materials Processing Technology. – 2006. – Is-sue 177. – P. 238-242.

5. Черный Б.П. Новая технология и оборудова-ние для радиальной ковки заготовок из бла-городных металлов с высокими обжатиями и дополнительными макросдвигами / Восточ-но-европейский журнал передовых техноло-гий. – 2005. – №1/1(13). – С. 39-43.

6. Патент 2242322 РФ, МКИ В21J13/02 К7/16. Четырехбойковое ковочное устройство / Во-лодин А.М., Конев Л.Г., Лазоркин В.А.; ОАО "Тяжпрессмаш". – №2003110915/02; заявле-но 16.04.03; опубл. 20.12.04. Бюл. №65.

7. Каргин С.Б. Инновационные технологии ковки крупных поковок / Вісник Національ-ного технічного університету України "Київ-ський політехнічний інститут". Серія: Ма-шинобудування. – 2010. – №60. – С. 165-168.

8. Patent JP3120591 Japan, МПК B21J5/00; B21J5/02; B21J5/06; B21K1/06. Method for forging round bar / Obata T.; Ishikawajima Ha-rima Heavy Ind. Co. Ltd. – №JP1992000253849; stated 28.08.1992; publ. 20.10.2000.

9. Banaszek G., Szota P. A comprehensive numer-ical analysis of the effect of relative feed during the operation of stretch forging of large ingot in profiled anvils / Journal of Materials Processing Technology. – 2005. – Issue 169. – P. 437-444.

10. Patent JP02108429 Japan, МПК B21J1/04; B21J1/00. Cross forging method for ingot / Nanba K.; Nippon Stainless Steel Co. Ltd. – №JP1988000263282; stated 19.10.1988; publ.




20.04.1990. 11. Patent JP2002102987 Japan, МПК B21J5/00;

B21J1/04; B21J13/02; B21J13/06; B21J1/00; B21J13/00. Heat forging method for billet / Ta-jima J.; Sumitomo Metal Ind. Ltd. – № JP2000000297348; stated 28.09.2000; publ. 09.04.2002.

12. Патент 74747 Україна, МПК B21J5/00. Спо-сіб кування заготовки / В.В. Кухар, О.В. Василевський, М.О. Лісовий и др. – № u201204821; заявлено 17.04.12; опубл. 12.11.12. Бюл. №21.

13. Патент 75646 Україна, МПК B21J5/00. Спо-сіб кування валів / В.В. Кухар, О.В. Василев-ський, М.О. Лісовий и др. – №u201206061; заявлено 21.05.12; опубл. 10.12.12. Бюл. №23.

References 1. Tyurin V.A. Innovatsionnye tekhnologii kovki s

primeneniem makrosdvigov [Innovational tech-nologies of forging with application of macro-shears]. Kuznechno-shtampovochnoe proizvod-stvo. Obrabotka materialov davleniem, 2007, Is-sue 11, pp. 15-20.

2. Markov O. New technological process of shafts forging. New technologies and achievements in metallurgy and materials engineering. Czesto-chowa (Poland), Quick-druk, 2012, pp. 414-418.

3. Kim Y., Cho J., Bae W. Efficient forging pro-cess to improve the closing effect of inner void on an ultra-large ingot. Journal of Materials and Processes Technology, 2011, Issue 211, pp. 1005-1013.

4. Banashek G., Stefanik A. Theoretical and labor-atory modeling of the closure of metallurgical defects during forming of a forging. Journal of Materials and Processes Technology, 2006, Is-sue 177, pp. 238-242.

5. Chernyi B.P. Novaya tekhnologiya i oborudo-vanie dlya radial'noy kovki zagotovok iz blago-rodnykh metallov s vysokimi obzhatiyami i dopolnitel'nymi makrosdvigami [New technolo-gy and equipment for radial forging of billets from noble metals with high pressures and addi-

tional macro-shears]. Vostochno-evropeyskiy zhurnal peredovykh tekhnologiy, 2005, Issue 1/1(13), pp. 39-43.

6. Patent 2242322 RF, В21J13/02 К7/16. Chetyre-khboykovoe kovochnoe ustroystvo [Four-anvils facility for forging]. Volodin A.M., Konev L.G., Lazorkin V.A.; JSC "Tyazhpressmash". No. 2003110915/02; stated 16.04.03; publ. 20.12.04. Bulletin No.65.

7. Kargin S.B. Innovatsionnye tekhnologii kovki krupnykh pokovok [Innovational technologies of forging of large forging-parts]. Visnyk Nacio-nal'nogo tehnichnogo universytetu Ukrai'ny "Kyi'vs'kyj politehnichnyj instytut". Serija: Ma-shynobuduvannja, 2010, Issue 60, pp. 165-168.

8. Patent JP3120591 Japan, B21J5/00; B21J5/02; B21J5/06; B21K1/06. Method for forging round bar. Obata T.; Ishikawajima Harima Heavy Ind. Co. Ltd. No.JP1992000253849; stated 28.08.1992; publ. 20.10.2000.

9. Banaszek G., Szota P. A comprehensive numer-ical analysis of the effect of relative feed during the operation of stretch forging of large ingot in profiled anvils. Journal of Materials and Process-es Technology, 2005, Issue 169, pp. 437-444.

10. Patent JP02108429 Japan, B21J1/04; B21J1/00. Cross forging method for ingot. Nanba K.; Nippon Stainless Steel Co. Ltd. No.JP1988000263282; stated 19.10.1988; publ. 20.04.1990.

11. Patent JP2002102987 Japan, B21J5/00; B21J1/04; B21J13/02; B21J13/06; B21J1/00; B21J13/00. Heat forging method for billet. Tajima J.; Sumi-tomo Metal Ind. Ltd. No.JP2000000297348; stated 28.09.2000; publ. 09.04.2002.

12. Patent 74747 Ukraine, B21J5/00. Sposib kuvan-nja zagotovky [Method for forging billet]. V.V. Kukhar, O.V. Vasylevskiy, M.O. Lisoviy et al. No.u201204821; stated 17.04.12; publ. 12.11.12. Bulletin No.21.

13. Patent 75646 Ukraine, B21J5/00. Sposib kuvan-nja valiv [Method for forging rods]. V.V. Kuk-har, O.V. Vasylevskiy, M.O. Lisoviy et al. No. u201206061; stated 21.05.12; publ. 10.12.12. Bulletin No.23.

V.V. Kukhar /Dr. Sci. (Eng.)/ Priazovskyi State Technical University (Mariupol, Ukraine) O.V. Vasilevskiy LLC "Metinvest – Mariupol Mechanical-Repair Plant" (Mariupol, Ukraine) A.V. Grushko /Dr. Sci. (Eng.)/ Vinnitsa National Technical University (Vinnitsa, Ukraine)

TECHNOLOGICAL IMPLEMENTATION OF MACROSHEAR DEFORMATION

IN SHAFTS BILLETS FORGING WITHOUT COMPLICATING THE TOOL DESIGN




Background. The main methods are analyzed of shafts billets forging requiring complication of tools design or the use of multiple sets of working tools. The necessity is substantiated of developing a method of shafts billets forging by broaching with the implementation of macroshears in traditional combined forging tools. Materials and/or methods. Research of deformation parameters and factors of cross-sectional shapes during shafts forging in the modes with different angles of rotation, relative feed rates and reduction rates is performed by finite element method (using software package LS-Dyna), and also experimen-tally on physical models made of lead. Results. Technological methods are developed of billets forging such as shafts in combined tools providing deformation intensification by implementing macroshear using only one set of working tools. In accordance with the method directed at reducing the number of operating steps and im-provement the deformation conditions of middle layers of billet, forging by broaching is performed in combined tools under the relative feed of 0.55...0.7, within the range of a reduction rate of 5…18 % and with billet rotation around the longitudinal axis by 60...90° after each reduction. The maximum angle of billet rotation they provide at minimum values of the reduction rates and the relative feed rates from 0.55 to 0.7. Technological process developed on the basis of research results of rollers forging in combined tools of continuous casting machine was used in the conditions of forging shop of PJSC "Ilyich Iron and Steel Works". Conclusion. The proposed technology allowed improving the basic mechanical properties of metal of caster rollers billets by 9...15 % and significantly to decrease (from 29 to 16 %) structural heteroge-neity of forged billets properties. Keywords: shafts forging, forging broaching, combined tools.

Статья поступила 20.08.2013 г. © В.В. Кухарь, О.В. Василевский, А.В. Грушко, 2014

Рецензент д.т.н., проф. В.В. Пашинский




УДК 669.15-194.55:621.785.5 Л.С. Малинов /д.т.н./, В.Л. Малинов /к.т.н./ ГВУЗ "Приазовский государственный технический университет" (Мариуполь, Украина)

ИЗНОСОСТОЙКИЕ МАРГАНЦОВИСТЫЕ СТАЛИ

С МЕТАСТАБИЛЬНЫМ АУСТЕНИТОМ И ЭФФЕКТОМ САМОЗАКАЛКИ ПРИ НАГРУЖЕНИИ

Приведены результаты исследований абразивной и ударно-абразивной износостойкости мар-ганцовистых сталей с метастабильным аустенитом и эффектом самозакалки при нагруже-нии, имеющих более низкое содержание марганца, чем в широко применяемой стали 110Г13Л. Показано, что управление в них количеством и стабильностью аустенита за счет изменения их состава и режимов термообработки применительно к условиям нагружения позволяет по-высить их механические свойства и износостойкость. Ключевые слова: сталь, метастабильный аустенит, эффект самозакалки при нагружении.


Важной проблемой в ресурсосбережении яв-ляется повышение долговечности деталей ма-шин, работающих в условиях абразивного и ударно-абразивного воздействия. Перспектив-ным направлением в увеличении сопротивления изнашиванию является создание экономнолеги-рованных сталей с эффектом самозакалки при нагружении. В промышленности Украины они не нашли широкого применения из-за недоста-точной изученности влияния химического соста-ва и режимов термообработки на их структуру, стабильность аустенита и свойства, что делает необходимым проведение соответствующих ис-следований. Актуальность таких исследований очевидна, поскольку это позволит разработать и внедрить в производство новые экономнолеги-рованные стали и режимы их термообработки, существенно повышающие эксплуатационную стойкость деталей, например, дробильнораз-мольного оборудования, что, соответственно, снизит затраты на изготовление новых сменно-запасных частей и ремонты. Анализ последних исследований и публика-ций

Широко применяемая в промышленности сталь 110Г13Л зачастую не обеспечивает высо-кую эксплуатационную стойкость деталей. Это приводит к большим затратам на изготовление сменно-запасных частей и ремонты оборудова-ния. Известно, что аустенит в этой стали стаби-лен по отношению к динамическому деформа-ционному мартенситному превращению при на-гружении (ДДМП), в связи с чем эффект самоза-калки при нагружении не используется.

В высокоуглеродистых марганцовистых ста-

лях получить метастабильный аустенит и реали-зовать этот эффект можно, снизив содержание марганца по сравнению со сталью 110Г13Л. Публикации по данному вопросу в отечествен-ной литературе немногочисленны. Одной из по-следних является работа [1]. В ней авторами обобщены результаты исследований в новом перспективном научном направлении, заклю-чающемся в том, что разработка экономнолеги-рованных сталей, чугунов, наплавочных мате-риалов, а также упрочняющих технологий осно-вывается на получении в сплавах многофазной метастабильной управляемо самотрансформи-рующейся структуры, одной из основных со-ставляющих которой является метастабильный аустенит. Его количеством и стабильностью не-обходимо управлять, оптимизируя их с учетом исходного химического и фазового составов применительно к конкретным условиям нагру-жения, что обеспечивает наиболее высокий уро-вень свойств.

Большие возможности в повышении свойств сплавов за счет получения в них структуры ме-тастабильного аустенита показаны также в рабо-тах [2…4]. Следует подчеркнуть, что И.Н. Бога-чевым и Р.И. Минцем впервые еще в середине прошлого века было предложено использовать метастабильный аустенит, претерпевающий ДДМП, для повышения кавитационной стойко-сти сталей [5]. Между тем, в литературе еще очень мало данных о влиянии различного со-держания марганца и режимов термообработки на износостойкость марганцовистых сталей при абразивном и ударно-абразивном изнашивании в зависимости от количества и стабильности ау-стенита. Не освещен вопрос о возможности по-вышения свойств этих сталей за счет дополни-




тельного легирования сильными карбидообра-зующими элементами, например, ванадием, а также создания на их основе наплавочных мате-риалов. Это является причиной того, что к ста-лям с меньшим содержанием марганца, чем в 110Г13Л, в отечественной промышленности не проявляется должного интереса, которого они, несомненно, заслуживают. Цель (задачи) исследования

Целью данной работы является изучение аб-разивной и ударно-абразивной износостойкости марганцовистых сталей с меньшим, чем в 110Г13Л, содержанием марганца, имеющих структуру метастабильного аустенита, а также установление возможности создания на их осно-ве наплавочных материалов для их широкого использования в промышленности. Основной материал исследования

Для установления основных закономерно-стей были исследованы стали с содержанием марганца 4, 6, 8 и 10 %, в т.ч. дополнительно ле-гированных ванадием, химический состав кото-рых приведен в таблице 1.

Исследованные стали закаливались с темпе-ратур: 850, 950 и 1050 °С. В ряде случаев после закалки проводили отпуск при 300 и 650 °С с выдержкой 1 ч. В работе применялись металло-графический, дюрометрический и рентгеновский фазовый анализы. Определение абразивной из-носостойкости осуществлялось на установке ти-па Бринелля-Хауорта. Абразивом служил квар-

цевый песок с размером частиц примерно 0,3 мм. Коэффициент динамичности, определен-ный по отношению твердости стали 110Г13Л после изнашивания к ее твердости до него [6], близок к 1 (Кд=1,1). За эталон принята износо-стойкость стали 110Г13Л, закаленной с 1100 °С. Ударно-абразивное изнашивание проводилось на установке, предусматривающей соударение вращающихся образцов с чугунной дробью раз-мером 1…2 мм, падающей под собственным ве-сом. Образцы крепились на диске, приводимом во вращение электродвигателем со скоростью вращения вала 1350 об/мин. Коэффициент дина-мичности составлял 2,5. Эталоном также служи-ла сталь 110Г13Л.

Изучалась также в сравнении с 110Г13Л из-носостойкость сталей 130Г6ФЛ, 130Г8ФЛ и 130Г10ФЛ в условиях воздействия дроби (диа-метром 1 мм), подаваемой сжатым воздухом под давлением 5 атм. При этом угол атаки образцов составлял 15 и 90°.

Фазовый состав сталей 120Г4Л, 120Г6Л и 120Г8Л приведен в таблице 2. Из полученных данных следует, что, чем выше в рассматривае-мых сталях концентрация марганца, тем больше после закалки от 850 и 950 °С в их структуре содержится аустенита и, соответственно, меньше мартенсита и карбидов. Закалка от 1050 °С обес-печивает получение полностью аустенитной структуры даже в стали 120Г4Л. Повышение температуры нагрева под закалку от 850 до 1050 °С приводит к снижению твердости во всех исследованных сталях, однако, наиболее высо-

Таблица 1 – Химический состав исследованных сталей с различным содержанием марганца

Сталь Химические элементы, масс.% С Mn Si V S P

120Г4Л 1,2 3,8 0,28 0,11 0,03 0,02 120Г6Л 1,18 6,1 0,22 0,13 0,028 0,025 120Г8Л 1,22 8,2 0,25 0,1 0,031 0,022

120Г8ФЛ 1,19 7,9 0,32 0,12 0,025 0,028 130Г4ФЛ 1,23 4,3 0,27 0,14 0,027 0,021 150Г4ФЛ 1,56 3,9 0,3 0,13 0,023 0,024 130Г6ФЛ 1,26 6,3 0,29 0,15 0,025 0,027 130Г8ФЛ 1,33 7,8 0,34 0,12 0,027 0,026 130Г10ФЛ 1,28 10,3 0,31 0,14 0,029 0,029

Таблица 2 – Влияние содержания марганца и температуры нагрева под закалку

на фазовый состав исследованных сталей

Сталь

Температура нагрева под закалку, °С 850 950 1050

аустенит, % мартенсит+ карбиды аустенит, % мартенсит+

карбиды аустенит, % мартенсит+ карбиды

120Г4Л 68 32 88 12 100 – 120Г6Л 85 15 95 5 100 – 120Г8Л 95 5 100 – 100 –




Таблица 3 – Влияние температуры нагрева под закалку на прирост мартенсита деформации (∆М, %) и абразивную износостойкость (ε1) исследованных сталей с различным содержанием марганца

Сталь Температура нагрева под закалку, °С

850 °С 950 °С 1050 °С ∆М, % ε1 ∆М, % ε1 ∆М, % ε1

120Г4Л 35 1,48 47 1,8 40 1,6 120Г6Л 45 1,74 40 1,6 35 1,5 120Г8Л 37 1,53 30 1,35 26 1,3

кий уровень сохраняется в стали с наименьшим содержанием марганца. Так после закалки от 850 °С твердость в сталях, содержащих 4, 6 и 8 % Mn, составляет, соответственно, 450, 330 и 280 НВ, а после закалки от 1050 °С – 268, 235 и 220 НВ.

Полученные данные свидетельствуют о том, что сопротивление абразивному изнашиванию определяется не твердостью, как обычно приня-то считать, а приростом мартенсита на изнаши-ваемой поверхности (таблица 3).

Абразивная износостойкость стали 120Г4Л возрастает по мере повышения температуры на-грева под закалку от 850 до 950 °С, а затем не-сколько снижается после закалки от 1050 °С (ри-сунок 1). Данные рентгеновского анализа свиде-тельствуют о том, что максимальная износо-стойкость соответствует наибольшему приросту мартенсита деформации на изнашиваемой по-верхности под воздействием абразивных частиц. Закалка с 1050 °С стабилизирует аустенит по отношению к деформационному мартенситному превращению за счет более полного растворения карбидов и, соответственно, снижает прирост мартенсита деформации и абразивную износо-стойкость. У сталей 120Г6Л и 120Г8Л с повы-шением температуры нагрева под закалку от 850 до 1050 °С абразивная износостойкость снижа-ется (рисунок 1). В исследованных сталях такая

же закономерность наблюдается после закалки от 1050 °С по мере увеличения концентрации марганца. Ее наиболее высокий уровень имеет место у стали 120Г4Л, а наименьший – у стали 120Г8Л. Это обусловлено стабилизацией аусте-нита под влиянием марганца и, соответственно, снижением прироста мартенсита деформации (таблица 3). Полученные данные позволяют за-ключить, что для обеспечения наиболее высокой абразивной износостойкости у стали необходимо иметь преимущественно структуру метастабиль-ного аустенита, способного интенсивно превра-щаться в мартенсит деформации. Его прирост на изнашиваемой поверхности должен составлять ≥45 %.

Установлено, что низкий отпуск, стабилизи-рующий аустенит, снижает абразивную износо-стойкость, а высокий, уменьшающий устойчи-вость аустенита к ДДМП, ее увеличивает. Так сталь 120Г8Л после закалки от 1050 °С, отпуска при 300 и 650 °С в течение 1 ч имеет, соответст-венно, ε1=1,3, 1,2 и 1,5. Следует подчеркнуть, что самую низкую абразивную износостойкость (ε1=1,1) имеет эта сталь после отпуска при 550 °С 1 ч, разлагающего практически полно-стью метастабильный аустенит, несмотря на по-лучение высокой твердости до HRC 52. Этот ре-зультат обусловлен невозможностью протекания ДДМП при абразивном воздействии.

Рисунок 1 – Влияние температуры нагрева под закалку на относительную абразивную

износостойкость сталей

Рисунок 2 – Относительная абразивная (ε1) и ударно-абразивная (ε2) износостойкость сталей 120Г4Л, 120Г6Л и 120Г8Л, закаленных с 1050 °С

ε1

120Г8Л

120Г4Л

ε2




Таблица 4 – Механические свойства исследованных сталей, содержащих 4, 6 и 8 % Mn, после закалки от 1050 °С

Сталь Предел текучести, σ0,2, МПа

Предел прочности, σв, МПа

Относительное сужение, δ, %

Ударная вязкость, KCU, МДж/м2

120Г4Л 280 300 2 0,1 120Г6Л 305 570 6 0,4 120Г8Л 340 760 10,8 0,9

Таблица 5 – Механические свойства стали 120Г8Л после закалки с различных температур,

а также отпуска при 300 °С 1 ч после закалки с 1100 °С

Температура, °С Предел текучести, σ0,2, МПа

Предел прочности, σв, МПа

Относительное сужение, δ, %

Ударная вязкость, KCU, МДж/м2

950 310 695 8,8 0,75 1000 330 730 10,3 0,8 1100 345 770 12,5 0,98

1100+ +отпуск 300 (1 ч) 354 810 13,8 1,1

Зависимость ударно-абразивной износостой-

кости от содержания марганца и температуры нагрева под закалку иная, чем при абразивном изнашивании. Чем выше содержание марганца в стали и температура нагрева под закалку (соот-ветственно, стабильнее аустенит по отношению к ДДМП), тем больше сопротивление изнашива-нию. После закалки с 1050 °С исследованные стали по ее возрастанию располагались следую-щим образом: 120Г4Л, 120Г6Л и 120Г8Л. Это иллюстрирует рисунок 2, на котором для ука-занных сталей приведена относительная ударно-абразивная износостойкость (ε2) в сопоставлении с абразивной (ε1).

Невысокое сопротивление стали разрушению в условиях ударно-абразивного воздействия при малой стабильности аустенита и большом коли-честве образующегося под влиянием динамиче-ских нагрузок мартенсита деформации обуслов-лено его большой хрупкостью. Низкий и высо-кий отпуск, проведенные после закалки, оказы-вают противоположное влияние на ударно-абразивную износостойкость (Кд=2,5) по срав-нению с их влиянием на сопротивление абразив-ному воздействию (Кд=1,1). Низкий отпуск, по-вышающий стабильность аустенита, увеличива-ет сопротивление разрушению при ударно-абразивном воздействии, а высокий, дестабили-зирующий аустенит, снижает его. В стали 120Г8Л после закалки от 1050 °С, отпуска при 300 и 650 °С в течение 1 ч. Относительная удар-но-абразивная износостойкость составляет, со-ответственно, ε2=0,9, 1 и 0,7.

Изменение механических свойств под влия-нием увеличения содержания марганца или по-вышения температуры нагрева под закалку и отпуска происходит аналогично ударно-абра-зивной износостойкости. Чем больше в стали

содержание марганца и температура нагрева под закалку, тем выше уровень механических свойств (таблица 4 и 5), что можно объяснить более постепенным развитием деформационного мартенситного превращения. В этом же направ-лении влияет низкотемпературный отпуск (таб-лица 5).

Легирование ванадием стали 120Г8Л в коли-честве 0,12 % повышает уровень ее механиче-ских свойств. Так после закалки от 1100 °С она имеет: σ0,2=365 МПа, σв=795 МПа, δ=13 % и KCU=1,05 МДж/м2. Это обусловлено получени-ем мелкого зерна аустенита (балл 4,5) по сравне-нию с нелегированной ванадием сталью (балл 0…2), а также присутствием в структуре дис-персных карбидов ванадия. Легирование ванади-ем стали с 8 % Mn повышает ее абразивную и ударно-абразивную износостойкость на 10…15 %. Дополнительное измельчение зерна в стали 120Г8ФЛ может быть достигнуто термообработ-кой, включающей нагрев на 550 °С и выдержку 1 ч, в результате чего аустенит разлагается на феррито-карбиную смесь, и последующую за-калку. После такой обработки в стали 120Г8ФЛ получен наиболее благоприятный уровень меха-нических свойств: σ0,2=380 МПа, σв=820 МПа, δ=14 % и KCU=1,15 МДж/м2.

Неоднозначное влияние температуры нагре-ва под закалку в интервале 800…1200 °С на аб-разивную износостойкость обнаружено у сталей 130Г4ФЛ, 150Г4ФЛ и 130Г6ФЛ. До определен-ной для каждой стали температуры нагрева под закалку вначале она увеличивается, а затем сни-жается. Первое обусловлено возрастанием коли-чества аустенита в структуре сталей за счет все более полного растворения карбидов и интенси-фикацией ДДМП, а второе – повышением ста-бильности аустенита при чрезмерном растворе-




нии карбидов и, соответственно, снижением их доли в структуре. Установлено, что для первой из приведенных выше сталей оптимальной тем-пературой является 1000 °С (ε1=2,5), для второй – 1100 °С (ε1=3), а для третьей – 900 °С (ε1=2,2). Наиболее низкая износостойкость у рассматри-ваемых сталей наблюдается в том случае, когда после закалки с 800 °С они имеют высокую твердость (50…55 НRC) и преимущественно мартенситно-карбидную структуру.

Изучалась износостойкость сталей 130Г6ФЛ, 130Г8ФЛ и 130Г10ФЛ в условиях воздействия дроби, подаваемой сжатым воздухом. Стали бы-ли закалены с 1100 °С в воде и имели структуру метастабильного аустенита с небольшим коли-чеством карбидов. Установлено, что при малом угле атаки (15°), когда дробь производит пре-имущественно абразивное воздействие на по-верхность образцов, наибольшую износостой-кость имеет сталь с 6 % марганца, а наименьшую – с 10 % (130Г6ФЛ – ε1=1,6; 130Г8ФЛ – ε1=1,3; 130Г10ФЛ – ε1=1,1). Малая стабильность аусте-нита, обеспечивающая возможность образования мартенсита при сравнительно небольших де-формациях, позволяет наиболее эффективно по-высить сопротивление сталей разрушению. По мере увеличения концентрации марганца и по-вышения стабильности аустенита количество мартенсита деформации становится все меньше, что и определяет снижение износостойкости. Напротив, при испытаниях, когда реализуется наиболее сильное ударное воздействие дроби (угол атаки 90°), исследованные стали в зависи-мости от содержания в них марганца и, соответ-ственно, стабильности аустенита располагаются по износостойкости в ином, чем в предыдущем случае, порядке. Наибольший ее уровень имеет сталь 130Г10ФЛ с повышенной стабильностью аустенита (ε2=1,2), а наименьший – 130Г6ФЛ (ε2=0,6) со сравнительно низкой его стабильно-стью. Из этого следует, что для различных усло-вий дробеструйного воздействия необходимо за счет изменения состава получить требуемую стабильность аустенита.

Широкие возможности открывает создание наплавочных материалов, обеспечивающих в наплавленном металле получение метастабиль-ного аустенита. Проведением низкотемператур-ного отжига, обычно применяемого для снятия напряжений после наплавки, в наплавленном металле получают структуру с наибольшим со-противлением разрушению в соответствующих условиях абразивного воздействия. С учетом того, что высокоуглеродистый марганцовистый наплавленный металл плохо обрабатывается ре-занием, разработаны низкоуглеродистые напла-

вочные материалы. Наплавленный ими металл, содержащий 4…10 % марганца, лишен указан-ного недостатка. После цементации в его струк-туре образуется метастабильный аустенит, что обеспечивает более высокую износостойкость в условиях абразивного и ударно-абразивного воз-действия, по сравнению со сталью 110Г13Л. Чем больше величина ударных нагрузок, тем выше должна быть стабильность аустенита. Ее регули-руют изменением химического состава и термо-обработкой. Выводы

1. Сплавы с более низким, чем в стали 110Г13Л, содержанием марганца, имеющие структуру метастабильного аустенита, реали-зующие эффект самозакалки при нагружении, являются эффективными износостойкими мате-риалами, способными заменить при абразивном и ударно-абразивном воздействии широко при-меняемую в промышленности сталь 110Г13Л.

2. В зависимости от требований к свойствам и условий эксплуатации экономнолегированных марганцем сталей необходимо выбором рацио-нального состава и режима термообработки управлять их структурой, регулируя в ней коли-чество метастабильного аустенита и развитие ДДМП, что позволяет существенно повысить их механические свойства и износостойкость.

3. Легирование ванадием (0,1…0,15 %) по-зволяет измельчить зерно и повысить сопротив-ление абразивному воздействию. Получить бо-лее мелкое зерно также можно термообработкой, включающей разложение аустенита на феррито-карбидную смесь с последующей закалкой.

4. Перспективным направлением исследова-ний является разработка марганцовистых напла-вочных материалов, обеспечивающих в наплав-ленном металле структуру метастабильного ау-стенита и реализацию эффекта самозакалки при нагружении. Список литературы 1. Малинов Л.С., Малинов В.Л. Ресурсосбере-

гающие экономнолегированные сплавы и упрочняющие технологии, обеспечивающие эффект самозакалки. – Мариуполь: Рената, 2009. – 567 с.

2. Liu J., Lin L., Liu R. Research and development of new type TRIP-steels under UNISPAR / Shanghai Metals. – 2009. – Issue 1. – P. 22-25.

3. Tsuchida N., Morimoto Y., Tonan T. Defor-mation martensitic transformations at various temperatures and their impact on TRIP-corrosion-resistant steels / ISIJ International. – 2011. – Issue 1. – P. 124-129.




4. Yi H., Lee K., Bhadeshian H. The mechanical stability of residual austenite in TRIP-steels / Materials Science and Engineering. – 2011. – Issue 18. – P. 590-593.

5. Богачев И.Н., Минц Р.И. Повышение кави-тационно-эрозионной стойкости деталей ма-шин. – М.: Машиностроение, 1964. – 142 с.

6. Петров И.В., Домбровская И.К. Повышение долговечности рабочих органов дорожных машин наплавкой. – М.: Транспорт, 1970. –104 с.

References 1. Malinov L.S., Malin V.L. Resursosberegayu-

shchie ekonomnolegirovannye splavy i uproch-nyayushchie tekhnologii, obespechivayushchie effekt samozakalki [Resource saving cost-al-loyed alloys and hardening technology, provid-ing self-hardening effect], Mariupol, Renata, 2009, 567 p.

2. Liu J., Lin L., Liu R. Research and development

of new type TRIP-steels under UNISPAR. Shanghai Metals, 2009, Issue 1, pp. 22-25.

3. Tsuchida N., Morimoto Y., Tonan T. Defor-mation martensitic transformations at various temperatures and their impact on TRIP-corro-sion-resistant steels. ISIJ International, 2011, Is-sue 1, pp. 124-129.

4. Yi H., Lee K., Bhadeshian H. The mechanical stability of residual austenite in TRIP-steels. Materials Science and Engineering, 2011, Issue 18, pp. 590-593.

5. Bogachyov I.N., Mints R.I. Povyshenie kavita-tsionno-erozionnoy stoykosti detaley mashin [Increased cavitation-erosion resistance of ma-chine parts], Moscow, Mashinostroenie, 1964, 142 p.

6. Petrov I.V., Dombrovskaya I.K. Povyshenie dol-govechnosti rabochikh organov dorozhnykh ma-shin naplavkoy [Increased longevity of working bodies of road machines using overlaying weld-ing], Moscow, Transport, 1970, 104 p.

L.S. Malinov /Dr. Sci. (Eng.)/, V.L. Malinov /Cand. Sci. (Eng.)/ Priazovsky state technical university (Mariupol, Ukraine)

WEAR-RESISTANT MANGANESE STEEL WITH METASTABLE AUSTENITE

AND THE EFFECT OF SELF-HARDENING UNDER LOADING Background. Steel 110G13L is widely used in industry and having a stable austenite structure with respect to the formation of deformation martensite often does not provide high wear resistance of the parts. This leads to higher costs for the manufacture of spare parts and equipment repair. In this pa-per, the task was to increase the wear resistance of high-manganese steels by obtaining metastable austenite in them and implementation of self-hardening effect under loading. Materials and/or methods. In this work, steels are investigated with a manganese content of 4, 6, 8 and 10 %, including additionally doped with vanadium. Metallographic, durametric and X-ray phase analyses were used. Abrasive and impact-abrasive resistance wear were determined. Results. It is shown that steels with manganese content lower than in steel 110G13L having the struc-ture of metastable austenite, providing self-hardening effect under loading are effective wear-resistant materials capable to replace the steel 110G13L widely used in industry in abrasive and impact-abrasive conditions. Depending on the requirements to the properties and operating conditions it is necessarily to control steel structure by choosing the rational composition and heat treatment sched-ule, adjusting the quantity of metastable austenite and DDMT (dynamic deformation martensite trans-formation) development in it that can significantly improve the mechanical properties and wear re-sistance. It is promising the development of manganese surfacing materials, providing the weld metal structure of metastable austenite. Conclusion. Conducted studies show the feasibility of a production for resource saving the wear-resistant materials with self-hardening effect during loading. Keywords: steel, metastable austenite, self-hardening effect under loading.

Статья поступила 20.08.2013 г. © Л.С. Малинов, В.Л. Малинов, 2014 Рецензент д.т.н., проф. А.Д. Рябцев




УДК 621.577 А.М. Павленко /д.т.н./, Б.О. Усенко, А.В. Кошлак /к.т.н./ Полтавский национальный технический университет им. Юрия Кондратюка (Полтава, Украина)

АНАЛИЗ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ С АМОРФНОЙ СТРУКТУРОЙ

Разработан алгоритм решения тепловой задачи скоростного охлаждения расплавленных ме-таллов и сплавов с целью формирования аморфной структуры. Этот процесс реализуются путём быстрого теплоотвода и обеспечения высокой скорости охлаждения расплава. При этом скорость охлаждения расплава должна быть выше 104…106 К/с для сплавов и 106 К/с для чистых металлов. Аморфную структуру наплавленного металла можно получить только при взаимодействии таких факторов, как скорость охлаждения, толщина слоя расплава и масса наплавленного металла, которые непосредственно влияют на образование аморфной струк-туры металла. Скорость охлаждения сплавов рассчитывалась путем численного решения за-дачи теплообмена между тонким слоем расплава и массивной металлической пластиной с вы-сокой теплопроводностью. По результатам экспериментального исследования была получена аморфная структура наплавленного металла, определены условия реализации новой техноло-гии охлаждения. Ключевые слова: закалка, аморфная структура, скорость охлаждения, наплавка.


Сплавы с аморфной структурой имеют высо-кую твёрдость, прочность, вязкость разрушения, коррозионную стойкость которые изменяются в зависимости от химического состава сплава. Аморфные сплавы являются идеальными мате-риалами для применения в области теплоэнерге-тического машиностроения. Для формирования аморфной структуры при охлаждении расплава металла процесс кристаллизации нужно предот-вращать обеспечением скорости охлаждения не менее 104 К/с для сплавов и 106 К/с для чистых металлов. При этом кристаллизация не происхо-дит, т.к. за столь короткое время атомы не успе-вают переместиться на расстояние, при котором формируется кристаллическая решетка. В связи с чем, актуальной задачей является разработка метода охлаждения, который обеспечит высокий коэффициент теплопередачи на границе раздела между расплавом и охлаждающей средой и дос-таточно тонкое сечение поверхностного слоя металла, чтобы тепло отводилось за короткий промежуток времени. Анализ последних исследований и публика-ций

Сверхвысокие скорости охлаждения жидкого металла для получения аморфной структуры можно реализовать различными способами. Об-щим в них является необходимость обеспечения

скорости охлаждения не ниже 104…106 К/с. По-скольку тепло, передаваемое расплавом газам и жидкостям, обычно меньше тепла, передаваемо-го твердым телам (вследствие весьма высокой теплопроводности последних), в методах быст-рой закалки из жидкости используются твердые металлические охлаждающие поверхности: рас-плавленный металл растекается по такой по-верхности тонким слоем и впоследствии затвер-девает. Было предложено множество различных способов реализации этого принципа [1]. Разли-чают дискретные и непрерывные методы обра-зования металлических стекол.

Известны методы катапультирования капли на холодную пластину, распыление струи газом или жидкостью, центрифугирование капли или струи, расплавление тонкой пленки поверхности металла лазером с быстрым отводом тепла мас-сой основного металла, сверхбыстрое охлажде-ние из газовой среды и др. [2]. Используя эти методы, можно создать ленту шириной 15 мм и толщиной 30...40 мкм, проволоку и порошки, но для формирования поверхностного слоя деталей с аморфной структурой данные методы не пред-назначены. Исследование процесса формирова-ния поверхностного слоя металла с аморфной структурой методом наплавления дает возмож-ность создавать детали с поверхностным слоем, который будет обладать особыми механически-ми свойствами.




Цель (задачи) исследования Целью настоящей работы является исследо-

вание теплофизических процессов при формиро-вании аморфной структуры металлов методом наплавления, в результате чего будет разработа-на наиболее оптимальная технология создания аморфного слоя металлов и условия реализации предложенной технологии охлаждения. Для дос-тижения поставленной цели следует решить за-дачу скоростного охлаждения в процессе струк-турообразования поверхностного слоя аморфных металлов. Основной материал исследования

В технологии закалки из жидкого состояния слой расплавленного металла контактирует с поверхностью массивного тела (телом-холо-дильником) и охлаждается посредством отведе-ния тепла в его внутренние слои. В этом случае процессы формирования первичной структуры сплавов, а также дальнейшие твердофазные пре-вращения сопровождаются образованием разных типов метастабильных структурных состояний (аморфной структуры), экспериментальному ис-следованию которых посвящена данная работа.

Для образования аморфной структуры ме-талла были наплавлены образцы из низколеги-рованной стали.

Структура наплавленного металла определя-ется условиями охлаждения, которые влияют на процессы затвердения металла и на диффузион-ные процессы. Поэтому на опытной наплавоч-ной установке для электродуговой наплавки по-рошковой и сплошной проволокой в углекислом газе УД-209 УХЛ 4 была предусмотрена система принудительного охлаждения поверхностного слоя расплава.

Для изучения структуры наплавленного ме-талла, исследования закономерностей образова-ния структуры и зависимостей ее влияния на ме-

ханические, электрические и другие свойства металла после наплавки были выполнены метал-лографические исследования, в результате кото-рых установлено, что наплавленный слой имеет кристаллическую, в основном ферритную струк-туру.

При остывании слоя (рисунок 1) кристаллы растут в направлении, обратному отведению те-пла, вглубь жидкой ванны, и металл приобретает столбчатую структуру. Кристаллит состоит из отдельных дендритов, которые имеет общую направленность, а также разную разветвлен-ность. Группа дендритов образует столбчатый кристаллит. В корне наплавленного слоя, ближе к переходной зоне, дендриты разветвлены ми-нимально.

При более высоких скоростях охлаждения в наплавленном металле этих сталей кроме ферри-та и перлита присутствуют также мартенсит, бейнит и остаточный аустенит. Мартенсит опре-деляется в таких сталях как бесструктурный, а бейнит представляет собой ферритокарбидную смесь высокой дисперсности. Количество ука-занных структурных составляющих изменяется в зависимости от температурного цикла наплав-ки [3].

Т.к. структура исследованных образцов, представленная на рисунке 1, имеет кристалли-ческое строение, можно сделать вывод о том, что без применения технологических приемов во время наплавки, которые направлены на увели-чение скорости охлаждения расплава, с целью быстрого отвода тепла, получить аморфную структуру наплавленного металла невозможно.

Известно, что при наплавке скорость охлаж-дения расплава напрямую зависит от погонной энергии процесса, с уменьшением погонной энергии скорость охлаждения возрастает. Зна-чимым параметром режима наплавки, который влияет на погонную энергию, является скорость

Рисунок 1 – Структура наплавленного металла (C % 0,12; Mn % 2,04; Si % 0,48; Cr % 0,98; Ni % 0,07; S % 0,015; P % 0,04)




Рисунок 2 – Структура наплавленного металла (C % 0,22; Mn % 2,09; Si % 0,28; Cr % 1,57; Ni % 0,12; S % 0,012; P % 0,029)

наплавки Vн. С увеличением скорости наплавки снижается погонная энергия, что в свою очередь увеличивает скорость охлаждения процесса [4].

Наплавку последующих образцов проводили с увеличением скорости наплавки Vн до 16…18 м/ч, остальные параметры режима оставили без изменений. Результаты металлографических ис-следований представлены на рисунке 2, откуда следует, что увеличение скорости наплавки при-вело к измельчению зерен и улучшению струк-туры металла.

С целью быстрого отвода тепла от места на-плавки на наплавочной установке было исполь-зовано приспособление для охлаждения распла-ва при помощи дополнительного обдувания зо-ны наплавки углекислым газом, что дало воз-можность добиться высокой скорости охлажде-ния расплава. При увеличении скорости тепло-отвода металлографическими исследованиями зафиксирована квазиаморфная структура на-плавленного металла (рисунок 3) и аморфная структура металла (рисунок 4). В нормальном сечении наплавленного образца оплавленный поверхностный слой имеет вид сплошной белой

полосы, нижний край которой совпадает с гра-ницей оплавления (рисунок 4а). В пределах этой полосы отсутствуют какие-либо металлографи-ческие признаки кристаллического строения сплава. Не выявляются они и в зоне перекрытия соседних слоев металла. Металлографически в сплавах с аморфно-кристаллической структурой выявляются протяженные участки произвольной формы без признаков травимости (рисунок 4б). Микротвердость этих зон близка к свойствам аморфных лент соответствующих составов и ха-рактеризуется более равномерным распределе-нием в сравнении со смежными областями, имеющими кристаллическое строение.

Необходимую структуру наплавленного ме-талла можно получить только при взаимодейст-вии таких факторов, как скорость охлаждения, толщина слоя расплава и масса наплавленного металла, которые непосредственно влияют на образование аморфной структуры металла.

Скорость охлаждения сплавов рассчитыва-лась путем численного решения задачи теплооб-мена между тонким слоем расплава и массивной металлической пластиной с высокой теплопро-

Рисунок 3 – Квазиаморфная структура наплавленного металла




а б Рисунок 4 – Аморфная структура наплавленного металла,

полученная при скоростном охлаждении в среде углекислого газа (а), в т.ч. с добавлением легирующих элементов (б):

А и К – аморфная и кристаллическая структура металла

водностью [5]. В процессе охлаждения слоя рас-плавленного металла температура верхних слоев массива повышается и соответствует условиям теплопередачи со стороны расплава, тогда как на большом расстоянии от рабочей поверхности ее температура не изменяется [6] (рисунок 5).

Упрощенная схема отведения тепла с усло-вием, что температура расплава изменяется в направлении перпендикулярном контактной по-верхности, может быть представлена уравнени-ем теплопроводности в виде [7]:

21

112

111

11),(),(

xtxTk

ttxTc

∂∂

=∂

∂ρ ,

где T1(x1,t), c1, ρ1 и k1 – температура, теплоем-кость, плотность и теплопроводность расплава; t – время.

Начальное условие

TTxT пл Δ+=)0,( 11 , где Тпл – температура плавления исследуемого металла; ΔT – степень предыдущего перегрева расплава.

Граничные условия: – при х1=0

0),0(

1

1 =∂

∂−

xtTk ;

– при х1=l

)],0(),([),(21

1

1 tTtlTx

tlTk −α=∂

∂− ,

где α – коэффициент теплопередачи на границе расплав-массив; T2(x2,t) – температура массива.

Для формализации процессов отведения теп-ла в массив использовали общее уравнение теп-лопроводности для соответствующего материа-ла, а также условия, отражающие физические аспекты тепловой задачи:

22

222

222

22),(),(

xtxTk

ttxTc

∂∂

=∂

∂ρ ,

022 )0,( TxT = ,

)],(),0([),0(12

2

22 tlTtT

xtTk −α=

∂∂

− ,

где c2, ρ2 и k2 – теплоемкость, плотность и теп-лопроводность подложки; T0 – начальная темпе-ратура массива (х2=0).

В результате решения вышеприведенных уравнений были получены графики зависимости

Рисунок 5 – Схема охлаждения:

l – толщина слоя расплава; x1 и х2 – координата в направлении

теплоотвода в границах, соответственно, слоя расплава (0≤х1≤l) и подложки (0≤х2≤∞)




Рисунок 6 – Зависимости скорости охлаждения

алюминия и никеля от толщины расплава при разных значениях коэффициента

теплопередачи α (Вт/(м2·К)): 1 – 107; 2 – 5·106; 3 – 106; 4 – 5·105; 5 – 105;

6 – 5·104; 7 – 104; 8 – 5·103; 9 – 103

Рисунок 7 – График зависимости степени

аморфизации от толщины наплавляемого слоя и массы наплавленного металла

скорости охлаждения для алюминия и никеля от толщины расплава при разных значениях коэф-фициента теплопередачи α (рисунок 6).

Для формализации представления о структу-ре материалов был введен показатель – степень аморфизации (отношение объема металла к объ-ему кристаллов). На рисунке 7 показан график, характеризующий зависимость степени аморфи-

зации от толщины расплавленного слоя и массы наплавленного металла при скорости охлажде-ния 104 К/с.

Как видно из графика на рисунке 6 значение скоростей охлаждения заметно прогрессируют с уменьшением толщины расплава.

Другими технологическими факторами, с помощью которых можно управлять режимом скоростного охлаждения расплава, являются степень перегрева расплава и исходная темпера-тура массива.

При изменении температуры подложки от -200 до 200 °С наблюдается снижение скорости охлаждения, таким образом можно прийти к вы-воду, чем ниже температура подложки тем выше скорость охлаждения. Выводы

Результаты теоретических расчетов по уп-рощенной математической модели позволяют оценить скорость охлаждения расплава и веро-ятность образования аморфной структуры ме-талла.

Используя результаты проведенных теорети-ческих и экспериментальных исследований, можно прогнозировать степень аморфизации при заданных технологических режимах обра-ботки деталей.

Исследование влияния скорости охлаждения (интенсивности теплоотвода), толщины наплав-ляемого слоя и массы наплавляемого металла на основные механические свойства металлов и полученные уравнения регрессии дают возмож-ность прогнозировать необходимые свойства наплавляемого слоя на этапе настройки техноло-гических режимов скоростного охлаждения. Список литературы 1. Металлические стёкла / Под ред. Дж.Дж.

Гилмана и Х.Дж. Лими. Пер. с англ. – М: Металлургия, 1984. – 264 с.

2. Судзуки К., Фудзимори Х., Хасимото К. Аморфные металлы / Под. ред. Ц. Масумото. Пер. с япон. – М.: Металлургия, 1987. – 328 с.

3. Formation of a submicrocrystalline structure upon dynamic deformation of aluminum alloys / I.G. Brodova, I.G. Shirinkina, O.A. Antonova et al. // Materials Science and Engineering A. – 2009. – Vol.503. – P. 103-105.

4. Молодык Н.В., Зенкин А.С. Восстановление деталей машин: Справочник. – М.: Машино-строение, 1989. – 480 с.

5. Capriccioli A., Frosi P. Multipurpose ANSYS FE procedure for welding processes simulation / Fusion Engineering and Design. – 2009. –




Vol.84, Issues 2-6. – P. 546-553. 6. Мирошниченко И.С. Закалка из жидкого со-

стояния. – М.: Металлургия, 1982. – 168 с. 7. Saha S.C., Debbarma S., Seena P. A review of

heat transfer analysis in fusion welding / Inter-national Journal of Research in IT, Management and Engineering. – 2010. – Vol.1, Issue 3. – P. 337-353.

References 1. Metallicheskie stekla [Metallic glasses], Edited

by J.J. Gilman and H.J. Limi, Translation from English, Moscow, Metallurgiya, 1984, 264 p.

2. Suzuki K., Fuzimori H., Hasimoto K. Amorfnye metally [Amorphous metals], Edited by C. Ma-sumoto, Translation from Japanese, Moscow, Metallurgiya, 1987, 328 p.

3. Brodova I.G., Shirinkina I.G., Antonova O.A. et al. Formation of a submicrocrystalline structure

upon dynamic deformation of aluminum alloys. Materials Science and Engineering A, 2009, Vol.503, pp. 103-105.

4. Molodyk N.V., Zenkin A.S. Vosstanovlenie de-taley mashin: Spravochnik [Recovery machine parts: Handbook]. Moscow, Mashinostroenie, 1989, 480 p.

5. Capriccioli A., Frosi P. Multipurpose ANSYS FE procedure for welding processes simulation. Fusion Engineering and Design, 2009, Vol.84, Issues 2-6, pp. 546-553.

6. Miroshnichenko I.S. Zakalka iz zhidkogo sosto-yaniya [Quenching from the liquid state]. Mos-cow, Metallurgiya, 1982, 168 p.

7. Saha S.C., Debbarma S., Seena P. A review of heat transfer analysis in fusion welding. Interna-tional Journal of Research in IT, Management and Engineering, 2010, Vol.1, Issue 3, pp. 337-353.

А.М. Pavlenko /Dr. Sci. (Eng.)/, B.O. Usenko, H.V. Koshlak /Cand. Sci. (Eng.)/ Yuri Kondratyuk Poltava National Technical University (Poltava, Ukraine)

ANALYSIS OF THERMAL PROCESSES IN THE SURFACE LAYER FORMATION

WITH AMORPHOUS STRUCTURE Background. Amorphous alloys have high hardness, strength, corrosion resistance, which vary de-pending on the chemical composition. Alloys can be used in heat and power machine building, to rein-force the working parts of power plants. Amorphous structure can not be obtained without the ultra-high cooling rates in the process of structure formation. In order to form an amorphous structure an urgent task of this study is to solve the problem of high-speed cooling of the melt. Materials and/or methods. In solving the determined problem, the cooling rate of the alloys was cal-culated by numerical solution of the heat transfer task between a thin layer of melt and solid metal plate with high thermal conductivity. For the formalization of the heat load in the array it is used a general heat transfer equation for the suitable material, as well as conditions that reflect the physical aspects of the thermal task. Results. By the results of experimental study, it was obtained the amorphous structure of the surfacing metal. Investigation of the influence of cooling rate (intensity of the heat removal), the thickness of the deposited layer and the mass of surfacing metal on the basic mechanical properties of metals and the resulting regression equations can be used for prediction of the required properties of the deposited layer during the setup stage of high-speed cooling technological regimes. Technological factors are determined, with which the regime of high-speed cooling of the melt can be controlled. Conclusion. Theoretical calculations based on a simplified mathematical model allowed us to esti-mate the cooling rate of the melt and the probability of obtaining the amorphous structure of the met-al. Keywords: quenching, amorphous structure, cooling rate, surfacing.

Статья поступила 20.08.2013 г. © А.М. Павленко, Б.О. Усенко, А.В. Кошлак, 2014

Рецензент д.т.н., проф. А.Д. Рябцев

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ОБОРУДОВАНИЕ



УДК 669.021.09 В.Г. Артюх /д.т.н./ ГВУЗ "Приазовский государственный технический университет" (Мариуполь, Украина) Э.П. Грибков /к.т.н./ Донбасская государственная машиностроительная академия (Краматорск, Украина) Е.Н. Сорочан ГВУЗ "Приазовский государственный технический университет" (Мариуполь, Украина)

ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ПРИВОДА

КИСЛОРОДНОГО КОНВЕРТЕРА Разработана методика расчета нагрузок в приводе кислородного конвертера с учетом дина-мических явлений, возникающих в момент опрокидывания конвертора. Математическая мо-дель основана на разбиении объема металла в конвертере на конечное множество элементар-ных объемов и расчета их геометрических характеристик и центров тяжестей с последую-щим интегрированием для определения опрокидывающего момента в зависимости от угла на-клона конвертера. Методика расчета учитывает изменение внешних нагрузок, пуск привода конвертера и его работу в различных режимах. На основе имитационной модели, использую-щей метод схематизации сложного процесса нагружения, получена функция распределения долговечности для приводного вала конвертера. Ключевые слова: кислородный конвертер, привод, опрокидывающий момент, динамические на-грузки, математическая модель.

Постановка проблемы Интенсификация металлургического произ-

водства, а также отсутствие необходимых капи-таловложений для обновления существующего и создания нового металлургического оборудова-ния требуют повышения прочности и надежно-сти приводных линий, существующих тяжелона-груженных машин и агрегатов, к которым, в т.ч., относятся и кислородные конвертеры. В связи с этим является актуальным совершенствование методик расчета таких показателей как долго-вечность, а также оптимальных конструктивных параметров привода поворота кислородного конвертера. Анализ последних исследований и публика-ций

Динамические явления в приводах кисло-родных конвертеров были исследованы на осно-ве многомассовых динамических моделей в ряде работ, в частности [1]. Недостатком этих моде-лей является использование упрощенных зави-симостей для описания внешних нагрузок, что снижает точность результатов расчета. Важными параметрами для динамической модели кисло-родного конвертера являются внешние нагрузки. Определение момента опрокидывания сосуда заданной формы с жидким металлом вследствие изменения формы жидкой ванны и смещения центра ее тяжести при различных углах поворота

сосуда является сложной задачей. При расчетах, как правило, пользуются приближенными гра-фоаналитическими методами П.Н. Аксенова, Д.А. Заводчикова и Е.А. Рохмана [2 и др.], а также методами, основанными на дифференци-альном исчислении объема металла [3…5]. Трудности применения численных методов ре-шения обуславливают актуальность задачи со-вершенствования динамических моделей приво-да конвертера путем повышения точности расче-та момента опрокидывания, а также использова-ния имитационных методов для определения характера нагружения элементов привода с дальнейшим расчетом их долговечности. Цель (задачи) исследования

Целью данной работы является разработка математической модели энергосиловых пара-метров процесса опрокидывания кислородного конвертера, а также разработка методики опре-деления оптимальных конструктивных парамет-ров привода поворота конвертера путем расчета долговечности его элементов на основе динами-ческой и имитационной моделей. Основной материал исследования

Основной задачей при математическом мо-делировании процесса опрокидывания кисло-родного конвертера с жидким металлом, являет-ся определение момента, создаваемого остав-

ОБОРУДОВАНИЕ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



шимся в нем объемом расплава, в зависимости от текущего угла опрокидывания агрегата φ. Вследствие неоднозначности и громоздкости математического аппарата непосредственное решение данной задачи целесообразно осущест-влять численно с применением вычислительной техники. Используемая в этом случае расчетная схема представлена на рисунке 1.

Процесс опрокидывания конвертера рас-сматривается путем анализа объема металла для каждого малого приращения угла поворота кор-пуса φj (в дальнейших формулах для упрощения формы записи индекс j опущен). Для удобства работы с расчетной схемой, корпус конвертера оставлен в вертикальном положении, а на угол φ повернута свободная поверхность металла.

Осуществив разбиение высоты конвертера Н на KR толщин элементарных объемов ∆y=H/KR, а также заменив множество получившихся усе-ченных конусов на такое же множество цилинд-ров, геометрическая координата средней плоско-сти для каждого из них будет равна:

( )5,0−Δ−= iyHy ic , где i – порядковый номер элементарного объема с началом отсчета от верхней части корпуса кон-вертера.

Для оптимизации расчета геометрических параметров объем конвертера разбивается на три составные части: верхняя конусная, средняя ци-линдрическая и нижняя конусная.

Угол наклона образующей внутренней поверхности верхней части конвертера к верти-кали α:

1

2dD

aarctg−

=α ,

где а и d1 – высота и диаметр верхней конусной части корпуса конвертера; D – диаметр средней части корпуса конвертера (см. рисунок 1).

Радиус средней плоскости для каждого эле-ментарного объема верхней части конвертера равен:

( ) α−+= tgyHdR cii 21 ,

С учетом текущего в j-й момент времени уг-

ла поворота конвертера φj геометрический пара-метр Ci, характеризующий форму и площадь зеркала металла на уровне равен:

– для верхней конусной части

( ) ( ) ϕ−+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ϕ−π

−= tgyHtgyHC cicii 2;

– для средней цилиндрической части

DRi 5,0= ,

( )22

1dDtgyHC cii−

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ϕ−π

−= ;

– для нижней конусной части

γ−= tgyDR cii 5,0 ,

( ) ϕ−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ϕ−π

−= tgytgyHC cicii 2,

где γ – угол наклона образующей внутренней поверхности нижней части конвертера к верти-кали (см. рисунок 1).

Дальнейшее определение геометрических характеристик для каждого элементарного объе-

d1

a

Lm

D

d2

Δy

xcj

ycj

y0

H

A A

B B

ϕj

γ

α

ϕj

Riβi

xci

bi

Ci

B-B

A-ACi

bi

Ri

xci

βi

Рисунок 1 – Расчетная схема кислородного конвертера

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ОБОРУДОВАНИЕ



ма жидкого металла необходимо осуществлять дифференцированно в зависимости от соотно-шения параметра Ci и радиуса внутренней по-верхности Ri. Так, при Ci≥Ri сечение представля-ет собой сегмент с центральным углом βi и осно-ванием bi (см. рисунок 1 сечение В-В), равными:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=β

i

iii R

CRarccos2 ,

( )iii Rb β= 5,0sin2 , ( )iiiiii CRbRF −−β= 5,0 ,

с учетом чего геометрическая координата центра тяжести будет равна

i

ici F

bx4

= ,

где Fi – площадь сечения выделенного элемен-тарного объема жидкого металла.

Аналогично для случая Ri<Ci<2Ri (см. рису-нок 1, сечение Б-Б):

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=β

i

iii R

RCarccos ,

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ β=

2sin2 i

ii Rb ,

( )iiiiiii RCbRRF −+β−π= 5,05,02 ,

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛π

−π=

23

3

12i

ii

iici

RFR

Rbx .

И, наконец, при 2R≤Ci элементарные объемы

представляют собой полные замкнутые цилинд-ры с площадью

2ii RF π=

и координатой центра тяжести xci=0.

С учетом известных площадей Fi может быть определен и весь объем жидкого металла Vj, со-ответствующий данному φj углу поворота кон-вертера:

∑=

Δ=RK

ii yFV

1,

а с учетом геометрических координат центров тяжести элементарных объемов могут быть оп-ределены и координаты центра тяжести всего оставшегося жидкого металла:

∑=

Δ=RK

i

ciicj V

yyFy1

, ∑=

Δ=RK

i j

ciicj V

xyFx1

,

следуя чему опрокидывающий момент в данный момент времени, т.е. при данном угле поворота φj составит:

=ϕ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ϕ

−−ρ== sin0 tgx

yyVGLM cjcjm

]cossin)0[( ϕ−ϕ−ρ= cjcj xyyV , (1) где G – сила тяжести оставшегося в конвертере жидкого металла плотностью ρ; Lm – плечо при-ложения момента опрокидывания относительно оси поворота конвертера, находящейся на рас-стоянии y0 от нижней части корпуса (см. рису-нок 1).

С достаточной точностью исследование ди-намических процессов в приводе механизма по-ворота конвертера можно проводить по двух-массовой динамической модели с одной степе-нью свободы, при этом первую приведенную массу I1 составляют вращающиеся массы эле-ментов привода, а вторую I2 – масса конвертера с жидким металлом. Приведение нагрузок и пара-метров в данном случае осуществляется к глав-ному валу привода поворота конвертера.

Уравнения движения динамической модели имеют вид:

( )( )⎩

⎨⎧

−=ϕ−ϕ−ϕ=ϕ−ϕ−ϕ

,,

21222

11211

McIMcI

&&

&& (2)

где φ1 и φ2 – углы поворота масс I1 и I2, рад.; M1 – движущий момент электродвигателя, Н·м; М2 – момент опрокидывания конвертера, Н·м; c – ко-эффициент крутильной жесткости линии приво-да, Н·м/рад.

Момент опрокидывания конвертера М2 опре-деляется как функция от угла поворота корпуса конвертера φj по зависимости (1).

Движущий момент М1 создается электродви-гателем механизма поворота конвертера:

η⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ω

= UNMдв

дв1 , (3)

где Nдв – мощность электродвигателя, Вт; η – коэффициент полезного действия передач линии привода; ωдв – угловая скорость вращения элек-тродвигателя, рад/с; U – передаточное отноше-ние редуктора линии привода.

Совместное решение системы уравнений (2)

ОБОРУДОВАНИЕ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



и (3) дает исходное дифференциальное уравне-ние для определения относительного угла закру-чивания вала приводной линии φ=φ2-φ1:

( )21

122112

21

2112 II

IMIMIIIIc −

+ϕ−ϕ+

−=ϕ−ϕ &&&& ,

( )2

2

1

112

212 I

MI

Mp ++ϕ−ϕ−=ϕ−ϕ &&&& , (4)

( )21

21

IIIIcp +

= ,

где р – собственная частота колебаний системы, c-1.

Решение дифференциального уравнения (4) имеет вид:

=ϕ′+ϕ′=ϕ−ϕ 2112

tpI

aPpI

MptCptC кон ωω−

+++= sin)(

cossin 222

21

121 , (5)

где t – текущее время, с; ω – угловая скорость поворота конвертера, рад/с; Ркон – сила тяжести конвертера, Н.

Постоянные интегрирования С1 и С2 опреде-ляются из начальных условий:

2222

1 )(M

ppIC

ω−ω

−= , С2=0. (6)

В результате относительный угол поворота φ

составит:

21

122

2

2 1)( pI

MppI

M+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ω−

ω−=ϕ , (7)

а восстанавливающий момент в упругой связи будет определяться выражением

ϕ= cM12 . (8)

Рассмотренные зависимости (1)…(8) позво-

ляют с высокой точностью приближения иссле-довать динамические нагрузки в вале привода механизма поворота конвертера.

Во время пуска, когда корпус конвертера не-подвижен, дифференциальное уравнение движе-ния первой массы будет иметь вид:

1111 McI =ϕ+ϕ&& . (9)

Собственная частота при этом будет равна:

1Icp = . (10)

Решение уравнения (9) имеет вид:

21

11 sincos

pIMptBptA ++=ϕ . (11)

Начальные условия при пуске механизма по-

ворота: t=0 и φ1=0, тогда постоянные интегриро-вания решения (11) будут равны:

21

1

pIMA −

= , В=0. (12)

Время от начала движения первой массы до

начала движения второй τ1 находится из условия равенства М12=М2, т.е.

( )ptpI

MccM cos121

1112 −=ϕ= ,

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=τ

1

211 arccos1

MMM

p. (13)

Уравнения (1)…(13) легли в основу матема-

тической модели для определения динамических нагрузок в промежуточном вале привода кисло-родного конвертера.

В качестве примера численной реализации разработанного на основе данной модели про-граммного обеспечения на рисунке 2 представ-лены расчетные распределения моментов упру-гих сил в приводном вале М12, момента опроки-дывания М2 и частоты собственных колебаний р по времени поворота конвертера. Все расчеты выполнены применительно к кислородному кон-вертеру вместимостью 350 т ПАО "Металлурги-

Рисунок 2 – Изменение моментов

и частоты собственных колебаний системы

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ОБОРУДОВАНИЕ



0

25

50

75

100

0 2 4 6 8 10 12Количество циклов, млн.

Вероятность

разрушения

, %

12345

Рисунок 3 – Изменение вероятности разрушения

в зависимости от момента сопротивления сечения приводного вала W (м3):

1 – 1,6; 2 – 0,675; 3 – 0,46; 4 – 0,0686; 5 – 0,2

ческий комбинат "Азовсталь" (Мариуполь, Ук-раина). Из расчетных распределений видно, что максимальное значение момента упругих сил достигает порядка 6000 кН·м, минимальный – -800 кН·м.

Одним из главных показателей надежности механического оборудования является вероят-ность безотказной работы до заданной наработ-ки в условиях эксплуатации [6]. Методика опре-деления функции распределения долговечности деталей линии привода конвертера включала в себя следующие этапы.

1. Выбор исходных данных, необходимых для расчета внешних нагрузок, и составления динамической модели привода конвертера.

2. Определение на основе предложенных за-висимостей характеристик привода.

3. Расчет на основе математических моделей внешних нагрузок.

4. Вычисление на основе динамических мо-делей нагрузок в линии привода конвертера.

5. Схематизация полученных режимов на-гружения приводного вала.

6. Установление на основе вероятностного метода функции распределения долговечности вала привода поворота конвертера.

В качестве исходных данных использовались геометрические параметры корпуса конвертера, сила тяжести жидкого металла, моменты инер-ции подвижных частей привода конвертера и самого корпуса, мощность электродвигателя, передаточные числа редукторов, скоростные ха-рактеристики.

На рисунке 3 представлена функция распре-деления вероятности разрушения в зависимости от момента сопротивления сечения вала привода конвертера W. Из полученной функции распре-деления можно сделать вывод о повышении сро-

ка службы вала при увеличении момента сопро-тивления его сечения, причем при росте послед-него с 0,7 до 1,6 м3 долговечность повышается приблизительно в 16 раз, при этом дальнейшее увеличение размеров вала приводит к уменьше-нию долговечности. Выводы

На основе метода имитационного моделиро-вания, включающего в себя математическую мо-дель энергосиловых параметров процесса опро-кидывания кислородного конвертера и динами-ческую модель его привода, разработана мето-дика по определению функции распределения долговечности вала привода конвертера, которая позволила расчетным путем найти зависимость срока службы вала от момента сопротивления его сечения. При этом было установлено, что при увеличении последнего с 0,7 до 1,6 м3 дол-говечность повышается приблизительно в 16 раз, дальнейшее увеличение размеров вала приводит к уменьшению долговечности.

Преимуществом разработанной математиче-ской модели является более точный учет геомет-рических характеристик объема жидкого метал-ла в конвертере, что дает возможность снизить погрешность расчета момента опрокидывания в любой момент времени поворота конвертера. Список литературы 1. Большаков В.И., Буцукин В.В. Особенности

определения динамических нагрузок в раз-ветвленных приводах конвертеров / Защита металлургических машин от поломок: сб. науч. тр. Вып.5. – Мариуполь: ПГТУ, 2000. – С. 48-59.

2. Гребеник В.М., Иванченко Ф.К., Ширяев В.И. Расчет металлургических машин и механиз-мов. – К.: Выща шк., Головное изд-во, 1988. – 448 с.

3. Simulation of Flow Fluid in the BOF Steelmak-ing Process / M. Lv, R. Zhu, Y.-G. Guo, Y.-W. Wang // Metallurgical and Materials Transactions B. – 2013. – Vol.44, Issue 6. – P. 1560-1571.

4. Three-dimensional Compressible Flow Simula-tion of Top-blown Multiple Jets in Converter / W.J. Wang, Z.F. Yuan, H. Matsuura et al. // ISIJ International. – 2010. – Vol.50, Issue 4. – P. 491-500.

5. A Mathematical Model of an Impinging Air Jet on a Water Surface / M. Ersson, A. Tilliander, L. Jonsson, P. Jönsson // ISIJ International. – 2008. – Vol.48, Issue 4. – P. 377-384.

6. Артюх В.Г. Нагрузки и перегрузки в метал-лургических машинах. – Мариуполь: ПГТУ, 2008. – 246 с.

ОБОРУДОВАНИЕ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



References 1. Bolshakov V.I., Butsukin V.V. Osobennosti

opredeleniya dinamicheskikh nagruzok v raz-vetvlennykh privodakh konverterov [Features determining dynamic loads in branched drives converters]. Zashchita metallurgicheskikh ma-shin ot polomok: sb. nauch. tr. Vol.5, Mariupol, PGTU, 2000, pp. 48-59.

2. Grebenik V.M., Ivanchenko F.K., Shiryaev V.I. Raschet metallurgycheskyh mashyn y mehanyz-mov [Calculation of metallurgical of machines and mechanisms], Kiev, Vyshcha shk., Golov-noe izd-vo, 1988, 448 p.

3. Lv M., Zhu R., Guo Y.-G., Wang Y.-W. Simu-lation of Flow Fluid in the BOF Steelmaking

Process. Metallurgical and Materials Transac-tions B, 2013, Vol.44, Issue 6, pp. 1560-1571.

4. Wang W.J., Yuan Z.F., Matsuura H. et al. Three-dimensional Compressible Flow Simula-tion of Top-blown Multiple Jets in Converter. ISIJ International, 2010, Vol.50, Issue 4, pp. 491-500.

5. Ersson M., Tilliander A., Jonsson L., Jönsson P. A Mathematical Model of an Impinging Air Jet on a Water Surface. ISIJ International, 2008, Vol.48, Issue 4, pp. 377-384.

6. Artyukh V.G. Nagruzki i peregruzki v metal-lurgicheskikh mashinakh [Load and overload in metallurgical machines], Mariupol, PGTU, 2008, 246 p.

V.G. Artyukh /Dr. Sci. (Eng.)/ Pryazovskyi State Technical University (Mariupol, Ukraine) E.P. Gribkov /Cand. Sci. (Eng.)/ Donbass State Engineering Academy (Kramatorsk, Ukraine) E.N. Sorochan Pryazovskyi State Technical University (Mariupol, Ukraine)

DRIVE DURABILITY OF OXYGEN CONVERTER

Background. Increasing the strength and reliability of the drive lines of oxygen converters (OC) makes actual drive behavior modeling when tilting and determination the spectrum of loads that occur in the drive shafts. One of the shortcomings of existing dynamic models of the OC drive is to use sim-plified relations to describe the external load, which reduces the accuracy of the calculation and re-quires improvement. Materials and/or methods. A mathematical model is developed of power parameters of OC tilting where the inertial characteristics of the structure elements and the liquid metal in it are accounted. Mathematical model is based on decomposition the volume of metal in the converter at a finite set of elementary volumes and determining their geometrical characteristics and the centers of gravity with further integration to calculate the tilting moment, depending on the inclination angle of the converter. The dynamic model takes into account the changes in external loads, drive start and his work in the operating modes. Based on a simulation model which uses the method of schematic representation of the complex loading process, it was found the durability distribution function for the main shaft of converter rotation. Results. The durability distribution function is obtained of the drive shaft of the converter with a ca-pacity of 350 tons, depending on the shaft section modulus, from which one can infer the possibility of its life extending by increasing the section modulus. Moreover, by increasing the latter from 0.7 to 1.6 m3 the durability is increasing by approximately 16 times, while a further enlargement of the shafts dimensions reduces durability. Conclusion. Based on the simulation method, which includes a mathematical model of power parame-ters of OC tilting and dynamic model of its drive, a technique is developed to determine the durability distribution function of the drive shaft of the oxygen converter, which enables to determine its lifespan by calculation. Keywords: oxygen converter, drive, tilting moment, dynamic loads, mathematical model.

Статья поступила 31.08.2013 г. © В.Г. Артюх, Э.П. Грибков, Е.Н. Сорочан, 2014

Рецензент д.т.н., проф. С.П. Еронько

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ОБОРУДОВАНИЕ



УДК 621.771.23:621.78.08 Д.В. Богачев, Е.В. Ершов /д.т.н./, И.А. Варфоломеев ФГБОУ ВПО "Череповецкий государственный университет" (Череповец, Россия)

НЕЙРО-НЕЧЕТКАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

УСКОРЕННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТА Предложена нейро-нечеткая модель управления процессом ускоренного охлаждения листового проката за счет регулирования скорости рольгангов в технологическом потоке стана. Приве-дены результаты практического применения разработанного модуля на стане 5000 листопро-катного цеха №3 ОАО "Северсталь" (Россия). Ключевые слова: установка контролируемого охлаждения, листовой прокат, термическая обработка, нейро-нечеткая модель.


Для улучшения качественных показателей выпускаемой металлопродукции при осуществ-лении процесса прокатки листовой стали на предприятиях черной металлургии широко ис-пользуется установка контролируемого охлаж-дения (УКО). Она предназначена для регули-руемого ускоренного охлаждения стальных лис-тов до определённой температуры. Использова-ние УКО позволяет получить на выходе уста-новки раскат с требуемой структурой металла, расширить сортамент станов высококачествен-ными марками стали и одновременно снизить расходы на производство.

При прокатке листов толщиной более 12 мм температура конца прокатки может достигать 900…1050 °С. Данный показатель превышает оптимальное значение на 100…150 °С. Кроме того колебания температуры конца прокатки внутри партии листов достигают 50 °С и более. В итоге до 40 % листов не удовлетворяют требо-ваниям стандартов. Поэтому без обеспечения необходимых режимов охлаждения не обходится производство ни одного из видов толстого листа. Таким образом, задача разработки оптимальной технологии регулирования рассматриваемого процесса, позволяющей повысить эффектив-ность работы прокатных станов, является акту-альной. Анализ последних исследований и публика-ций

Изучению тепловых процессов ускоренного охлаждения металла посвящено значительное количество теоретических и экспериментальных работ. Основным недостатком большинства су-ществующих технологий является их эмпириче-ский характер, когда положительного результата достигают методом проб и ошибок. Такое поло-

жение можно преодолеть созданием математи-ческих имитационных моделей, которые способ-ны преодолеть высокую сложность и слабую изученностью связей системы, а также наличие неслучайных помех и значительных погрешно-стей измерения.

Алгоритм управления УКО с использовани-ем нейро-нечетких ANFIS-моделей предложен в работах [1]. Авторами данных работ была разра-ботана система автоматического регулирования, описаны алгоритмы структурной и параметриче-ской идентификации. Однако рассмотренная мо-дель требует предварительного подбора пара-метров. Поэтому для перенастройки системы управления необходимым является наличие ква-лифицированного специалиста. Цель (задачи) исследования

Целью настоящей работы является разработ-ка интеллектуальной модели управления УКО, обеспечивающей оператора, задействованного в организации производственного процесса, реко-мендациями по настройке параметров работы агрегата. Основной материал исследования

Для реализации рассматриваемого вида тер-мической обработки широкое распространение получили установки роликового типа – ролико-закалочные машины. Основная задача при охла-ждении состоит в том, чтобы избежать коробле-ния полосы из-за неравномерного ее охлажде-ния. Поэтому УКО должна быть оборудована системами, обеспечивающими равномерность охлаждения листа по всей площади. Охлаждаю-щая машина должна иметь систему подачи воды на полосу между правящими роликами [2].

Вода подается на раскат сверху и снизу в ви-де плоских веерообразных потоков. Данная тех-

ОБОРУДОВАНИЕ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



нология обеспечивает равномерное охлаждение листа. При этом расходы воды, поступающей снизу и сверху, задаются независимо друг от друга. Каждая секция состоит из двух раздельно регулируемых зон – центральной и боковой с каждой стороны (рисунок 1а). На некоторых ус-тановках для реализации более сложного управ-ления равномерностью охлаждения по ширине листа сверху и снизу раздельно задается расход на центральную зону и 4 независящих друг от друга боковых зоны (рисунок 1б). Таким обра-зом, в этом случае число параметров расхода воды для одной секции увеличивается с 4 до 10.

Оператору УКО или в автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП) УКО до начала обработки партии по-ступает информация о раскате, требуемой тех-нологии обработки (режиме), конечной темпера-туре охлаждения и т.д. Оператор или АСУ ТП проводит выбор количества включаемых секций, расчет расходов воды по зонам секций, выпол-няет предварительный расчет скорости движе-ния раскатов через УКО.

В качестве основного параметра управления была принята скорость движения раската. Орга-низация работы УКО посредством регулирова-ния длительности охлаждения является одной из наиболее распространенных. Это определяется простотой управления, возможностью измене-ния скорости рольгангов с высокой точностью в широких пределах, большим быстродействием, точным контролем во время работы агрегата. Таким образом, можем принять, что охлаждение листа после прокатки осуществляется при про-ходе в прямом направлении через УКО с задан-ной скоростью, обеспечивающей требуемую ко-нечную температуру.

При моделировании процесса охлаждения стали были выделены следующие входные па-раметры: расход воды по секциям; начальная температура проката; требуемая итоговая темпе-ратура; габариты листа; марка стали; температу-ра охлаждающей воды; промежуток времени между окончанием прокатки и началом охлаж-дения в УКО. Для анализа значимости входных

признаков можно использовать различные мето-ды автоматического исследования данных, в ча-стности, деревья решений [3]. Модель управле-ния процессом охлаждения на данном этапе раз-работки представлена на рисунке 2.

В дальнейшем представленная концептуаль-ная модель "черного ящика" будет детализиро-ваться.

УКО функционирует в специфических усло-виях неопределенности. Процессы построения и идентификации моделей, содержащие диффе-ренциальные уравнения в частных производных, являются исключительно трудоемкими и не все-гда приводят к желаемому результату в силу частого изменения параметров системы и внеш-них возмущений (т.е. слабой изученности дина-мики процессов), а также погрешностей, возни-кающих в силу принимаемых допущений. Кроме того сложность расчета оптимальной скорости рольгангов обусловливается ее зависимостью от большого числа параметров, которые трудно количественно оценить (например, тепловые по-токи). Также не существует универсальной зави-симости, по которой можно было бы рассчитать скорость по известным параметрам. Таким обра-зом, рассматриваемая система нуждается в адап-тивном управлении, нечувствительном к ее по-стоянно изменяющимся динамическим характе-ристикам. Поэтому в данном случае оправдан-ным является применение интеллектуальных систем, использующих нейронные сети или сис-темы с нечеткой логикой. Указанные механизмы весьма успешно справляются с задачами, кото-рые традиционные системы регулирования ре-шают не самым лучшим образом.

Важнейшим достоинством нейронных сетей, моделирующих работу головного мозга, счита-ется возможность их обучения и адаптации. Од-нако накопленные нейронной сетью знания ока-зываются распределенными между всеми ее элементами, что делает их неочевидными для пользователей.

Использование нечетких множеств и нечет-кой логики позволяет при исследовании опери-ровать многозначными и неточными понятиями.

а б Рисунок 1 – Схема регулирования расходов воды в секциях УКО

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ОБОРУДОВАНИЕ



Рисунок 2 – Концептуальная модель управления

Рисунок 3 – Структура модуля

нечеткого управления Данные механизмы дают возможность формали-зации качественной неструктурированной ин-формации, получаемой, например, от экспертов предметной области. Сформированными с по-мощью нечеткой логики правилами в дальней-шем можно оперировать посредством аппарата нечеткого логического вывода.

Нейро-нечеткие структуры объединяют дос-тоинства обоих методов. Они позволяют соче-тать способность к обучению и вычислительную мощность нейронных сетей с интеллектуальны-ми возможностями алгоритмов нечеткого логи-ческого вывода [4].

При определенных условиях нечеткая систе-ма может быть представлена в форме много-слойной сети с прямым распространением сиг-нала. Структура блока нечеткого вывода приве-дена на рисунке 3 [5].

Конкретное значение x=(x1, x2,…, xn)T ∈ X входного сигнала модуля нечеткого управления подлежит операции фуззификации (ФУЗ), в ре-зультате которой ему будет сопоставлено нечет-кое множество A'. Это нечеткое множество по-дается на вход блока выработки решения. На выходе блока нечёткого вывода (НВ) по обоб-щенному нечеткому правилу modus ponens полу-чают одно нечеткое множество B', либо несколь-ко нечетких множеств kB . Далее полученные нечеткие множества с помощью определенных методов (дефуззификация по среднему центру, метод центра тяжести) отображаются в четкое значение y в блоке дефуззификации (ДЕФ).

Знания, составляющие основу корректного функционирования модуля нечеткого управле-ния, записываются в виде нечётких правил в лингвистической форме [5]:

)...(

)...(:

2211

2211kmm

kk

knn

kkk

BэтоyANDANDBэтоyANDBэтоyTHEN

AэтоxANDANDAэтоxANDAэтоxIFR,

где A1

k,…, Ank, B1

k,…, Bmk – нечеткие множества;

k=1,..., n; n – количество входных переменных; x1, x2,…, xn – входные переменные модели; y1, y2,…, ym – выходные переменные модели.

В рассматриваемой задаче существует только одна выходная переменная – технологическая скорость рольгангов, поэтому следует рассмат-ривать модель с одним выходом y.

Один из наиболее известных и часто приме-няемых способов реализации нечетких систем задается формулой [5]:

∑ ∏

∏∑

= =

==

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛σ−

−σ

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛σ−

−σ

=N

kki

kii

n

i

k

ki

kii

n

i

kN

k

k

xx

xxy

y

1

2

1

2

11

exp

exp

, (1)

где N – количество нечетких правил; ix – кон-кретное значение входного сигнала. Здесь в ка-честве функций принадлежности входных и вы-ходных переменных используются функции Га-усса, определяемые по формулам:

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛σ−

−=μ2

exp)( ki

kii

iAxxxk

i,

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛σ−

−=μ2

exp)( k

k

Bxxyk ,

ОБОРУДОВАНИЕ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



где kix и k

iy – центры; σik и σk – коэффициенты

растяжения (сжатия) гауссовских кривых для входных и выходных переменных соответствен-но.

Теперь каждый элемент формулы (1) можно задать в форме функционального блока, что по-сле соответствующего объединения позволяет создать нейроподобную многослойную сеть. А поскольку алгоритм обратного распространения ошибки можно обобщить на любую сеть с пря-мым распространением сигнала, то данный мо-дуль нечеткого управления можно обучать также как и обычную нейронную сеть. При этом пара-метры и весовые коэффициенты будут модифи-цироваться в процессе обучения, что позволит улучшать подбор нечетких множеств.

Основные трудности использования полу-ченной структуры применительно к технологи-ческим процессам возникают в ходе построения нечетких правил и задания начальных значений параметров функций принадлежности. Данная проблема решается с помощью методов, осно-ванных на самоорганизации. Применительно к функциям принадлежности это означает такое размещение их центров, чтобы они охватывали только те области входных и выходных про-странств, в которых находятся данные. При этом требуется избавить оператора, осуществляющего расчет параметров процесса охлаждения, от за-дания количества термов для всех входных и выходных переменных. Исходя из этого, акту-альной представляется задача построения нечет-ких правил и формирования функций принад-лежности на основе обучающих данных.

Для разбиения пространства каждой пере-менной был использован метод субтрактивной кластеризации [6]. Для синтеза базы правил применялся так называемый алгоритм на основе

конкуренции (Competitive Learning Algorithm) [4,7]. Применение указанных технологий позво-лило автоматизировать процесс построения ней-ро-нечеткой структуры.

В связи с использованием большого количе-ства секций регулирования расхода воды, выде-лением дополнительных боковых зон, раздель-ным заданием расходов верхних и нижних сек-ций, число входных переменных модели может достигать нескольких десятков. Сохранения входного вектора без изменения приводит к формированию громоздкой нейро-нечеткой структуры, а также снижает вычислительные способности сети. Поэтому при использовании разработанной модели возникает проблема со-кращения размерности данных. Для решения данного вопроса был применен метод главных компонент [8], позволяющий уменьшить коли-чество входных переменных с наименьшей по-терей информации.

Обработке указанным алгоритмом были под-вергнуты переменные, отвечающие за расход воды по секциям. Остальные параметры оста-лись без изменения. Для нахождения числа глав-ных компонент применялось правило Кайзера [9]. Выполнение указанных процедур позволяет сократить количество входных данных, отве-чающих за расход воды по секциям, до 4…5 пе-ременных. Структура полученной модели пред-ставлена на рисунке 4. Данный модуль форми-руется применительно к каждой используемой марки стали. Для обучения используются дан-ные истории охлаждений.

Описанный метод построения интеллекту-ального модуля управления был реализован в виде программного обеспечения и протестиро-ван на примере УКО стана 5000 листопрокатно-го цеха №3 ОАО "Северсталь" (Череповец, Рос-

Рисунок 4 – Структурная схема модели управления процессом охлаждения

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ОБОРУДОВАНИЕ



Рисунок 5 – Результаты тестирования модели:

Epochs – количество эпох обучения; Error – ошибка обучения модели сия). На рисунке 5 представлен график обучения модели при расчете скорости для марки стали K60. Анализ результатов моделирования позво-ляет сделать вывод о достаточной степени точ-ности спроектированного модуля: на 401 эпохе ошибка расчетного значения скорости стала меньше допустимого значения, установленного технологами (0,2 м/с). Выводы

В результате реализации описанных этапов был разработан нейро-нечеткий модуль, ре-шающий с необходимой точностью задачу рас-чета скорости рольгангов УКО. Программное обеспечение, реализующее данный модуль, мо-жет быть использовано оператором установки в качестве поддержки при управлении процессом охлаждения. При этом применение метода суб-трактивной кластеризации для исходного раз-биения пространства переменных и алгоритма на основе конкуренции как средства синтеза нечет-ких правил позволило автоматизировать процесс построения нейро-нечеткой структуры модуля и тем самым избавило от необходимости ручного подбора параметров сети. Список литературы 1. Адаптивная нейро-нечеткая комбинирован-

ная система управления / Ю.И. Кудинов, А.Ю. Келина, Е.А. Халов, И.Ю. Кудинов // Известия РАН. Теория и системы управле-ния. – 2005. – №4. – С. 79-88.

2. Рудской А.И., Лунев В.А. Теория и техноло-гия прокатного производства: учеб. пособие. – СПб: Наука, 2005. – 540 с.

3. Бажинов А.Н., Ершов Е.В. Прогноз потреб-ления электроэнергии как средство повыше-

ния эффективности металлургического про-изводства / Металлург. – 2011. – №11. – С. 34-37.

4. Рутковская Д., Пилиньский М., Рутковский Л. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы: Пер. с польск. И.Д. Ру-динского. – М.: Горячая линия-Телеком, 2006. – 452 с.

5. Rutkowski L. Computational Intelligence. Methods and Techniques. – Berlin-Heidelberg (Germany): Springer-Verlag, 2008. – 514 p.

6. Natsheh E.F. Taxonomy of clustering methods used in fuzzy logic systems / Journal of Tele-communication, Electronic and Computer En-gineering. – 2012. – Vol.4, Issue 1. – P. 65-71.

7. Lin C.-T., Lee G.C.S. Neural-network-based fuzzy logic control and decision system / IEEE Transactions on Computers. – 1991. – Vol.40, Issue 12. – P. 1320-1336.

8. Abdi H., Williams L.J. Principal Component Analysis / Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Statistics. – 2010. – Vol.2, Issue 4. – P. 433-459.

9. Kaiser H.F. The application of electronic com-puters to factor analysis / Educational and Psy-chological Measurement. – 1960. – Vol.20. – P. 141-151.

References 1. Kudinov Y.I, Kelina A.Y., Halov E.A., Ku-

dinov I.Y. Adaptivnaya neyro-nechetkaya kom-binirovannaya sistema upravleniya [Adaptive neuro-fuzzy hybrid system control]. Izvestiya RAN. Teoriya i sistemy upravleniya, 2005, Issue 4, pp. 79-88.

2. Rudskoy A.I., Lunev V.A. Teoriya i tekhno-logiya prokatnogo proizvodstva: Ucheb. poso-

ОБОРУДОВАНИЕ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



bie [Theory and technology of rolling produc-tion: Textbook], St. Petersburg, Nauka, 2005, 540 p.

3. Bazhinov A.N., Ershov E.V. Prognoz potreble-niya elektroenergii kak sredstvo povysheniya effektivnosti metallurgicheskogo proizvodstva [Forecast of consumption of electricity as a means of improving efficiency of its steel pro-duction]. Metallurg, 2011, Issue 11, pp. 34-37.

4. Rutkovska D., Pilinsky M., Rutkovskii L. Ney-ronnye seti, geneticheskie algoritmy i nechetkie sistemy [Neural networks, genetic algorithms and fuzzy systems], Translated from the Polish I.D. Rudinsky, Moscow, Goryachaya liniya-Telekom, 2006, 452 p.

5. Rutkowski L. Computational Intelligence. Methods and Techniques, Berlin-Heidelberg

(Germany), Springer-Verlag, 2008, 514 p. 6. Natsheh E.F. Taxonomy of clustering methods

used in fuzzy logic systems. Journal of Tele-communication, Electronic and Computer En-gineering, 2012, Vol.4, Issue 1, pp. 65-71.

7. Lin C.-T., Lee G.C.S. Neural-network-based fuzzy logic control and decision system. IEEE Transactions on Computers, 1991, Vol.40, Issue 12, pp. 1320-1336.

8. Abdi H., Williams L.J. Principal Component Analysis. Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Statistics, 2010, Vol.2, Issue 4, pp. 433-459.

9. Kaiser H.F. The application of electronic com-puters to factor analysis. Educational and Psy-chological Measurement, 1960, Vol.20, pp. 141-151.

D.V. Bogachev, E.V. Ershov /Dr. Sci. (Eng.)/, I.A. Varfolomeev Cherepovets State University (Cherepovets, Russia)

NEURO-FUZZY MODEL OF ROLLED SHEET RAPID COOLING PROCESS CONTROL

Background. One of the methods to improve the efficiency of rolling mills is increasing the quality characteristics of manufactured metal products, which is achieved by reducing the cost of its produc-tion, while getting the desired metal structure. These conditions can be achieved by perfection of tech-nology of rapid cooling of rolled metal. The purpose of this paper is to construct an intellectual model of controlled cooling plant control, which is able to work effectively under the uncertainty inherent in the considered unit. Materials and/or method. Technological speed of rolled sheet motion was admitted as the main con-trol parameter. Neuro-fuzzy models are capable to provide the required insensitivity to the changing dynamic characteristics and measurement errors. Having a single output parameter can greatly sim-plify the final control module and use existing theoretical studies on this subject. Thus, one of the ma-jor problems associated with the formation of the module structure is solved using methods based on self-organization – subtractive clustering and algorithm based on competition. In this case, synthesis of a model is performed using the training data. A large number of input variables responsible for the water flow regulating in plant sections is reduced by employing the principal components method. Remaining the input vector without changing would lead to the formation of bulky neuro-fuzzy struc-ture, and would reduce the computational power of network. Results. Using principal component method, it was able to reduce the total number of input variables of the model to 9-10. Neuro-fuzzy module can successfully learn on the basis of the input vector of this size. Designed model will be used for a particular grade of steel. Module testing using historical data of cooling yielded results that meet the technological requirements. Conclusion. Application of considered mathematical methods allowed us to develop a neuro-fuzzy model with automatical mechanism for fuzzy rules constructing and setting the initial values of pa-rameters of membership functions. The developed software can be used in the controlled cooling plant control. Keywords: controlled cooling plant, rolled sheet, heat treatment, neuro-fuzzy model.

Статья поступила 05.09.2013 г. © Д.В. Богачев, Е.В. Ершов, И.А. Варфоломеев, 2014

Рецензент д.т.н., проф. Ю.А. Скобцов

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ОБОРУДОВАНИЕ



УДК 669.18+62-192+004.891.3+519.873+519.816+656.081 А.В. Кожевников /к.т.н./, О.И. Соловьева ФГБОУ ВПО "Череповецкий государственный университет" (Череповец, Россия)

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

СОСТОЯНИЯ СТАЛЕРАЗЛИВОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Описана структура методики прогнозирования состояния оборудования МНЛЗ на основе статистических данных отказов его узлов, разработанная на основе комплексного использо-вания технологий нейронных сетей, нечеткой логики, теории надежности и риска. Методика позволяет учитывать неопределенность входных параметров и оперативно определять ос-таточный ресурс технической системы. На примере нечеткого моделирования прогноза со-стояния роликовых секций МНЛЗ разработана нечеткая модель и описан эксперимент, пока-зывающий эффективность и возможность применения данной методики на реальных произ-водственных объектах для планирования ремонтных работ. Ключевые слова: роликовые секции поддерживающих устройств МНЛЗ, надежность, оста-точный ресурс, прогнозирование состояния оборудования, нейронная сеть, нейросетевые ал-горитмы.


Являясь сложными техническим системами (СТС) с уникальной конструкцией, машины не-прерывного литья заготовок (МНЛЗ) функцио-нируют в обстановке больших помех и погреш-ностей измерения значительного числа парамет-ров при отсутствии или высокой неопределенно-сти точных числовых значений этих параметров элементов системы. Учесть влияние различных входных параметров на возможность, характер и степень проявления как внезапных, так и изно-совых отказов и дефектов отдельных элементов и вследствие всей СТС МНЛЗ в период эксплуа-тации известными методами анализа не пред-ставляется возможным. Поэтому в настоящее время решение проблемы прогнозирования со-стояния оборудования МНЛЗ, позволяющее опе-ративно моделировать опасные ситуации и пре-дупреждать их последствия на основе совокуп-ности параметров процесса разливки стали на МНЛЗ и статистических данных об отказах уз-лов машины при отсутствии четкой информации значений переменных является актуальной на-учно-технической задачей. Анализ последних исследований и публика-ций

Благодаря фундаментальным работам, про-веденным в последние два десятилетия, достиг-нуты значительные успехи в области исследова-ния вопросов технологии, математического мо-делирования условий эксплуатации МНЛЗ, ме-тодик диагностирования оборудования, состоя-

ния надежности, несущей способности. В клас-сическом варианте в работах [1…2] представле-ны методы анализа безопасности (расчета оста-точного ресурса, уровня техногенного риска), которые базируются на математическом аппара-те теории надежности, аппарате логики и теории вероятности, математической статистики. Физи-ко-статистические методы, учитывающие влия-ние физико-химических факторов, способст-вующих развитию деградационных процессов в конструкционных материалах оборудования, а также действующих эксплуатационных нагру-зок, представлены в работе [3,4].

Но вопросы учета неопределенности исход-ных составляющих данных при прогнозирова-нии аварийности и отказов элементов МНЛЗ в условиях эксплуатации в проводимых исследо-ваниях в настоящее время не рассматриваются. Цель (задачи) исследования

Целью настоящей работы является повыше-ние эффективности прогнозирования состояния оборудования МНЛЗ в условиях отсутствия чет-кой информации о значениях входных перемен-ных путем разработки методики прогнозирова-ния на основе аппарата искусственных нейрон-ных сетей и нечеткой логики. Основной материал исследования

Модель прогнозирования состояния обору-дования МНЛЗ разработана на основе совокуп-ности технологических и других параметров процесса разливки и статистических данных об

ОБОРУДОВАНИЕ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



отказах узлов оборудования; построена с помо-щью нечетких множеств и генетических алго-ритмов.

Для формирования базы знаний системы не-четкой логики для оценки технического состоя-ния узлов системы МНЛЗ предварительно опре-делены входные и выходные переменные.

Для описания процесса возникновения отказа элементов технической системы МНЛЗ в мате-матической модели прогноза основными пере-менными являются выходные y1…ym (остаточ-ный ресурс, сигнал о повышении вероятности аварии и т.д.), определяющие уровень безопас-ности (состояние аварийности) узлов МНЛЗ.

Входные переменные модели x1…xm оказы-вают влияние на состояние безопасности обору-дования. Входной информацией являются:

– срок службы узла от момента его ремонта или замены;

– количество произошедших аварий с мо-мента последнего ремонта или замены узла;

– экспертная оценка износа узла; – промежуточная информация (параметры

контролируемого технологического процесса, поступающие от автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП)).

Входная информация для комплекса задач поступает от следующих взаимодействующих АСУ ТП сталеплавильного производства (рису-нок 1) в виде строки базы данных.

Основными источниками данных являются данные о параметрах технологического процесса и событиях на МНЛЗ, поступающие на сервер базы данных, где сохраняются.

На основе информационной модели опреде-лены основные блоки системы прогнозирования (рисунок 2).

Моделированию подлежит процесс появле-ния отказов оборудования МНЛЗ, представляю-щий собой сложный технологический объект с несколькими взаимосвязанными входными пе-ременными и одной выходной. Аналитическая модель прогноза уровня безопасности, разрабо-танная с помощью математического аппарата нечеткой логики [5…9], представлена в следую-щей обобщенной форме [10…11]:

),...,( 1 mxxfy = , где xi – входные переменные (факторы), оказы-вающие наиболее существенное влияние на со-стояние безопасности оборудования, mi ,1= – количество факторов; y – показатель безопасно-сти оборудования МНЛЗ.

Высокую эффективность в задачах прогно-зирования технологических процессов показала одна из разновидностей нечетких моделей, со-стоящая из совокупности продукционных пра-вил

)...()...(

:110

2211θθθθ

θθθθ

+++= YестьxcxccyтоXестьxИИXестьxИXестьxесли

Rmm

mm ,

где θ

iX – нечеткие множества, характеризующие входные переменные xi, i= m,1 , θ= n,1 ; yθ и Yθ – выходная переменная θ-го порядка и соответст-вующее нечеткое множество. Расчет выхода уθ в

Рисунок 1 – Входная информация о параметрах технологического процесса и событиях на МНЛЗ

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ОБОРУДОВАНИЕ



Рисунок 2 – Логическая модель прогнозирования технического состояния оборудования МНЛЗ

θ-ом правиле осуществляется с помощью линей-ного уравнения

mmxcxcxccy θ2

θ21

θ1

θ0

θ ...++++= . (1)

Процедура фазификации Fuz (Fuzzyfication) заключается в вычислении функций принадлеж-ности Xθ

ij(xi, di) ∈ [0,1], j=1,2,…,k при заданных значениях x0

1j,…,x0mj переменных x1j,…,xmj и век-

тора параметров dθi. С помощью процедуры нечеткого вывода FI

(Fuzzy Inference) вычисляется: 1) величина истинности θ-го правила

),(...),()( 222111

θθθθθθθ ⊕⊕⊕= mmm dxXdxXdxXw ;

2) нечеткая функция

,...21 nwww

w+++

=βθ

θ i,1=θ ,

где ⊕ ={⋅, max, min} – операция алгебраического умножения (⋅), определения максимума (max) или минимума (min) и др.

Процедура дефазификации Def (Defuzzyfica-tion) служит для определения конкретного зна-чения выхода ŷ(t) по соответствующей формуле

∑∑ =θ

θθ

=

⋅=n

n

j

jwy

wy

1

1

1),

где yθ=cθ0+xTc-θ, θ= n,1 – линейное уравнение (1) в векторной форме; cθ0=(cθ1, cθ2,…, cθm)T – вектор

Рисунок 3 – Структура нечеткой модели

ОБОРУДОВАНИЕ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



Рисунок 4 – Модель МНЛЗ, аналогично структурной схеме надежности в среде Simulink MATLAB

коэффициентов; ∫

∈ =θ

θθ ⊕=Yy

nwyYyY U

1))(()(ˆ – функ-

ция принадлежности; Y – область значений. Структура нечеткого логического вывода

представлена на рисунке 3. Для исключения и компенсации возможных

ошибок, адекватности и точности прогнозирова-ния уровня аварийности оборудования процесса непрерывной разливки стали на МНЛЗ предло-жен алгоритм идентификации нечеткой модели (коэффициентов линейных уравнений c, пара-метров функций принадлежности d, количества правил n). С целью снижения размерности не-четкой модели и затрат времени на её обучение алгоритмами идентификации используется алго-ритм предварительной обработки (конкурентно-го обучения и FCM-кластеризации) информации (самоорганизации данных для обучения нечет-

кой модели). Для реализации процесса нечеткого модели-

рования используется соответствующая библио-тека нечеткой логики (Fuzzy Logic Toolbox) из программного комплекса MATLAB.

Расчетная модель СТС МНЛЗ построена ана-логично структурной схеме надежности (Relia-bility block diagram methods – RBD) в среде ин-терактивного моделирования Simulink MATLAB (рисунок 4).

В качестве компонентов системы использо-ваны запрограммированные контроллеры нечет-кой логики. Схема блока обработки состояния узла МНЛЗ изображена на рисунке 5.

Состояние узла МНЛЗ определяется с помо-щью модели контроллером второго типа. Вхо-дами последних являются параметры рабочего процесса и характеристики (возраст, время экс-

Рисунок 5 – Схема блока обработки состояния узла модели МНЛЗ

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ОБОРУДОВАНИЕ



Рисунок 6 – Схема блока обработки информации о степени износа роликов

в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ плуатации) соответствующего компонента. Вы-ходом таких контроллеров может быть либо сра-зу остаточный ресурс компонента (котроллеры второго типа, в которых учитывается возраст компонента и время его эксплуатации), либо степень воздействия на ресурс (контроллеры первого типа входом которых являются только параметры рабочего процесса). При наличии контроллеров первого типа для этого же объекта всегда есть еще и контроллер второго типа, ко-торый, учитывая выход первого, рассчитывает актуальный остаточный ресурс объекта. Таким образом, можно увидеть не только то, насколько более жесткие условия эксплуатации (повышен-ные нагрузки и т.п.) снижают срок службы ком-

понента, так и наоборот, более щадящие режи-мы, продлевающие долговечность, как отдельно-го объекта, так и всей системы в целом [12]. В качестве нечеткого логического вывода о со-стоянии оборудования и синтеза контроллеров применена адаптивная сеть нейро-нечеткого вы-вода типа Сугено – ANFIS-редактор (Adaptive-Network-based Fuzzy Inference System – ANFIS), входящий в состав инструментов Fuzzy Logic Toolbox комплекса MATLAB.

В результате проведенного анализа пробле-мы прогнозирования остаточного ресурса техни-ческой системы МНЛЗ [4,13] установлено, что отказы в работе МНЛЗ обусловлены в первую очередь частым выходом из строя роликовых

Таблица 1 – Лингвистические переменные

Обозначение переменной (рисунок 6)

Наименование переменной

Универсальное множество Терм-множество для оценок

T Температура разливки 1530…1580 °С Низкая, средняя, высокая S Скорость разливки 0…1,3 м/мин. Низкая, средняя, высокая P Стойкость секции 0…1000 плавок Низкая, средняя, высокая Q Расход воды 0…20 м3/ч Низкий, средний, высокий

N Термонапряженность 0…100 % Очень низкая, низкая, средняя, высокая, очень высокая

N2 Скорректированная термонапряженность 0…100 % Очень низкая, низкая, средняя,

высокая, очень высокая I Степень износа 0…100 % Низкая, средняя, высокая

Таблица 2 – Правила нечеткой базы знаний

Для оценки текущей напряженности роликов N

Для оценки скорректированной термонапряженности роликов N2

Для оценки степени износа роликов I

1. (S==H)&(Q==H)=>N==VL 2. (S==H)&(Q==M)=>N==L 3. (S==H)&(Q==L)=>N==M 4. (S==M)&(Q==H)=>N==L 5. (S==M)&(Q==M)=>N==M 6. (S==M)&(Q==L)=>N==H 7. (S==L)&(Q==H)=>N==M 8. (S==L)&(Q==M)=>N==H 9. (S==L)&(Q==L)=>N==VH

1. (N==H)&(T==H)=>N2==VL 2. (N==H)&(T==M)=>N2==L 3. (N==H)&(T==L)=>N2==M 4. (N==M)&(T==H)=>N2==L 5. (N==M)&(T==M)=>N2==M 6. (N==M)&(T==L)=>N2==H 7. (N==L)&(T==H)=>N2==M 8. (N==L)&(T==M)=>N2==H 9. (N==L)&(T==L)=>N2==VH

1. (N2==H)&(P==H)=>I==VL 2. (N2==H)&(P==M)=>I==L 3. (N2==H)&(P==L)=>I==M 4. (N2==M)&(P==H)=>I==L 5. (N2==M)&(P==M)=>I==M 6. (N2==M)&(P==L)=>I==H 7. (N2==L)&(P==H)=>I==M 8. (N2==L)&(P==M)=>I==H 9. (N2==L)&(P==L)=>I==VH

Примечание: Уровень значения переменной: VL – очень низкий; L – низкий; M – средний; H – высокий; VH – очень высокий.

ОБОРУДОВАНИЕ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



Рисунок 7 – Проверка адекватности моделирования

секций. Поэтому эти элементы технической сис-темы представляют для исследования наиболь-ший интерес. Ниже представлен пример модели-рования именно для них – описание механизма нечеткого вывода оценки степени износа (I, %) роликовых секций МНЛЗ.

Схема блока обработки информации о степе-ни износа роликов в зоне вторичного охлажде-ния МНЛЗ приведена на рисунке 6. Стойкость роликов (степень износа) в зоне вторичного ох-лаждения МНЛЗ оценивается на основе таких входных параметров как температура разливки, скорость разливки, стойкость секции, расход во-ды, термонапряженность.

Обработка информации происходит сле-дующим образом (см. рисунок 6). В первую оче-редь контроллером 1 оценивается моментальное состояние термонапряженности N роликов исхо-дя из скорости разливки S и расхода воды Q. За-тем контроллером 2 корректируется термона-пряженность N2 в зависимости от температуры разливки Т. Т.к. в базе данных отсутствуют за-писи о некоторых плавках, необходимо их опре-делить. Данное действие производится путем взятия производной от значений стойкости ро-ликовой секции Р (количества проведенных раз-ливок). Если производная больше единицы, то принимается значение моментальной термона-пряженности равным 50 % и умножается на ко-личество пропущенных записей. Исходя из тео-рии линейного накопления повреждений интег-рируется значение моментальной термонапря-женности. На последнем этапе, исходя из коли-чества проведенных разливок P и накопленной термонапряженности N2, получают прогноз со-стояния роликовой секции (степень износа).

Для формирования нечеткой базы знаний не-обходимо исходную информацию собранных влияющих факторов сформулировать в виде лингвистических переменных, заданных на уни-версальных множествах (таблица 1).

Правила в нечеткой базе знаний для оценки сформулированы следующим образом в приня-тых обозначениях переменных и термов – см. таблицу 2.

Исходя из вида распределений входных пе-ременных, полученных по результатам обработ-ки статистических данных технологического процесса плавки, принимается вид термов как гауссовский. В процессе обучения базы знаний, включающей в себя массив объемом свыше 1,9 млн. данных технологического процесса МНЛЗ №№1…5 одного из металлургических заводов за 3 года эксплуатации, через ANFIS-редактор был получен откорректированный вид термов пере-менных. В результате проверки достоверности разработанной модели прогнозирования степени износа (отказа) роликовой секции МНЛЗ и срав-нения результатов моделирования с предшест-вующими статистическими данными по отказам получили хорошую согласованность модели. Результаты моделирования приведены на рисун-ке 7. Данные взяты по десятому ручью нулевой роликовой секции МНЛЗ. Коэффициент корре-ляции Пирсона между приведенными массивами составляет 0,945.

Из приведенного графика на рисунке 7 также видно, что в отдельных случаях скорость роста степени износа отстает от скорости роста коли-чества проведенных разливок, а это дает воз-можность скорректировать график ремонтов с целью предупреждения аварийных сбоев в рабо-те всей технической системы МНЛЗ, а также простоев производства. Благодаря разработан-ной нечеткой модели имеется возможность опе-ративно выявить причины возникновения уско-ренного разрушения роликов, используя графи-ки нечеткого вывода. Выводы

Разработанный метод позволяет получить количественные и качественные оценки состоя-

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ОБОРУДОВАНИЕ



ния оборудования МНЛЗ и оперативно исполь-зовать их в реальных производственных услови-ях на стадии эксплуатации для реагирования и предупреждения аварийности оборудования процесса непрерывной разливки стали, сниже-ния их последствий и травматизма.

Результаты оценки состояния оборудования МНЛЗ (остаточного ресурса) могут быть эффек-тивно применены для внедрения технологии ре-монтно-восстановительных работ по техниче-скому состоянию, ее автоматизации и интегра-ции с существующими АСУ, что позволит сни-зить расходы на внеплановые остановки, ремонт оборудования, простои производства, обеспе-чить рациональную организацию служб ремонта и обслуживания оборудования МНЛЗ. Данная оптимизация в результате будет экономически выгодна для работы всего предприятия в целом (повышение уровня безопасности, улучшение качества продукции, бесперебойное снабжение поставок потребителям продукции). Список литературы 1. Henly E.L., Kumamoto H. Reliability engineer-

ing and risk assessment. – New York (USA): Prentice-Hall, 1985. – 375 p.

2. Острейковский В.А. Теория надежности. – М.: Высш. шк., 2003. – 463 с.

3. Процессы непрерывной разливки стали / А.Н. Смирнов, В.Л. Пилюшенко, А.А. Мина-ев и др. – Донецк: ДонНТУ, 2002. – 536 с.

4. Машины непрерывного литья заготовок. Теория и расчет / Л.В. Буланов, Л.Г. Корзу-нин, Е.П. Парфенов и др. – Екатеринбург: Уральский центр ПР и рекламы-Марат, 2004. – 349 c.

5. Zadeh L.A. Fuzzy sets / Inform. & Contr. – 1965. – Issue 8. – P. 338-353.

6. Fuzzy logic – algorithms, techniques and im-plementations / Edited by Dadios E.P. – Rijeka (Croatia): InTech, 2012. – 282 p.

7. Fuzzy Controllers, theory and applications / Ed-ited by Grigorie T.L. – Rijeka (Croatia): InTech, 2011. – 368 p.

8. Syropoulos A. Theory of fuzzy computation. – New York (USA): Springer Science+Business Media, 2014. – 162 p.

9. Bede B. Mathematics of fuzzy sets and fuzzy logic. – Heidelberg (Germany): Springer-Verlag Berlin, 2013. – 276 p.

10. Соловьева О.И. Метод прогнозирования уров-ня аварийности оборудования непрерывной разливки стали на основе математического аппарата нечеткой логики и искусственных нейронных сетей / Современные научные ис-следования и инновации. – Октябрь 2013. –

№10. Режим доступа: http://web.snauka.ru/ issues/2013/10/26679

11. Соловьева О.И., Кожевников А.В. Матема-тическая модель прогнозирования уровня безопасности сталеразливочного оборудова-ния / Вестник ЧГУ. – 2012. – Т.2, №3(41). – С. 25-31.

12. Коломийчук С.Г. Расчет остаточного ресурса технической системы с помощью методов нечеткой логики с использованием про-граммных комплексов MATLAB и Simulink / Авиационно-космическая техника и техно-логия. – 2009. – №9(66). – С. 161-169.

13. Усталость при случайном нагружении. Осо-бенности переменного нагружения деталей машин и конструкций. Режим доступа: http:// ksm.spbstu.ru/ru/education/courses/fatigue-of-ma terials-and-structures/10-2010-01-31-21-55-03? start=1

References 1. Henly E.L., Kumamoto H. Reliability engineer-

ing and risk assessment, New York (USA), Prentice-Hall, 1985, 375 p.

2. Ostreikovskaya V.A. Teoriya nadezhnosti [Reli-ability theory], Moscow, Vyssh. shk., 2003, 463 p.

3. Smirnov A.N., Pilyushenko V.L., Minaev A.A. et al. Protsessy nepreryvnoy razlivki stali [Con-tinuous casting of steel processes], Donetsk, DonNTU, 2002, 536 p.

4. Bulanov L.V., Korzunin L.G., Parfenov E.P. et al. Mashiny nepreryvnogo lit'ya zagotovok. Teoriya i raschet [Continuous casting machine. Theory and calculation], Ekaterinburg, Ural'skiy tsentr PR i reklamy-Marat, 2004, 349 p.

5. Zadeh L.A. Fuzzy sets. Inform. & Contr, 1965, Issue 8, pp. 338-353.

6. Fuzzy logic – algorithms, techniques and im-plementations, Edited by Dadios E.P, Rijeka (Croatia), InTech, 2012, 282 p.

7. Fuzzy Controllers, theory and applications, Ed-ited by Grigorie T.L., Rijeka (Croatia), InTech, 2011, 368 p.

8. Syropoulos A. Theory of fuzzy computation, New York (USA), Springer Science+Business Media, 2014, 162 p.

9. Bede B. Mathematics of fuzzy sets and fuzzy logic, Heidelberg (Germany), Springer-Verlag Berlin, 2013, 276 p.

10. Solovyova O.I. Metod prognozirovaniya urov-nya avariynosti oborudovaniya nepreryvnoy razlivki stali na osnove matematicheskogo apparata nechetkoy logiki i iskusstvennykh neyronnykh setey [Method of predicting the ac-cident rate equipment of continuous casting steel on the basis of mathematical apparatus of

ОБОРУДОВАНИЕ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



fuzzy logic and artificial neural networks]. Sov-remennye nauchnye issledovaniya i innovatsii, October 2013, Issue 10, Available at: http:// web.snauka.ru/issues/2013/10/26679

11. Solovyova O.I., Kozhevnikov A.V. Matemati-cheskaya model' prognozirovaniya urovnya be-zopasnosti stalerazlivochnogo oborudovaniya [Mathematical model predicting the level of se-curity steel teeming equipment]. Vestnik ChGU, 2012, Vol.2, Issue 3(41), pp. 25-31.

12. Kolomiychuk S.G. Raschet ostatochnogo resur-sa tekhnicheskoy sistemy s pomoshch'yu meto-dov nechetkoy logiki s ispol'zovaniem pro-

grammnykh kompleksov MATLAB i Simulink [Calculation residual resource technical systems by means fuzzy logic methods using software packages MATLAB and Simulink]. Aviatsion-no-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya, 2009, Issue 9(66), pp. 161-169.

13. Ustalost' pri sluchaynom nagruzhenii. Osoben-nosti peremennogo nagruzheniya detaley ma-shin i konstruktsiy [Fatigue at random loading. Features variable loading machine parts and constructions], Available at: http://ksm.spbstu. ru/ru/education/courses/fatigue-of-materials-and- structures/10-2010-01-31-21-55-03?start=1

A.V. Kozhevnikov /Cand. Sci. (Eng.)/, O.I. Solovyova Cherepovets State University (Cherepovets, Russia)

DEVELOPMENT OF CONDITION PREDICTION TECHNIQUE

FOR STEEL-TEEMING EQUIPMENT BASED ON FUZZY CONTROL Background. Complicated technical systems of continuous casting machines (CCM) operate in an en-vironment of noise and measurement errors of a significant number of parameters in the absence or under uncertainty of the accurate numerical data of these parameters. It is often impossible to take in-to account their impact on the possibility of failure, defects of elements and the whole CCM system during operation. Therefore, a new method of modeling is proposed based on neuro-fuzzy control with the aim to improve the effectiveness of CCM equipment failures prediction in the absence of clear in-formation of input variables. To achieve this goal, the problems solved in the paper are: 1) the devel-opment of software of CCM equipment condition prediction method based on fuzzy control; 2) the construction of a model and research conducting. Materials and/or methods. Mathematical model of the CCM equipment condition prediction is devel-oped based on aggregate of casting process parameters and statistics on equipment units’ failures. The computational model of a technical system of CCM is constructed similarly to block diagram of reliability in the Simulink interactive simulation environment of MATLAB software package. Coded fuzzy logic controllers are used as components of the system. An adaptive neural fuzzy network of Sugeno – ANFIS-editor type is used for inference, which is part of the Fuzzy Logic Toolbox complex of MATLAB, as fuzzy logic inference about the equipment condition and synthesis of controllers. The al-gorithm of fuzzy model identification (coefficients of linear equations, the parameters of membership functions, and the number of rules) is proposed for the adequateness and accuracy of the prediction. Algorithm is used for preliminary data processing (FCM-clustering) in order to reduce the dimension of the fuzzy model and time required for its training. Results. The technique allows obtaining estimates of the CCM equipment condition and quickly using them in actual production conditions at the stage of operation to prevent accidents of this equipment. Conclusion. Fuzzy model of residual lifetime prediction of CCM equipment obtained as the result of simulation can be used as a basis for automated subsystem of service life formation by technical con-dition – planning of repairs to ensure the rational organization of the repair and maintenance ser-vices, reducing the costs for unscheduled stoppages and equipment repair. Keywords: roller sections of CCM supporting units, reliability, residual lifetime, prediction of equip-ment condition, neural network, neural network algorithms.

Статья поступила 27.01.2014 г. © А.В. Кожевников, О.И. Соловьева, 2014

Рецензент д.т.н., проф. Ю.А. Скобцов

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ОБОРУДОВАНИЕ



УДК 669.015.7 С.П. Еронько /д.т.н./, М.Ю. Ткачев ГВУЗ "Донецкий национальный технический университет" (Донецк, Украина) А.С. Сосонкин ООО "Велекс" (Харьков, Украина) Е.П. Дворников, Г.П. Брахнов ООО НПП "Промэнерго" (Донецк, Украина)

ИССЛЕДОВАНИЕ НА ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИНЦИПА ВЕНТИЛЯТОРА ДАЙСОНА В СИСТЕМАХ ГАЗООТСОСА

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ Приведены методика и результаты исследования на физической модели процесса эвакуации газов с использованием системы, работающей по принципу вентилятора Дайсона. Установле-ны значения геометрических параметров сопел, при которых обеспечивается устойчивое про-текание процесса отсоса газов. Ключевые слова: газоочистка, эффект Коанда, вентилятор Дайсона, скорость газового по-тока, траектория.


Технологические процессы металлургиче-ского производства сопровождаются образова-нием большого количества газов и пыли, кото-рые смешиваются и при отсутствии системы утилизации попадают в окружающую среду, в результате чего резко ухудшается экологическая ситуация в промышленных регионах Украины. Для предотвращения загрязнения воздуха в рай-онах размещения крупных предприятий необхо-дима разработка и внедрение в производство передовых методов очистки попутных газов, ко-торые бы обеспечили с большой энергетической эффективностью достижение требуемого ре-зультата.

Наряду с традиционными системами газоот-соса и газоочистки, основанными на применении мощных дымососов и вентиляторов, в ближай-шей перспективе найдут промышленное исполь-зование установки, в которых направленная циркуляция газовой среды будет обеспечиваться путем создания зон пониженного давления за счет огибания движущимися потоками воздуха специальных профильных поверхностей. При этом ожидается снижение энергопотребления для выполнения транспортирующей функции во время эвакуации газопылевых выбросов, обра-зующихся при работе технологических агрегатов металлургического производства.

Поэтому исследования возможности приме-нения подобных газодинамических эффектов для реализации методов очистки газовых смесей

применительно к металлургическим агрегатам имеют важное научно-практическое значение с точки зрения улучшения показателей экономии энергоносителей и защиты от загрязнения окру-жающей среды. Анализ последних исследований и публика-ций

В течение последних пятидесяти лет учены-ми было предложено много оригинальных мето-дов активного воздействия на газовые потоки с целью обеспечения нужной траектории их дви-жения для проведения операций очистки газо-вых смесей от мелких твердых частиц, которые выносятся из технологических агрегатов в окру-жающую среду [1]. Среди известных методов особое место занимают те, в основу которых по-ложен так называемый эффект Коанда [2,3]. Как свидетельствуют результаты исследований [4,5], проведенных за рубежом, использование этого эффекта позволяет обеспечить эффективную эвакуацию газовых смесей из зоны их образова-ния с помощью специальных вентиляторов и вспомогательных устройств, формирующих по-токи воздуха особой формы с большим транс-портировочным эффектом при достаточно ма-лых энергетических затратах.

Явление притяжения газовой струи к стенке, ограничивающей поток, известно давно и опи-сывалось многими исследователями, в т.ч. таки-ми видными, как Юнг и Рейнольдс. Однако свое название это явление получило по имени рабо-

ОБОРУДОВАНИЕ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



тавшего во Франции румынского изобретателя Анри Коанда [6], который в начале прошлого века впервые столкнулся с ним при испытании летательного аппарата Coandă-1910, считающе-гося первым прототипом реактивного самолета. Позже талантливый изобретатель предложил использовать этот эффект для реализации ряда технических решений, которые запатентовал во Франции в 1910 г., а также в Великобритании и Швейцарии в 1911 г.

Эффект Коанда нашел широкое применение при проектировании конструкций крыльев и фю-зеляжей самолетов с целью увеличения подъем-ной силы; в вертолетостроении для компенсации реактивного момента от несущего винта и управления вертолётом "по рысканью"; центро-бежных компрессоров для турбонагнетателей отработанных газов, обеспечивающих повыше-ние давления сжатия при спиральном наддуве воздуха [1]; устройств кондиционирования и вентиляции для лучшей циркуляции воздуха в помещении; самоочищающихся наклонных эк-ранов в системах мелиорации [7]. Данный эф-фект используют в устройствах пылегазоочистки в металлургической, цементной и других отрас-лях. Так, например, его применение в комплексе с двухступенчатой эжекцией в конструкции

фильтра фирмы "Intensiv Filter Himenviro GmbH" (Германия) позволило осуществить эффектив-ную автоматическую регенерацию фильтроваль-ных рукавов длиной до 8 м при минимальном расходе сжатого воздуха.

Среди технических разработок последних лет с использованием эффекта Коанда должное место следует отдать безлопастному вентилято-ру британского новатора Джеймса Дайсона [8,9]. В основе системы лежит кольцо, сечение кото-рого похоже на профиль самолётного крыла. На внутренней его поверхности по всему периметру расположена щель толщиной 0,5…5 мм (пред-почтительно 1,3 мм). Воздушная турбина, раз-мещенная в основании вентилятора, подает воз-дух во внутреннюю полость кольца, который через узкую щель выходит с огромной скоро-стью, плавно огибает внутренний аэродинамиче-ский профиль и напротив центра кольца создает область разрежения, вызывающую втягивание воздушной массы с периферии. Возбуждаемый при этом вторичный воздушный поток, прохо-дящий через центральное отверстие кольца со значительной скоростью, объединяется с пер-вичным потоком, в результате чего формируется струя, выталкиваемая вперед из кольца, благода-ря которой объём воздуха на выходе вентилято-

Рисунок 1 – Схема лабораторного стенда для исследования

свойств и возможностей ВД с соплами, имеющими поверхность Коанда

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ОБОРУДОВАНИЕ



Рисунок 2 – Основные геометрические

параметры профиля кольца ВД: В=50 мм – ширина кольца; (2/3)В – ширина

диффузора; d – диаметр кольца; δ=0,7 мм – ширина щели; α=15° – угол наклона поверхности диффузора кольца 1 к его оси; β=25° – угол наклона поверхности Коанда 2 к оси кольца; γ=45° – угол наклона скошенной

поверхности 3 к центральной оси

ра увеличивается среднем в 10…20 раз [8]. Сле-дует также отметить, что средством для созда-ния потока воздуха через сопло вентилятора Дайсона (ВД) может быть не только турбина, приводимая в действие электродвигателем, но и другое устройство, например, компрессор [9]. Данное обстоятельство позволяет выдвинуть предположение о возможности использования принципа работы ВД при создании систем очи-стки газопылевых промышленных выбросов. Однако при этом стоит учитывать тот факт, что стабильный эффект Коанда возникает при строго определенном соотношении размера щели и диаметра сопла, а также зависит от места распо-ложения щели, шероховатости и формы поверх-ности. Поэтому перспективы промышленного

применения таких систем требуют дополнитель-ной проверки и экспериментального подтвер-ждения эффективности их функционирования. Цель (задачи) исследования

Целью данной работы является эксперимен-тальная проверка возможности применения эф-фекта Коанда в работе систем эвакуации и очи-стки газов, образующихся в процессах металлур-гического производства. Основной материал исследования

Для проведения исследований был разрабо-тан лабораторный стенд, схема которого приве-дена на рисунке 1. В его состав входят два оди-наковых сопла 1, выполненных в виде фрагмента кольца ВД (рисунок 2). При этом геометриче-ские параметры "ячейки" (сопла) ВД выбирались таким образом, чтобы создавался максимально возможный массовый расход общего воздушно-го потока. Профиль 2 сопла 1 выполнен в виде свернутой полосы металла толщиной 0,6 мм и шириной 10 мм. Герметичность торцов сопел достигнута установкой резиновых прокладок 3 между профилем 2 и торцовыми накладками 4 с последующей стяжкой всей конструкции винта-ми 5 и 6. Сопла ("ячейки" ВД) закреплены на ползунках 7 с возможностью поворота относи-тельно оси винтов 6. Ползунки 7 в свою очередь жестко связаны с зубчатыми рейками 8 и распо-ложены в пазах 9 рамы 10 лабораторного стенда. Синхронизация перемещения сопел 1 относи-тельно вертикальной оси осуществляется по-средством установленного зубчатого колеса 11, одновременно находящегося в зацеплении с двумя зубчатыми рейками 8. Ползунки 7 с рас-положенными на них соплами 1 и зубчатые рей-ки 8 с синхронизирующим зубчатым колесом 11 монтируются на раме 10 лабораторного стенда, который устанавливается в специальную ем-

Таблица 1 – Скоростные и расходные характеристики работы плоской модели ВД

Условия моделирования процесса эвакуации газа

Скорость потоков, возбуждаемая соплами, м/с

Суммарный расход газовой смеси на выходе вентилятора,

·10-6, м3/с

Коэффициент "умножающего

эффекта" l, мм α, °

Суммарный расход рабочего воздуха, ·10-6 м3/с

Левое сопло

Правое сопло

Осредненная скорость

60 -15

166

2,08 1,77 1,93 796 4,78 5 2,12 1,68 1,88 893 5,36

25 2,08 2,08 2,06 631 3,8

120 -15 1,93 1,66 1,8 1122 6,73 5 1,99 1,52 1,76 1167 7

25 1,76 1,36 1,56 970 5,8

180 -15 2,05 1,48 1,77 1224 7,35 5 1,93 1,39 1,66 978 5,87

25 1,62 1,12 1,36 869 5,22

ОБОРУДОВАНИЕ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



а

б Рисунок 3 – Картина (а) и поля скоростей (б) воздушных потоков,

формируемых плоской моделью ВД при α=-15° (слева) и α=5° (справа) (l=180 мм, H=55, 127, 190, 270 и 345 мм)

кость 12 с торцовыми стенками 13, изготовлен-ными из органического стекла.

Создание и поддержание избыточного дав-ления (50 кПа) в соплах осуществляется подачей воздуха от компрессора в их внутреннюю по-

лость при помощи пустотелых стяжных винтов 6 специальной конструкции. Винты 6 на участке профилей 2 сопел 1 имеют отверстия для нагне-тания воздуха в их полости.

Подачу дыма, моделирующего и визуализи-

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ОБОРУДОВАНИЕ



рующего возбуждаемые газовые потоки, осуще-ствляли от генератора через форсунку с щелью 14, обеспечивающей равномерное распределение имитатора газа в пространстве под соплами. При этом форсунка 14 имеет возможность изменять

свое положение в вертикальной плоскости с по-мощью регулировочных винтов 15.

Для контроля скорости газовых потоков, формирующихся на выходе плоской модели ВД, использовался измерительный зонд, снабженный

а


формируемых плоской моделью ВД при α=-15° (слева) и α=5° (справа) (l=120 мм, H=55, 127, 190, 270 и 345 мм)

ОБОРУДОВАНИЕ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



а


формируемых плоской моделью ВД при α=5° (слева) и α=25° (справа) (l=60 мм, H=55, 127, 190, 270 и 345 мм)

тензорезисторным преобразователем [10]. Дан-ный преобразователь позволяет преобразовать в электрический сигнал скоростной напор потока, пропорциональный квадрату его скорости и дей-ствующий на чувствительный элемент преобра-

зователя, размещаемый на удалении Н от сопла (рисунок 1). Для его регистрации тензорезистор-ный преобразователь работает в комплексе с че-тырехканальным усилителем переменного тока УТЧ-1 и 12-ти разрядным многоканальным ана-

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ОБОРУДОВАНИЕ



лого-цифровым преобразователем L-CARD с персональным компьютером.

Физическое моделирование процесса эвакуа-ции газов из зоны их образования проводилось при варьировании удаления h сопел с поверхно-стью Коанда от форсунки с щелевым отверстием в пределах 45…275 мм, расстояние l между са-мими соплами в пределах 60…180 мм и угла на-клона поверхности диффузора сопла к верти-кальной оси стенда в пределах α=β=-15…+25°. Во время эксперимента для каждой выбранной комбинации геометрических параметров (h, l, α) проводилась видеосъемка картин газовых пото-ков, возникающих в зоне размещения плоской модели ВД, и измерялись их скорости в горизон-тальных плоскостях на различном удалении H по высоте от верхних торцов сопел вентиляторной системы, для чего зонд с тензорезисторным пре-образователем закреплялся на кронштейне те-лежки, перемещаемой вдоль лабораторного стенда.

Зафиксированные картины, отображающие направленность потоков газа, эвакуируемого из зоны его выделения при различных соотношени-ях параметров плоской модели ВД, и поля ско-ростей эвакуируемой газо-воздушной смеси, по-лученные в результате обработки контрольных измерений в горизонтальных плоскостях на раз-личном удалении по высоте Н от верхнего торца плоской модели, представлены на рисунках 3…5.

Данные экспериментальных исследований об осредненных значениях скоростей газо-воздуш-ных потоков и размерах их поперечных сечений позволили рассчитать объемные расходы газо-вых смесей, эвакуируемых при функционирова-нии плоской модели ВД, для различных комби-наций его конструктивных параметров.

Отношение объемного расхода эвакуируемой смеси к объемному расходу воздуха, подаваемо-го компрессором к соплам плоской модели вен-тилятора, позволяет оценить энергетическую эффективность его работы. Указанное отноше-ние в специальной литературе принято считать коэффициентом "умножающего эффекта". Дан-ные о значениях этого коэффициента, получен-ные в ходе эксперимента, приведены в табли-це 1.

Информация на рисунках 3…5, свидетельст-вует о том, что эффективность функционирова-ния исследуемой системы эвакуации газовых смесей может быть обеспечена при удачно по-добранных ее конструктивных параметрах. При этом устойчивый режим работы вентиляционной системы зависит от правильной и, прежде всего, симметричной установки сопел относительно ее вертикальной оси. Например, наилучшая равно-

мерность распределения потоков эвакуируемой газовой среды по сечению модели наблюдалась в том случае, когда расстояние между соплами вентиляционной модели было равным высоте диффузора. Как видно из кинограммы процесса

Рисунок 6 – Кинограмма процесса развития устойчивой эвакуации газа при рациональном соотношении параметров плоской модели ВД

и ее удаленности от зоны образования (выделения) дыма

ОБОРУДОВАНИЕ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



развития потоков эвакуируемой смеси газа (ри-сунок 6), полученной для такого варианта соче-тания геометрических параметров плоской мо-дели вентилятора, траектория их движения была близкой к вертикальной.

Скорость рабочего воздуха на выходе из сопел зависит не только от его объемного расхо-да, но и от состояния самих сопел. Даже незна-чительные расхождения в их геометрических размерах неизбежно влекут за собой заметную разницу в скоростях истечения воздушной мас-сы. Так, практически на всех картинах (рисунки 3…5), отображающих распределение скоростей потоков газо-воздушной смеси на выходе из диффузора, разница амплитуд сигналов, зареги-стрированных вблизи мест расположения сопел, составила примерно 20 %. Выводы

Принцип работы ВД может быть использо-ван в системах вентиляции и газоочистки цехов металлургического производства в качестве аль-тернативы системам, включающим центробеж-ные или радиальные насосы.

Повышение скорости совокупного воздуш-ного потока в моделируемой системе достигает-ся за счет уменьшения угла β между поверхно-стью Коанда и осью кольца ВД, т.к. при этом совокупный воздушный поток выпускается бо-лее фокусировано и направленно. При увеличе-нии угла β растет удельный массовый расход воздушного потока, но скорость его уменьшает-ся.

Экспериментальные исследования в данном направлении следует продолжить на объемных моделях. Список литературы 1. Патент 2389907 РФ, F04D29/44. Спиральный

наддув воздуха / Шпаковски З., Родунер К.; АББ Турбо Системс АГ (СН); № 2007140869/06, заявлено 22.03.2006; опубл. 20.05.2010.

2. А.с. 1662628 СССР, B07D45/04. Установка для обеспыливания воздуха / Созонов А.Ф., Паничкина Л.Ф., Бекежанов Е.Б.; Всесоюз-ный научно-исследовательский горно-ме-таллургический институт цветных металлов; №4716476/26, заявлено 07.07.89; опубл. 15.07.89. Бюл. №26.

3. Патент 2159144 РФ, B01D45/06. Струйно-инерционный пылеуловитель / И.М. Кваш-нин, О.Н. Зубарева, А.Н. Каравайкин и др.; Пензенская государственная архитектурно-строительная академия; №94003081/25, заяв-

лено 15.09.1998; опубл. 20.11.2000. 4. Dragan V. A new mathematical model for high

thickness Coanda effect wall jets / Review of the Air Force Academy. – 2013. – Issue 1(23). – Р. 23-28.

5. Miozzi M., Lalli F., Romano G.P. Experimental investigation of a free-surface turbulent jet with Coanda effect / Experiments in Fluids. – 2010. Vol.49, Issue 1. – P. 341-353

6. Чудаков А.В. Цифровые устройства пневмо-ники. – М.: Энергия, 1971. – 112 с.

7. Wahl T.L. Hydraulic performance of Coanda-effect screens / Journal of Hydraulic Engineer-ing. – 2001. – Vol.127, Issue 6. – P. 480-488.

8. Патент 2458254 РФ, F04D25/08. Вентилятор / Гэммак П.Д., Николас Ф., Симмондз К.Д.; Дайсон Текнолоджи Лимитед (GB); № 2010112706/06, заявлено 10.10.2011; опубл. 10.08.2012.

9. Патент 2484383 РФ, F24F1/02. Вентилятор / Николас Ф., Симмондз К.Д.; Дайсон Текно-лоджи Лимитед (GB); №2011128308/12, за-явлено 27.01.2013; опубл. 10.06.2013.

10. Еронько С.П., Быковских С.В. Физическое моделирование процессов внепечной обра-ботки и разливки стали. – К.: Техника, 1998. – 136 с.

References 1. Patent 2389907 RF, F04D29/44. Spiral'nyy nad-

duv vozdukha [Spiral supercharging air]. Shpa-kovsky Z., Roduner K.; ABB Turbo Systems AG (CH); No.2007140869/06, stated 22.03.2006; publ. 20.05.2010.

2. Copyright certificate 1662628 USSR, B07D45/04. Ustanovka dlya obespylivaniya vozdukha [In-stalling for dedusting of air]. Sozonov A.F., Panichkina L.F., Bekezhanov E.B.; Vsesoyuznyy nauchno-issledovatel'skiy gorno-metallurgiches-kiy institut tsvetnykh metallov; No.4716476/26, stated 07.07.89; publ. 15.07.89. Бюл. №26.

3. Patent 2159144 RF, B01D45/06. Struyno-iner-tsionnyy pyleulovitel' [Inertial-jet dust collec-tor]. Kvashnin I.M., Zubarev O.N. Karavaykin A.N. et al.; Penza State Academy of Architec-ture and Construction; No.94003081/25, stated 15.09.1998; publ. 20.11.2000.

4. Dragan V. A new mathematical model for high thickness Coanda effect wall jets. Review of the Air Force Academy, 2013, Issue 1(23), pp. 23-28.

5. Miozzi M., Lalli F., Romano G.P. Experimental investigation of a free-surface turbulent jet with Coanda effect. Experiments in Fluids, 2010. Vol.49, Issue 1, pp. 341-353

6. Chudakov A.V. Tsifrovye ustroystva pnevmoniki [Digital devices pnevmoniki], Moscow, Ener-

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ОБОРУДОВАНИЕ



giya, 1971, 112 p. 7. Wahl T.L. Hydraulic performance of Coanda-

effect screens. Journal of Hydraulic Engineer-ing, 2001, Vol.127, Issue 6, pp. 480-488.

8. Patent 2458254 RF, F04D25/08. Ventilyator [Ventilator]. Gemmak P.D., Nicholas F., Sim-monds K.D.; Dyson Technology Ltd. (GB); No. 2010112706/06, stated 10.10.2011; publ. 10.08.2012.

9. Patent 2484383 RF, F24F1/02. Ventilyator [Ven-tilator]. Nicholas F., Simmonds K.D.; Dyson Technology Ltd. (GB); No.2011128308/12, stat-ed 27.01.2013; publ. 10.06.2013.

10. Eron'ko S.P., Bykovskikh S.V. Fizicheskoe mo-delirovanie protsessov vnepechnoy obrabotki i razlivki stali [Physical modeling of processes secondary treatment and casting of steel], Kiev, Tekhnika, 1998, 136 p.

S.P. Eron’ko /Dr. Sci. (Eng.)/, M.Y. Trachyov Donetsk National Technical University (Donetsk, Ukraine) A.S. Sosonkin LLC "Veleks" (Kharkiv, Ukraine) E.P. Dvornikov, G.P. Brakhnov Co.Ltd SPE "Promenergo" (Donetsk, Ukraine)

INVESTIGATION ON A PHYSICAL MODEL THE POSSIBILITY

OF THE DYSON FAN SYSTEMS PRINCIPLE USING IN GAS SUCTION SYSTEMS OF METALLURGICAL UNITS

Background. Technological processes of metallurgical production are accompanied by the formation of large amounts of gas and dust which are mixing and in the absence of recycling system are coming into the environment. The Coanda effect usage is of particular interest in the gas cleaning systems, which enables efficient evacuation of gas mixtures from the area of their creation at sufficiently low energy costs. Materials and/or methods. Experimental verification of the possibility of the Dyson fan principle us-ing in gas suction system of metallurgical units was held on its planar physical model. Creating and maintaining a positive pressure in the nozzles of the Dyson fan is made by feeding air from the com-pressor into their internal cavities. Smoke supply which simulated and visualized gas flows excited by Dyson fan was provided from the generator through a nozzle with a slit. To control the rate of gas flow formed at the output of the Dyson fan model, measuring probe was equipped with a strain gauge transducer. Results. During the studies, patterns have been documented depicting the directions of gas flow evac-uated from the area of its creation at different ratios of the parameters of planar model of Dyson fan, and the velocities fields of the evacuated gas and air mixture. Volumetric flow of gas mixtures were evaluated, which evacuated in the functioning of the Dyson fan model for various combinations of its design parameters, as well as the overall energy efficiency of its work (coefficient of "multiplying ef-fect"). The optimal geometric parameters were determined of the Dyson fan for which Coanda effect appears and runs stably. Conclusion. Principle of the Dyson fan operation can be used in ventilation and gas cleaning of met-allurgical production plants as an alternative to systems including centrifugal or radial pumps. In-creasing the total air flow rate in a simulated system is achieved by reducing the angle between the Coanda surface and the axis of the Dyson fan ring as while the total air flow blows more focused and directed. As the angle increases, the mass air flow rises, but its rate decreases. Keywords: gas purification (cleaning), Coanda effect, Dyson fan, gas flow velocity, trajectory.

Связь с авторами:

– телефон: +380 (50) 472-27-49 – эл. почта: [email protected]

Статья поступила 13.04.2014 г.© С.П. Еронько, М.Ю. Ткачев, А.С. Сосонкин,

Е.П. Дворников, Г.П. Брахнов, 2014Рецензент д.т.н., проф. В.Я. Седуш

ВИБРАЦИЯ МАШИН: ИЗМЕРЕНИЕ, СНИЖЕНИЕ, ЗАЩИТА • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



УДК 621.924 В.М. Нагорный /к.т.н./, Н.М. Удовиченко, А.Н. Тур Сумской государственный университет (Сумы, Украина)

МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ПО ЗВУКУ, СОПРОВОЖДАЮЩЕМУ ПРОЦЕСС РЕЗАНИЯ

Посредством динамического моделирования поведения технологической системы токарного станка исследуется характер изменения звука, сопровождающего процесс продольного точе-ния. Причиной этого изменения является износ режущего инструмента. Результаты расчет-но-экспериментальных исследований показали, что на участке постепенного (стационарного) износа режущего инструмента уровень звука является достаточно стабильным, а далее, на участке катастрофического износа, уровень звука начинает резко возрастать. Ключевые слова: обработка резанием, износ, контактное усилие, акустический сигнал.


Мониторинг технического состояния режу-щего инструмента необходим для повышения эффективности процесса металлообработки, а именно исключения брака обработки за счет своевременной замены затупившегося инстру-мента, а также оптимизации управления процес-сом, например, продольного точения путём вы-бора режима резания, позволяющего закончить процесс обработки до исчерпания ресурса инст-румента. Основным источником информации о состоянии режущего инструмента считается звук, сопровождающий процесс металлообра-ботки, разработка методов анализа которого яв-ляется актуальной наукоемкой задачей. Анализ последних исследований и публика-ций

Обеспечение эффективности процесса ме-таллообработки невозможно без информации о текущем состоянии режущего инструмента [1]. Состояние инструмента из-за его износа в про-цессе металлообработки постоянно изменяется (ГОСТ 25751-83). Мониторинг же технического состояния инструмента с целью определения степени его износа, а соответственно, и для про-гнозирования его стойкости, непосредственно в процессе резания весьма затруднён. Подобный контроль требует, как правило, прерывания про-цесса обработки, что существенно снижает её эффективность. Данное обстоятельство вынуж-дает применять косвенные методы, в частности, контролировать состояние инструмента по уров-ню звука, сопровождающему процесс резания [2].

В зависимости от качества режущего инстру-мента его вариационная стойкость в одной пар-тии колеблется от 15 до 35 %, если время работы инструмента определяется наихудшим образцом

в партии, то наиболее стойкие образцы при фик-сированной наработке используют свой ресурс лишь на 65 % [2]. Измерение износа режущего инструмента возможно после каждого цикла об-работки [3], но в этом случае нельзя прогнозиро-вать наступление критического состояния инст-румента: поломки, скола, выкрашивания, а, тем более, осуществлять долгосрочные прогнозы для определения момента его замены.

Без информации о фактической стойкости режущего инструмента затруднена и оптимиза-ция процесса резания и предотвращение брака. Несмотря на продолжительные исследования, проводимые в указанном направлении во многих отечественных и зарубежных научных и произ-водственных коллективах, проблема создания системы оперативной диагностики состояния режущего инструмента в требуемом объеме ос-тается нерешенной [4…6].

Существующие методы контроля состояния режущего инструмента по уровню звука имеют существенный недостаток, т.к. они основывают-ся на сравнении регистрируемого сигнала с не-ким эталоном, который в принципе не может иметь место. Дело в том, что сочетаний таких элементов технологической системы токарного станка как заготовка и режущий инструмент бесчисленное множество, что не позволяет гово-рить о каком-либо эталоне. На самом деле эта-лоном для каждой пары "заготовка-инструмент" является она сама. Причём, эталон представляет собой не некую застывшую "картинку", а дина-мично изменяющийся во времени "процесс". Цель (задачи) исследований

Целью настоящей работы является исследо-вание характера изменения звука, сопровож-дающего процесс резания, как эталонного при-

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ВИБРАЦИЯ МАШИН: ИЗМЕРЕНИЕ, СНИЖЕНИЕ, ЗАЩИТА



знака, характеризующего степень критичности состояния инструмента и позволяющего опреде-лять момент его своевременной замены. Основной материал исследования

Предметом исследований был выбран про-цесс продольного точения, осуществлявшийся на токарно-винторезном станке типа 16К20Т1. Методика исследований заключалась в компью-терном моделировании процесса звукообразова-ния как результата колебаний технологической системы токарного станка и сопоставлении ре-зультатов моделирования с экспериментальными данными.

Максимальное значение переменного аку-стического давления (амплитуда давления) мо-жет быть рассчитано через амплитуду колебания поверхности, создающей акустические (звуко-вые) колебания [7]:

AcfЕЗВ ρπ= 2 , Па, где ЕЗВ – амплитуда звукового давления, Па; f – частота колебаний поверхности, Гц; с – скорость распространения звука в воздушной среде, м/с; ρ – плотность воздушной среды, кг/м3; А – ам-плитуда колебания поверхности, м.

В рассматриваемом случае поверхностью, создающей звуковые колебания, является колеб-лющаяся в пространстве поверхность станка и инструмента, поэтому при моделировании ана-лизировались именно их пространственные ко-лебания. Конструкция станка, состоящая из от-дельных узлов и агрегатов, позволяет использо-вать при моделировании менее трудоёмкую, по сравнению с конечно-элементной моделью, уп-

руго-массовую модель с сосредоточенными па-раметрами. Подобного моделирования вполне достаточно для решения поставленной задачи – изучения характера изменения уровня звука по мере износа режущего инструмента.

На рисунке 1 приведена схема динамической модели, которая описывает колебания техноло-гической системы токарного станка по шести произвольно ориентированным в пространстве степеням свободы. Масса, жесткость и демпфи-рующие свойства моделируемых узлов станка и инструмента обозначены, соответственно, через mi, ki и ci: лезвия инструмента (m1, k1, c1); дер-жавки резца (m2, k2, c2); резцедержателя (револь-верной головки) (m3, k3, c3); суппорта (m4, k4, c4); станины станка с передней и задней бабками (m5, k5, c5); шпинделя вместе с патроном и обрабаты-ваемой заготовкой (m6, k6, c6). Здесь под лезвием в соответствие с рекомендациями ГОСТ 25751-83 понимается "клинообразный элемент режу-щего инструмента для проникновения в матери-ал заготовки и отделения слоя материала".

Векторы жёсткости и демпфирования на-правлены вдоль соответствующих главных осей каждого из моделируемых элементов технологи-ческой системы.

В качестве обобщённой координаты, описы-вающей пространственные колебания техноло-гической системы, рассматривался комплексный радиус-вектор центра тяжести каждого из моде-лируемых элементов технологической системы (рисунок 1):

iii jzy +=ξ , где yi и zi – проекции радиус-вектора iξ , соот-

Рисунок 1 – Динамическая модель технологической системы токарного станка (вид сверху)




Таблица 1 – Параметры динамической модели технологической системы токарного станка

Динамические параметры

Моделируемый узел станка (№ массы)

лезвие (i=1)

державка резца (i=2)

резцедер-жатель (i=3)

суппорт (i=4)

станина (i=5)

шпиндель с патроном и заготовкой

(i=6) Масса mi, кг 0,29·10-6 0,12 36 98 3786 80 Жесткость ki, Н/м 1,96·108 7,4·108 3,3·109 9,3·109 1,3·109 1,8·109 Демпфирование сi, Н/м/с 0,75 2355 1,9·104 8,4·104 7,3·105 1,3·105

Примечание: Коэффициент жесткости ki определялся по формуле: 2)2( iii fmk π= , где fi – частота собственных парциальных колебаний моделируемого узла. Демпфирование – по формуле:

i

iii Q

mkc = , где Qi – добротность (величина) пика собственных парциальных колебаний i-го модели-

руемого узла.

Рисунок 2 – Профиль шероховатости

обрабатываемой заготовки ветственно, на боковую (радиальную) (OY) и вертикальную (OZ) координатные оси (см. рису-нок 1), как правило, используемые при описании процесса резания и динамики станков [3].

Для определения параметров модели был применён метод их идентификации, заключав-шийся в минимизации невязки между фактиче-ским [8] и расчетным звуковыми спектрами. Найденные таким образом параметры модели характеризовали её исходное состояние при от-сутствии износа режущего инструмента (табли-ца 1).

При определении возмущающих воздействий был использован принцип обратимости [9]. Воз-никающие в процессе резания разные по приро-де колебания оставляют свой вибрационный след на обрабатываемой поверхности. Этот след, называемый шероховатостью, стандартизирован под названием профиль шероховатости (рисунок 2) согласно ГОСТ 2789-73.

Профиль шероховатости с точки зрения тео-рии колебаний является ничем иным, как графи-ком, описывающим механические колебания технологической системы во временной области, и содержит информацию об уровне и частотном составе колебаний данной системы.

Среди ряда параметров, характеризующих профиль шероховатости, есть параметр RZ, кото-рый можно рассматривать как двойную ампли-туду пространственных колебаний технологиче-

ской системы в точке контакта режущего инст-румента и заготовки. Контактное усилие, возни-кающее в точке контакта, определялось по тео-рии Г. Герца [10]:

5.1ZKВК RKР = , Н,

( )ЛЗ

ЛЗ

З

З

И

ИK RR

RR

ЕЕ

K+

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ν−+

ν−=

22 113

4 ,

где КК – постоянная, зависящая от геометрии соприкасающихся поверхностей и констант ма-териала; νИ=νЗ=0,28 – коэффициент Пуассона, соответственно, материала режущего инстру-мента и заготовки; ЕИ =6,3·1011 Па и ЕЗ=2,1·1011 Па – модуль упругости, соответственно, мате-риала режущего инструмента и заготовки; RЗ=30 мм и RЛ=0,5…1,5 мм – радиус кривизны заготов-ки и при вершине резца.

Моделированию подвергались вынужденные колебания технологической системы под воз-действием данного контактного усилия РВК. Для этого технологическая система в зоне резания была условно разомкнута. Это позволило полу-чить две подсистемы: подсистему заготовки и подсистему режущего инструмента, действие возмущающей нагрузки РВК на каждую из этих подсистем, в соответствие с 3-м законом Ньюто-на, взаимно противоположно. Расчёт велся для случая тонкого точения при RZ=3,2 мкм (ГОСТ 2789-73). В процессе резания радиус при верши-не резца по причине износа инструмента увели-чивался по следующему закону:

)( 00

00 τ−τ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

τ−−

+=T

RRRR ЛMAX

ЛЛЛ ,

где RЛ0 и RЛ

MAX – соответственно, исходный и




предельно допустимый радиус закругления главной режущей кромки (в расчёте полагалось RЛ0=0,5 мм и RЛ

MAX=1,5 мм); Т – стойкость инст-румента, мин.; τ и τ0 – соответственно, исходная и текущая наработка режущего инструмента, мин.

Колебания модели описывались посредством семи дифференциальных уравнений:

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

−=ϕ−ζ−ζ−ζ−ζ−ζ

=ϕ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+

+ϕ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+ζ−ζ+ζ−ζ+

+ζ+ζ+ζ−ζ−ζ−ζ−ζ

=ϕ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+

+ϕ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+ϕ−ζ−ζ+

+ζ−ζ+ζ−ζ−ζ−ζ−ζ

=ϕ−ζ−ζ++ζ−ζ+ζ−ζ−ζ−ζ−ζ

=ϕ−ζ−ζ++ζ−ζ+ζ−ζ−ζ−ζ−ζ

=ϕ−ζ−ζ+ζ−ζ+ζ

.)()(

,022

22)()(

)()(

,022

22)(

)()()(

,0)()()()(

,0)()()()(

,)()(

665665666

24

14

24

14

656656

555554454455

24

14

24

14

4544

54443343344

3433

43332232233

2322

32221121122

121121111

BKC

C

C

C

BKC

PHmkcm

LkLk

LcLckc

kckcm

LkLk

LcLcHmk

ckcm

Hmkckcm

Hmkckcm

PHmkcm

&&&&&&

&&&

&&&&&

&&&

&&&&&&

&&

&&&&&&

&&

&&&&&&

&&&&&&

Используя метод комплексных амплитуд [9],

с помощью подстановки ξ(τ)=Ξexp(iωτ) эти уравнения преобразовывались в систему шести линейных алгебраических уравнений с ком-плексными коэффициентами, которая далее ре-шалась методом Гаусса.

Результаты расчёта уровня звука ЕЗВ(f,τ) представлялись в виде трёхмерной "амплитудно-частотно-временной" диаграммы и одномерной временной реализации ЕЗВ(τ). Для проверки аде-кватности модели в расчёте определялся коэф-фициент корреляции между расчётным и факти-ческим спектром звука и коэффициент корреля-ции между расчётной и фактической огибающей временной формы звука. Данная огибающая представляет собой тренд звука, за которым сле-дят в процессе мониторинга состояния режущего инструмента. Также рассчитывался профиль ше-

роховатости и вклад в суммарное звуковое поле каждого из моделируемых элементов токарного станка и инструмента.

Экспериментальные данные, в сопоставле-нии с которыми оценивалось адекватность моде-ли, представляли собой звуковой сигнал, запи-санный с помощью микрофона, установленного вблизи от зоны резания. Применявшиеся при этом режимы резания, материал заготовки и рез-ца приведены в таблице 2 [10].

Результаты исследований представлены в виде графиков на рисунках 3 и 4. На рисунке 3 приведены расчётные и полученные в экспери-менте временные формы и спектры звука, а так-же – расчётные составляющие суммарного зву-кового поля, излучаемого основными элемента-ми исследуемой технологической системы. Эта информация показывает, что модель достаточно хорошо воспроизводит не только частотное на-полнение звука (коэффициент корреляции меж-ду фактическим и расчётным спектром R=0,645), но и близко к реальной описывает временную форму звука.

Составляющие суммарного звукового поля свидетельствуют о том, что уровень звука, излу-чаемого лезвием режущего инструмента, суще-ственно ниже уровня звука, генерируемого дру-гими элементами технологической системы. Это вызвано незначительной, по сравнению с по-верхностью других узлов станка, площадью из-лучающей поверхности лезвия режущего инст-румента. Этим, в частности, объясняются неуда-чи при создании методик диагностирования со-стояния инструмента, ориентирующихся на эта-лонные спектры или характерные информацион-ные частоты, генерируемые в процессе резания.

На рисунке 4 приведены расчётные и полу-ченные в эксперименте трёхмерные "амплитуд-но-частотно-временные" диаграммы звука и ше-роховатости обрабатываемой поверхности. Эта информация свидетельствует о том, что модель адекватно описывает частотное наполнение зву-ка и изменение частотных составляющих во времени. Это же утверждение следует и из трёх-мерной диаграммы шероховатости. В совокуп-ности данная информация служит доказательст-вом того, что динамическая модель адекватна реальной технологической системе токарного станка.

Таким образом, посредством разработанной

Таблица 2 – Параметры продольного точения Режим резания Материал

Частота вращения шпинделя n, об/мин.

Скорость резания V, мм/мин.

Глубина резанияt, мм

Подача S, мм/об Резец Заготовка

500 94 0,5 0,05 Т15К6 Сталь 40Х




а б

в г

Рисунок 3 – Характеристики звука: а – фактическая временная форма звука и её огибающая; б – расчётная временная форма звука и её огибающая; в – сравнение расчётного и фактического спектров звука;

г – составляющие суммарного уровня звука, сопровождающего процесс резания динамической модели удалось получить соот-ветствующее действительности описание изме-нения во времени по мере износа режущего ин-струмента тренда звука ЕЗВ(τ) (рисунок 4г). Ко-эффициент корреляции расчетного и экспери-ментального трендов достаточно велик (R= =0,951).

Из результатов расчётно-экспериментальных исследований следует, что на участке постепен-ного (стационарного) износа уровень звука ста-билен, а далее, на участке катастрофического износа, уровень звука начинает резко возрастать. Здесь следует заметить, что при таком развитии событий точность прогнозирования момента пе-рехода от одного участка к другому (рисунок 4г) является ключевой проблемой контроля и про-гнозирования стойкости режущего инструмента.

Для решения данной задачи необходимо раз-работать соответствующую аппроксимационную модель. Данная модель должна быть функцией времени и иметь минимум параметров, включая обязательно искомую стойкость режущего инст-румента Т. Эта модель позволит в режиме "ре-

ального времени", не прерывая процесс метал-лообработки, прогнозировать фактическую стойкость режущего инструмента Т и проводить на основе этого его своевременную замену.

Для автоматизации мониторинга необходимо использовать программируемые микропроцес-сорные устройства (промышленные компьютеры и микроконтроллеры, а также современные смартфоны), программное обеспечение которых в формализованном виде содержит аппроксима-ционную модель прогнозирования стойкости режущего инструмента Т. Выводы

1. Динамическое моделирование технологи-ческой системы токарного станка показало, что на участке постепенного (стационарного) износа режущего инструмента уровень звука является достаточно стабильным, а далее, на участке ка-тастрофического износа, уровень звука начинает резко возрастать.

2. Для оперативного определения момента своевременной замены режущего инструмента




а б

в г Рисунок 4 – Сравнение расчетных и экспериментальных данных:

а и б – расчётная и экспериментальная "амплитудно-частотно-временная" диаграмма звука; в – трёхмерная диаграмма "базовая длина-длительность резания-высота микронеровностей";

г – расчётная и экспериментальная огибающие звука необходимо разработать аппроксимационную модель, параметром которой должна быть иско-мая стойкость Т режущего инструмента, позво-ляющая определять момент его своевременной замены.

Список литературы 1. Козочкин М.П. Виброакустическая диагно-

стика технологических процессов. – М.: ИКФ "Каталог", 2005. – 196 с.

2. Внуков Ю.М., Залога В.О. Зношування і стійкість різальних лезових інструментів: на-вчальний посібник. – Суми: Сумський дер-жавний університет, 2010. – 243 с.

3. Кудинов В.А. Динамика станков. – М.: Ма-шиностроение, 1967. – 257 с.

4. Tool flank wear condition monitoring during turning process by SVD analysis on emitted

sound signal / E. Raja, S. Sayeed, A. Samraj et al. // European Journal of scientific research. – 2011. – Vol.49, Issue 4. – P. 503-509.

5. Study of flank wear in single point cutting tool using acoustic emission sensor techniques / S. Sundaram, P. Senthilkumar, A. Kumaravel, N. Manoharan // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. – 2008. – Vol.3, Issue 4. – P. 32-36.

6. Fiala Z., Piska M., Jaros A. On the analysis of the sound spectrum at machining of the glass-polyester composite material / MM Science Journal. – 2013. – Issue 3. – P. 450-459 .

7. Липендин Л.Ф. Акустика. – М.: Высшая школа, 1978. – 448 с.

8. Вибрации в технике. Справочник. В 6-ти т. / Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.). – М.: Ма-шиностроение, 1981. – Т.1. Колебания ли-




нейных систем / Под ред. В.В. Болотина, 1978. – 352 с.

9. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнма-новские лекции по физике. В 10-ти т. Т.4: Кинетика. Теплота. Звук. – М.: Мир, 1965. – 261 с.

10. Павлов Б.В. Акустическая диагностика. – М.: Машиностроение, 1971. – 224 с.

References 1. Kozochkin M.P. Vibroakusticheskaya diagnosti-

ka tekhnologicheskikh protsessov [Vibration di-agnostics of technological processes], Moscow, IKF "Katalog", 2005, 196 p.

2. Vnukov Y.M., Zaloga V.A. Znoshuvannya і stіykіst' rіzal'nikh lezovikh іnstrumentіv: nav-chal'niy posіbnik [Wear and fortitude blade cut-ting tools: a tutorial], Sumi, Sumy State Univer-sity, 2010, 243 p.

3. Kudinov V.A. Dinamika stankov [Dynamics of machine tools], Moscow, Mashinostroenie, 1967, 257 p.

4. Raja E., Sayeed S., Samraj A. et al. Tool flank wear condition monitoring during turning pro-cess by SVD analysis on emitted sound signal.

European Journal of scientific research, 2011, Vol.49, Issue 4, pp. 503-509.

5. Sundaram S., Senthilkumar P., Kumaravel A., Manoharan N. Study of flank wear in single point cutting tool using acoustic emission sensor techniques. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 2008, Vol.3, Issue 4, pp. 32-36.

6. Fiala Z., Piska M., Jaros A. On the analysis of the sound spectrum at machining of the glass-polyester composite material. MM Science Journal, 2013, Issue 3, pp. 450-459.

7. Lipendin L.F. Akustika [Acoustics], Moscow, Vysshaya shkola, 1978, 448 p.

8. Vibratsii v tekhnike. T.1. Kolebaniya lineynykh sistem [Vibration in Engineering. Part 1. Vibra-tions of linear systems], Moscow, Mashino-stroenie, 1978, 352 p.

9. Feynman R., Leighton R., Sands M. Feynmano-vskie lektsii po fizike. T.4 Kinetika. Teplota. Zvuk [Feynman lectures on physics. Part 4. Ki-netics. Heat. Sound], Moscow, Mir, 1965, 261 p.

10. Pavlov B.V. Akusticheskaya diagnostika [Acous-tic diagnostics], Moscow, Mashinostroenie, 1971, 224 p.

V.M. Nagorny /Cand. Sci. (Eng.)/, N.M. Udovychenko, A.N. Tur Sumy State University (Sumy, Ukraine)

MONITORING OF CUTTING TOOL CONDITION BY THE SOUND

ACCOMPANYING THE CUTTING PROCESS Background. The key problem of metalworking, which has not still found effective solutions, is the forecast of the cutting tool resistance directly in the process of its using. Currently, they are guided by the average statistical data on resistance, which does not exclude the sudden appearance of the workpiece defects. In relation to this, research of methods is needed of cutting tools life time predic-tion, which free of this disadvantage. Materials and/or methods. By means of the developed dynamic model of technological system of turn-ing lathe with lumped parameters the features are discusses of the technological system vibrations and caused by these vibrations sound, which is responsive to tool wear. Results. Studies have shown that the sound trend in the range of gradual tool wear is quite stable, and then, in the range of a catastrophic wear sound level begins to increase sharply. Conclusion. The obtained results are a first step towards addressing the problem of predicting re-sistance of the cutting tool. The next step is to develop an approximation model, which parameter should be a tool life time. Application of this model will predict the tool life time based on its loading history, which will significantly improve the accuracy of forecasting and eliminate unexpected (sud-den) defect of the processed workpiece. Keywords: processing by cutting, wear, contact load, sound trend.

Статья поступила 15.01.2014 г. © В.М. Нагорный, Н.М. Удовиченко, А.Н. Тур, 2014

Рецензент д.т.н., проф. В.Я. Седуш




УДК 622.232.3 Д.В. Мулов Донбасский государственный технический университет (Алчевск, Украина)

ОЦЕНКА АДЕКВАТНОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА РУЧНОЙ УДАРНОЙ МАШИНЫ

С ВИБРОЗАЩИТНОЙ СИСТЕМОЙ На основе сопоставления результатов моделирования уровня виброскорости рукоятки управ-ления ударной машины и результатов экспериментальных исследований вибрации на стенде оценена адекватность математической модели рабочего процесса ручной ударной машины с виброзащитной системой, основным элементом которой является кольцевой канатный виб-роизолятор. Установлено, что расхождение в значении виброскорости в исследуемом диапа-зоне частот октавных полос не превышает 15 %, что, в свою очередь, подтверждает кор-ректность допущений, принятых при разработке математической модели. Ключевые слова: ручная ударная машина, виброзащитная система, кольцевой канатный виб-роизолятор, виброскорость.


Высокий уровень вибрации и шума, сопро-вождающий эксплуатацию ручного ударного инструмента во всех сферах производства, при-водит к снижению производительности труда, ухудшению качества выпускаемой продукции и самочувствия рабочих (операторов). Особую опасность представляет локальная вибрация, ко-торая действует на руки оператора и оказывает весьма серьезное влияние на здоровье человека.

Вследствие широкого распространения в на-родном хозяйстве Украины ручных машин удар-ного действия и невозможности их полной заме-ны в настоящее время более современным инст-рументом (с более низким уровнем вибрации) проблема совершенствования средств виброза-щиты остается актуальной и на сегодняшний день.

Для снижения вибрации ручных ударных машин до уровня требований санитарных норм на кафедре горной энергомеханики и оборудова-ния Донбасского государственного технического университета разработаны виброзащитные сис-темы (ВС) ручных ударных машин с упругими элементами, представленными в виде кольцевых канатных виброизоляторов [1]. Оценка эффек-тивности применения предлагаемой конструк-ции по сравнению с серийно выпускаемой и изу-чение влияния параметров ВС на вибрационные характеристики невозможны без проведения комплекса теоретических и экспериментальных исследований. Анализ последних исследований и публика-ций

Ручные ударные машины широко применя-ются для механизации ручного труда в горной, металлургической, строительной промышленно-сти, а также на объектах коммунального хозяй-ства. К достоинствам машин данного класса сле-дует отнести простоту конструкции, надежность в работе и способность развивать при небольшой массе значительную мощность и энергию удара. Эти положительные качества ручных ударных машин обеспечивают экономическую целесооб-разность их применения и позволяют увеличить в 6…10 раз производительность по сравнению с ручным трудом при одновременном повышении качества выполняемых работ. В настоящее вре-мя достигнуты значительные успехи по улучше-нию условий труда рабочих при выполнении работ, связанных с применением ручных удар-ных машин.

Несмотря на значительный прогресс в деле создания вибробезопасных ручных ударных ма-шин, до 60 % их общего количества, находящих-ся в эксплуатации в различных отраслях про-мышленности, не соответствуют требованиям санитарных норм по вибрации [2,3].

Ручные ударные машины являются наиболее виброопасной техникой, а их эксплуатация про-должает оставаться основной причиной возник-новения профессиональных заболеваний. Сис-тематическое воздействие вибрации на операто-ров приводит к повышению утомляемости, сни-жению производительности, качества труда и развитию профессионального заболевания в ви-де вибрационной болезни, занимающей ведущее место в структуре профессиональных патологий. В последние годы число случаев заболевания




вибрационной болезнью увеличивается, что свя-зано с возрастанием контингента рабочих, ис-пользующих ручной ударный инструмент, о чем свидетельствует статистика профессиональных заболеваний, приведенная в работах [4,5].

Таким образом, до конца проблему обеспе-чения вибробезопасности ручных ударных ма-шин еще нельзя считать решенной. В ежеднев-ном употреблении продолжает оставаться значи-тельное количество таких машин, требующих к себе пристального внимания с точки зрения виб-розащиты.

Методы подавления вибровозбуждения руч-ных ударных машин продолжают совершенство-ваться и находят реализацию в конструкциях создаваемых машин. Но без применения средств виброизоляции и демпфирования до конца ре-шить проблему виброзащиты пока не удается.

В качестве упругих элементов в ВС наиболее широко используются пружины, резина, каучук, виброизоляторы на основе материала МР (так называемого "металлического аналога резины"), а также многослойных элементов с регулярной структурой (пакеты стержней, колец, лент) [6].

Перспективным с точки зрения высоких уп-руго-демпфирующих свойств, прочности, малой стоимости и простоты изготовления являются виброизоляторы, выполненные из металлическо-го каната (троса).

В работе [1] предложена новая конструкция ВС ручной ударной машины на основе кольце-вых канатных виброизоляторов (ККВ), благода-ря которой достигается снижение уровня вибра-ции, воспринимаемой руками оператора от дей-ствия колеблющегося корпуса машины, а также увеличивается степень прижатия рабочего инст-румента к обрабатываемой поверхности. В рабо-те [7] разработана математическая модель сис-темы "человек (оператор)-ударная машина-обрабатываемая среда" с новой ВС на основе ККВ, а также проведен предварительный анализ её использования по сравнению с серийно вы-пускаемой конструкцией ударной машины. В результате экспериментальных исследований [8] подтверждена работоспособность ручной удар-ной машины с предлагаемой конструкцией ВС, а замеры уровня вибрации рукоятки управления не превышают предельно допустимые нормы.

Однако в вышеуказанных работах не рас-сматриваются вопросы оценки адекватности ре-зультатов моделирования и дальнейшего ис-пользования математической модели для опре-деления рациональных параметров ВС. Цель (задачи) исследования

Целью данной работы является сопоставле-

ние результатов теоретических и эксперимен-тальных исследований уровня вибрации ручной ударной машины с предлагаемой ВС для оценки адекватности разработанной математической модели динамики рабочего процесса. Основной материал исследования

Динамическая расчетная схема ручной удар-ной машины с предлагаемой ВС, а также с уче-том входного импеданса руки оператора и свойств обрабатываемой среды, представлена на рисунке 1. На расчетной схеме обозначены: m1, m2, m3 и m4 – масса рукоятки управления удар-ной машины, корпуса, ударника и рабочего ин-струмента соответственно; x1, x2, x3 и x4 – вибро-перемещение рукоятки, корпуса, ударника и ра-бочего инструмента соответственно; mp, cp

', bp', cp

и bp – средние значения составляющих входного импеданса руки оператора; c1 и cср – коэффици-ент жесткости пружины, установленной в руко-ятке и пружины имитирующей реакцию обраба-тываемой среды.

Возмущающая сила P(t), которая действует на корпус, учитывает вес корпуса и переменную

Рисунок 1 – Динамическая расчетная схема ручной ударной машины с ВС:

F1(x1, x2) и H1(x1, x2) – нелинейная упругая и диссипативная характеристики ККВ,

установленного между корпусом машины и упором; F2(x1, x4) и H2 (x1, x4) – то же, установленного между упором и буртом

рабочего инструмента; N – суммарная сила, которая действует на корпус и состоит из веса рукоятки и силы нажатия человека-оператора




Рисунок 2 – Стенд для исследования вибрационных характеристик ручных ударных машин

силу давления сжатого воздуха в корпусе удар-ной машины, необходимого для осуществления возвратно-поступательного движения ударника, определяется как

)sin()( tPtP ω= ,

2oxnx PPP +

= , 30

iπ=ω ,

nxnx SpP 1= , oxox SpP 2= ,

4

2ц

nxD

Sπ

= , ( )22

4 уцоx DDS −π

= ,

где P – амплитуда возмущающей силы; Pпх – им-пульс силы от давления сжатого воздуха в каме-ре прямого хода ударника; p1 – давление воздуха в сети; Sпх – площадь камеры прямого хода; Dц – диаметр цилиндра ударной машины; Pох – им-пульс силы от давления сжатого воздуха в каме-ре обратного хода ударника; p2=0,8p1 – давление воздуха в камере обратного хода ударника; Sох – площадь камеры обратного хода; Dу – диаметр ударной части ударника; ω – частота колебаний корпуса машины; i – число ударов ударника в минуту; t – время.

При составлении математического описания динамики рабочего процесса ударной машины были приняты следующие дополнительные до-пущения: конструкции всех составных частей ударной машины являются абсолютно жестки-ми; не учитывается угол наклона машины (имеет вертикальное положение); отсутствует сухое трение между составными частями машины; се-тевое давление воздуха, усилие нажатия не зави-сят от времени и задаются дискретно.

Математическая модель динамической сис-темы "человек (оператор)-ударная машина-обрабатываемая среда" представлена в плоской системе и описывается системой из пяти нели-нейных дифференциальных уравнений движения второго порядка следующего вида:

⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

ξ=+++

+==++−+

=++++

+−+−+−+

=−+−+′+′+

,),(),(ξ

,ξ)(),(),(),()(

,),(),(),(),(

)()()(

,0)()(

4142142444

333

12112112122

412412211211

2111111

11

удудсрср

удуд

pppp

pppppppppp

FxxHxxFxсxm

FtPxmtPxxHxxFxxcxm

NxxHxxFxxHxxF

xxcxxbxxcxm

xxbxxcxbxcxm

&&&&

&&

&&&&

&&&&

&&&&

&&&&&

где Fудk – сила ударного взаимодействия ударни-ка с торцом рабочего инструмента (k=3) и рабо-чего инструмента с корпусом машины (k=4):

aESFудk 2

0ν= ,

E – модуль упругости; S – площадь сечения стержня (ударника или буртика рабочего инст-румента); v0 – скорость в момент удара (ударни-ка или рабочего инструмента); a – скорость рас-пространения волны в стержне; ξуд и ξср – коэф-фициенты, учитывающие возникновение удар-ного взаимодействия и реакции обрабатываемой среды:

⎩⎨⎧

<≥

=,,1,,0

ξ23

23

xxxx

уд ⎩⎨⎧

≥<

=.0,1,0,0

ξ4

4

xx

ср




В модели учтены реальные упруго-демпфи-рующие характеристики виброизоляторов, полу-ченные по результатам статических и динамиче-ских испытаний ККВ [9], динамические характе-ристики руки оператора при работе ручной ма-шиной ударного действия, влияние свойств об-рабатываемой среды при воздействии на неё ра-бочего инструмента, а также возмущающие си-лы, действующие на корпус машины.

На основе математической модели в среде интерактивного моделирования Simulink MAT-LAB разработана блок-схема имитационного моделирования [7], которая позволяет проводить теоретические исследования влияния параметров конструкции новой ВС на вибрационные харак-теристики ручной ударной машины, а также вы-полнять сравнительный анализ работы ручных ударных машин при разных значениях входящих параметров и разном характере возмущающих сил, которые определяют колебание корпуса машины.

Для экспериментального исследования виб-рационных характеристик и оценки результатов моделирования использовался стенд, представ-ленный на рисунке 2.

Стенд предназначен для исследования руч-ного ударного инструмента при работе с различ-ными материалами. Стенд состоит из сварной рамы 1 (см. рисунок 2), стойки 2, сварной верх-ней плиты 3, на которой установлены направ-ляющие пневматического податчика 4 колонко-вого сверла 5 с образцом исследуемой ручной ударной машины 6. Корпус сверла 5 передает усилие нажатия на рукоятку ручной ударной машины 6 через двухкаскадный канатный виб-роизолятор 7, который имитирует в процессе работы стенда свойства руки человека операто-ра.

При работе на стенде соблюдается следую-щий порядок. Ударную машину вместе с инст-рументом и закрепленным датчиком вибрации на рукоятке устанавливают на направляющих податчика. Ударную машину упирают рабочим концом инструмента в обрабатываемый матери-ал 8. Подают сжатый воздух в податчик и удар-ную машину. Включают ударную машину и производят регистрацию вибрационных пара-метров.

Измерение параметров вибрации производи-лось в соответствии с требованиями ДСН 3.3.6.039-99 "Державні санітарні норми вироб-ничої загальної та локальної вібрації".

Для измерения параметров вибрации исполь-зовался виброизмерительный комплекс фирмы "Robotron" 9 (см. рисунок 2), включающий в се-бя пьезоэлектрический датчик вибрации типа КD-23, стационарный виброметр 00042, узкопо-лосный фильтр 01025, самописец уровня 00026, соединительные провода.

Оценка уровня вибрации, передаваемой на рукоятку ударной машины, проводилась мето-дом спектрального анализа уровней локальной вибрации в соответствующих октавных полосах частот. Нормируемым параметром являются средние квадратичные значения виброскорости V (м/с) и виброускорения A (м/с2) или их лога-рифмические уровни LV и LA (дБ).

Для оценки исследуемого параметра прини-мались средние арифметические значения виб-роскорости x и оценка среднего квадратичного отклонения (СКО) σx. Относительная погреш-ность δx определялась при значении доверитель-ной вероятности γ=0,95.

Результаты статистической обработки экспе-риментальных данных, полученных при иссле-довании вибрационных характеристик ручной ударной машины с ВС (физическая модель соз-дана на базе серийной конструкции отбойного молотка типа МО-2) на основе ККВ (параметры виброизолятора: диаметр кольца виброизолятора – D=46 мм, диаметр каната – d=3,5 мм), пред-ставлены в таблице 1. При определении преде-лов доверительного интервала принималась до-верительная вероятность γ=0,95, которой при n=5 отвечает tγ=0,95=2,57.

Расчетная оценка относительной погрешно-сти исследуемого параметра не превышает зна-чения 6,9 % при доверительной вероятности 0,95, что является достаточным для практиче-ского использования результатов эксперимента.

Оценка адекватности результатов моделиро-вания параметров вибрации, полученных на ос-нове математической модели, и эксперименталь-ных данных, зафиксированных в результате из-мерений на стенде, выполнялась путем их вза-имного сопоставления. В качестве параметра,

Таблица 1 – Результаты статистической обработки экспериментальных данных

Оценка закона распределения случайных величин LV

Значение оценки параметра при изменении частоты f, Гц 8 16 31,5 63 125 250 500 1000

Среднее арифметическое значение VL , дБ 72 67 70 71 73 74 75 75

Оценка СКО σLV, дБ 1,41 1,67 1,41 1,89 1,67 1,27 1,41 1,67 Относительная погрешность δLV 0,051 0,064 0,052 0,069 0,059 0,044 0,048 0,057




Рисунок 3 – Уровни виброскорости ударных машин:

1 – уровень вибрации молотка с предлагаемой ВС; 2 – уровень вибрации молотка серийно выпускаемой конструкции; 3 – предельно допустимый уровень вибрации

по ДСН 3.3.6.039-99; 4 – теоретический уровень вибрации

Таблица 2 – Определение относительной погрешности при сопоставлении экспериментальных и теоретических данных

Октавные полосы, Гц

LV, дБ Абсолютная погрешность, дБ

Относительная погрешность, % эксперимент моделирование

8 72 79,9 7,9 10,97 16 67 75,3 8,3 12,38

31,5 70 76,4 6,4 9,14 63 71 76,3 5,3 7,47

125 73 82,4 9,4 12,88 250 74 81,8 7,8 10,54 500 75 81,3 6,3 8,4

1000 75 83,3 8,3 11,01

который сопоставлялся, принималось значение уровня виброскорости LV в соответствующих октавных полосах. Результаты считаются адек-ватными, если полученные теоретические и экс-периментальные значения LV отличаются не бо-лее чем на 15 %.

Сопоставлялись теоретические и экспери-ментальные зависимости уровня виброскорости LV образца ударной машины на базе МО-2 с виб-роизолятором D=46 мм и d=3,5 мм, которые представлены на рисунке 3.

Теоретическая зависимость получена путем математического моделирования, при котором принимались исходные данные, соответствую-щие физической модели ручной ударной маши-ны с ККВ. Значения относительной погрешно-сти, выявленные при сопоставлении экспери-ментальных и теоретических данных, представ-лены в таблице 2.

Из анализа полученных результатов следует, что наименьшее значение относительной по-грешности наблюдается в октавной полосе со среднегеометрической частотой f=63 Гц и со-ставляет 7,47 %, максимальная относительная

погрешность при f=125 Гц – 12,88 %. Во всем диапазоне частот октавных полос значение отно-сительной погрешности не превышает 15 %, что подтверждает корректность допущений, приня-тых при разработке математической модели ра-бочего процесса ручной ударной машины с ВС. Выводы

Таким образом, сопоставление результатов моделирования уровня виброскорости и резуль-татов экспериментальных исследований вибра-ционных характеристик на стенде ручной удар-ной машины с ВС, в состав которой входит ККВ, показывает, что они с достаточной степенью точности взаимно согласуются, а это свидетель-ствует об адекватности разработанной матема-тической модели.

Направление дальнейших исследований свя-зано с использованием математической модели для обоснования рациональных параметров ВС ручной ударной машины с точки зрения обеспе-чения минимальной передачи вибрации на руко-ятку машины и, как следствие, на человека (опе-ратора).




Список литературы 1. Рутковский А.Ю., Мулов Д.В., Коробейни-

ков Ю.В. Новая конструкция виброзащитной системы ручной ударной машины / Сб. науч. тр. ДонГТУ. Вып.22. – Алчевск: ДонГТУ, 2006. – С. 33-38.

2. Тимофеева И.Г. Безопасность труда на виб-роопасных технологических процессах. – Улан-Удэ: ВСГТУ, 2003. – 95 с.

3. Heaver C., Goonetilleke K.S., Ferguson H. Hand-arm vibration syndrome: a common occu-pational hazard in industrialized countries / Journal of Hand Surgery (European Volume). – 2011. – Vol.36, Issue 5. – Р. 354-363.

4. Mahbub M., Harada N. Review of different quantification methods for the diagnosis of digi-tal vascular abnormalities in handarm vibration syndrome / Journal of Occupational Health. – 2011. – Vol.4, Issue 53. – Р. 241-249.

5. Stankovic S.J., Jankovic S.M., Borjanovic S.S. Rewarming curves and derived parameters in the diagnosis of hand-arm vibration syndrome / Med Lav. – 2011. – Vol.102, Issue 5. – Р. 445-454.

6. Ao H., Jiang H., Ulanov A.M. Dry Friction Damping Characteristics of a Metallic Rubber Isolator under Two dimensional Loading Pro-cess / Modelling and Simulation in Material Science and Engineering. – 2005. – Issue 13. – P. 609-620.

7. Рутковский А.Ю., Мулов Д.В. Имитацион-ное моделирование рабочего процесса руч-ной ударной машины с виброзащитной сис-темой на основе кольцевых канатных виб-роизоляторов / Наук. пр. Донецького націо-нального технічного університету // Редкол.: Мінаєв О.А. (голова) та інш. – Донецьк: ДонНТУ, 2010. – Вип.18(172). – С. 242-248. (серія: гірничо-електромеханічна).

8. Мулов Д.В. Экспериментальные исследова-ния вибрационных параметров ручной удар-ной машины с виброзащитной системой / Гірничий вісник. – 2012. – Вип.95(1). – С. 124-128.

9. Рутковский А.Ю., Мулов Д.В. Статические и динамические испытания кольцевых канат-ных виброизоляторов / Матеріали VI Всеук-раїнської наук.-техн. конф. молодих вчених з проблем енергетики. – Кривий Ріг: Вид-во КТУ, 2010. – С. 169-172.

References 1. Rutkovskiy A.Y., Mulov D.V., Korobeynikov

Y.V. Novaya konstruktsiya vibrozashchitnoy sistemy ruchnoy udarnoy mashiny [New design

vibration-proof system hand-held percussion machine]. Sbornik nauchnykh trudov DonGTU. Vol.22, Alchevsk, DonGTU, 2006, pp. 33-38.

2. Timofeeva I.G. Bezopasnost' truda na vibro-opasnykh tekhnologicheskikh protsessakh [Safe-ty at jeopardize vibration technological process-es], Ulan-Ude, VSGTU, 2003, 95 p.

3. Heaver C., Goonetilleke K.S., Ferguson H. Hand-arm vibration syndrome: a common occu-pational hazard in industrialized countries. Jour-nal of Hand Surgery (European Volume), 2011, Vol.36, Issue 5, pp. 354-363.

4. Mahbub M., Harada N. Review of different quantification methods for the diagnosis of digi-tal vascular abnormalities in handarm vibration syndrome. Journal of Occupational Health, 2011, Vol.4, Issue 53, pp. 241-249.

5. Stankovic S.J., Jankovic S.M., Borjanovic S.S. Rewarming curves and derived parameters in the diagnosis of hand-arm vibration syndrome. Med Lav, 2011, Vol.102, Issue 5, pp. 445-454.

6. Ao H., Jiang H., Ulanov A.M. Dry Friction Damping Characteristics of a Metallic Rubber Isolator under Two dimensional Loading Pro-cess. Modelling and Simulation in Material Sci-ence and Engineering, 2005, Issue 13, pp. 609-620.

7. Rutkovskiy A.Y., Mulov D.V. Imitatsionnoe modelirovanie rabochego protsessa ruchnoy udarnoy mashiny s vibrozashchitnoy sistemoy na osnove kol'tsevykh kanatnykh vibroizolyato-rov [Simulation modeling workflow hand-held percussion machine with vibration-proof system based on the ring rope vibration isolator]. Naukovi praci Donec'kogo nacional'nogo teh-nichnogo universytetu. Sergiya Girnycho-Elektromehanichna, Donetsk, DonNTU, 2010, Vol.18(172), pp. 242-248.

8. Mulov D.V. Eksperimental'nye issledovaniya vibratsionnykh parametrov ruchnoy udarnoy mashiny s vibrozashchitnoy sistemoy [Experi-mental studies of vibration parameters of hand-held percussion machine with vibration-proof system]. Girnychyj visnyk, 2012, Vol.95(1), pp. 124-128.

9. Rutkovskiy A.Y., Mulov D.V. Staticheskie i dinamicheskie ispytaniya kol'tsevykh kanatnykh vibroizolyatorov [Static and dynamic testing ring rope vibration isolator]. Materialy VI Vseukrai'ns'koi' nauk.-tehn. konf. molodyh vche-nyh z problem energetyky (Materials VI All-Ukrainian scientific-technical conference of young scientists on problems of energy). Krivoy Rog, KTU Publishing House, 2010, pp. 169-172.




D.V. Mulov Donbass State Technical University (Alchevsk, Ukraine)

MATHEMATICAL MODEL ADEQUATENESS EVALUATION OF WORKING PROCESS OF HAND-HELD PERCUSSION MACHINE WITH VIBRATION PROTECTION SYSTEM

Background. High levels of vibration and noise accompanying the operation of hand-held percussive machines in all areas of production lead to decreased productivity, poor quality of work and self-feeling of operators. Especially dangerous is the local vibration that acts on the worker’s hands and has a very serious impact on human health. Problem of improving the vibration protection remains relevant today because of the wide spread the hand-held percussion machines in many industries of Ukraine and impossibility of their complete replacement now by more modern tool (with a lower level of vibration). Materials and/or methods. A new design is proposed of vibration protection system of hand-held per-cussion machine in which elastic elements are annular wire-rope vibration isolators (AWRVI) made of wire rope. Due to this design solution it is achieved a reduction in vibration level perceived on hands of the operator from the action of an oscillating machine body and also the degree of a working tool pressing to the processed surface is increased. Results. Based on the results of experimental studies and their statistic calculation of a sample of hand-held percussion machine with vibration protection system based on AWRVI, it was found that an calculated estimate of the relative error of the tested parameter (vibration velocity of control knob) does not exceed 6.9 % at confidential probability 0.95, which is sufficient for practical use of the ex-perimental results. Determination of the relative error in the comparison of experimental and theoret-ical data in the range of geometric mean frequencies within eight octave bands showed that relative error does not exceed 15 % at all frequencies. This confirms the correctness of the assumptions made in developing a mathematical model of the working process of hand-held percussion machine with vi-bration protection system consisting of AWRVIs. Conclusion. Using the results of mathematical modeling and experimental studies of the vibration characteristics of hand-held percussion machine with vibration protection system based on AWRVI it was established adequateness of the developed mathematical model of the working process of percus-sive machine. In the future, we plan to use a mathematical model to background the rational parame-ters of vibration protection system in terms of minimum vibration transmission to the human operator. Keywords: hand-held percussion machine, vibration protection system, annular wire-rope vibration isolator, vibration velocity.

Статья поступила 24.03.2014 г. © Д.В. Мулов, 2014

Рецензент д.т.н., проф. С.П. Еронько

Редакция Международного научно-технического и производственного журнала

"МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ" приглашает к сотрудничеству авторов статей и специалистов,

пишущих о современном состоянии горно-металлургического комплекса СНГ и мира, о новых технологиях и оборудовании металлургического производства,

а также о современных проблемах борьбы с вибрацией и шумов, идентификации процессов, протекающих в промышленном оборудовании

и машиностроительных конструкциях, по параметрам вибрации и шума и др.

Телефон:

Скайп:

+380 (62) 348-50-56 +380 (66) 029-44-30 vip_assa

Эл. почта:Интернет:

[email protected] metal.donntu.edu.ua vibro.donntu.edu.ua

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ОПЫТ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



А.Н. Мисюра, В.И. Ляшенко, И.В. Чернобай ПАО "Мариупольский металлургический комбинат им. Ильича" (Мариуполь, Украина)

ПРИМЕНЕНИЕ КООРДИНАТНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ FARO LASERTRACKER ION

Рассмотрены основные принципы работы, преимущества и недостатки применения коорди-натно-измерительной машины FARO LaserTracker ION, освоенной на ПАО "Мариупольский металлургический комбинат им. Ильича". Разработаны и опробованы методы измерений, по-зволяющие выполнять контроль состояния машин и агрегатов в условиях металлургического предприятия. Ключевые слова: координатно-измерительная машина, лазерный трекер, выверка оборудова-ния, входной контроль.

ПАО "Мариупольский металлургический

комбинат им. Ильича" (ММКИ) – одно из круп-нейших предприятий Украины с полным метал-лургическим циклом. В состав металлургическо-го комбината входят: аглофабрика, имеющая 12 агломашин, химико-металлургическая фабрика, доменный цех в составе пяти доменных печей, известково-обжигательный цех, сталеплавиль-ный комплекс в составе кислородно-конвертер-ного и мартеновского цехов, прокатный передел в составе листопрокатного цеха 1700 со слябин-гом 1150, цеха холодной прокатки, листопрокат-ного цеха 3000 и трубоэлектросварочного цеха. Большое количество машин и агрегатов, из ко-торых состоят технологические линии этих це-хов, требует осуществления постоянного кон-троля за их техническим состоянием. Особенно важен контроль точности монтажа и установки технологического оборудования, что напрямую связано с длительностью его межремонтного периода эксплуатации, а также качеством вы-пускаемой металлопродукции.

В сентябре 2013 г. ММКИ приобрёл лазер-ный трекер Faro LaserTracker ION (рисунок 1), представляющей собой координатно-измери-тельную машину (КИМ). Принцип работы ла-зерного трекера заключается в отражении лазер-ного луча от небольшого зеркального призмен-ного отражателя, помещенного вовнутрь сферы. Трекер измеряет расстояние до отражателя (с точностью от 3 до 209 мкм в зависимости от рас-стояний до точки измерения) и с помощью про-граммного обеспечения определяет координаты отражателя в пространстве в режиме реального времени относительно предварительно заданной системы координат. Работать с лазерным треке-ром можно в следующих условиях окружающей среды: влажность – от 0 до 95 % без конденсата, температура – от -15 до 50 °С. Общая масса обо-рудования – 120 кг.

Для освоения КИМ и дальнейшей с ней ра-боты в отделе технической диагностики Управ-ления надёжности и диагностики ММКИ была создана группа выверки оборудования, которой была поставлена задача организации эффектив-ного использования лазерного трекера.

Ниже рассмотрены основные задачи и воз-можности созданной группы, а также преимуще-ства и недостатки лазерного трекера и его отли-чия от применявшихся ранее средств измерения.

Выверка промышленного оборудования – это комплексная работа, конечной целью которой является корректировка взаимного положения деталей, механизмов, машин и агрегатов в соот-ветствии с допусками, а также контроль геомет-рических параметров контролируемых элемен-тов оборудования. Выверку оборудования осу-ществляют относительно высотных отметок и осей, задаваемых реперами, а также поверхно-стями или осями (базами) ранее смонтированно-го оборудования. Базы могут быть скрытыми и явными. Скрытой называют базу в виде вообра-

Рисунок 1 – Лазерный трекер

Faro LaserTracker ION

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ОПЫТ



Рисунок 2 – Проведение измерений геометрических параметров рабочей клети стана 1700

жаемой плоскости, оси или точки, а явной – в виде реальной поверхности, разметочной риски, оси или точки.

Первым из преимуществ лазерного трекера является возможность работать со скрытыми базами. Например – оценить взаиморасположе-ние оси посадочного отверстия подушки валка (скрытая база) и плоскостей под лицевые планки износа (явная база). Или проверить совпадение средней плоскости проёма рабочей клети и плоскости, проходящей через оси винтов на-жимного устройства. Эти возможности трекера уже освоены и применяются на комбинате в прокатных цехах. Ведётся большая работа по определению осей прокатных клетей (рисунок 2), а также входной контроль узлов и деталей перед установкой их в линию прокатного стана.

Вторым бесспорным преимуществом трекера является возможность проводить измерение геометрических параметров крупногабаритных деталей, которое ранее было возможно выпол-нить только с применением дополнительных приспособлений или высчитывалось косвенно, что связано в обоих случаях с потерей точности и большим количеством допущений. Функцио-нальные возможности лазерного трекера позво-ляют измерять детали неограниченных размеров. Первоначально КИМ привязывается (назначает-ся система координат) к одной части измеряемой крупногабаритной детали. Для того, чтобы пере-нести КИМ и продолжить измерение в ранее не-доступной зоне, измеряются и сохраняются не-сколько точек (от 3 и более). Далее, после пере-носа, машина привязывается к этим точкам, что

обеспечивает совмещение системы координат с предыдущей, и измерения продолжаются. Таких переносов может быть произведено неограни-ченное количество, причем по всем направлени-ям. Это позволяет проникать в самые труднодос-тупные места и проводить измерения такой сложности, которые осуществить другими мето-дами либо крайне трудоемко, либо невозмож-но [1,2].

Примером применения этого метода работы может служить проверка габаритных размеров подушки опорного валка стана 3000, которые составляют 2290 мм для приводной и 2300 мм для "холостой" подушек (рисунок 3).

Линейные размеры шпинделя главного при-вода этого же стана составляют 13 м (рисунок 4). Трекер Faro LaserTracker ION позволил прове-рить их с точностью до 0,01 мм. К этому же шпинделю относится и другая, невыполнимая с помощью других методов измерений, задача проверки смещения осей двух перпендикуляр-ных цилиндров, определяемых наружным и внутренним диаметрами и разнесёнными на 6000 мм друг от друга. Так при помощи трекера опре-деляется совпадение осей зева головки шпинде-ля и шейки посадочного места.

Метод переносов позволяет решить ещё одну важную задачу – контроль взаимного располо-жения оборудования, связанного между собой технологическим процессом, но удалённого друг от друга на большое расстояние. Правильность взаиморасположения рабочих валков прокатных клетей чистовой группы стана 1700, напрямую влияет на качество проката (рисунок 5). От па-




раллельности барабанов разматывателя и мотал-ки на агрегатах резки цеха холодной прокатки зависит качество смотки полосы в рулоны [3,4]. Эти и многие другие параметры взаимного рас-положения механизмов и машин, которые нельзя измерить при помощи рулетки или нутромера, контролируется на ММКИ с помощью КИМ Faro LaserTracker ION.

В процессе производства готовой продукции агрегаты металлургического предприятия испы-тывают колоссальные нагрузки, при этом точ-ность выставки привода и самого агрегата ока-зывает непосредственное влияние на долговеч-ность службы всех его узлов.

При помощи лазерного трекера можно про-верить не только соосность двух или более ва-лов, но и соосность валов и отверстий, парал-лельность нескольких валов или отверстий, не лежащих на одной оси. Это даёт возможность проконтролировать правильность установки элементов привода – ротора двигателя, корпусов подшипниковых опор промежуточных валов, корпусов редукторов и шестерённых клетей без установки передач и валов, или при частичной их сборке [5].

Разрабатывается и уже опробован метод про-верки изменения положения оборудования с те-чением времени. Для этого положение прове-ряемого оборудования фиксируется в памяти трекера вместе с ориентирами: заведомо непод-вижной частью агрегата или реперами, установ-ленными на металлоконструкциях цеха, не ме-няющих своего положения с течением времени. Следующее измерение начинается с установки КИМ в позицию, соответствующую прошлому измерению, и проверяется положение контроли-руемого узла. Точность установки проверяется по ориентирам и достигает в среднем 0,015 мм. Так, например, было опровергнуто подозрение об изменении положения в пространстве статора двигателя главного привода клети КВ-1 стана 3000 во время прокатки.

КИМ Faro LaserTracker ION предназначена для контроля положения измеряемых узлов, ме-ханизмов и агрегатов в пространстве, однако часто возникает необходимость проследить за их перемещением. Например, при выставке обору-дования, когда надо изменить положение кон-кретной точки оборудования до совмещения с проектным положением. В данной ситуации можно пойти двумя путями. Первый – выпол-нять выставку в несколько итераций, каждый раз проверяя положение детали. Это удобно при вы-ставке оборудования изменением толщины паке-тов подкладок. Но, если выставка проводится отжимными болтами или домкратами, важнее

следить за положением оборудования в реаль-ном времени и вовремя остановить его переме-щение. Для этого сейчас разрабатывается конст-рукция жёсткого крепления отражателя на обо-рудовании и проверяется возможность фиксации в памяти непрерывного изменения координат. Этот метод позволит решить ещё одну важную задачу: проследить за поведением элементов машин и агрегатов во время их работы. Уже воз-никла необходимость проверки поведения при смотке рулонов щековины свёрточной машины непрерывно-травильного агрегата цеха холодной прокатки и возможности изменения своего по-ложения верхним рабочим валком клети №1 стана 1700 при прокатке.

При всём разнообразии возможностей КИМ Faro LaserTracker ION её ни в коем случае нельзя рассматривать как полноценную замену всем остальным средствам и методам измерения гео-метрических параметров машин и агрегатов. Не-смотря на неоспоримые преимущества в отдель-ных видах контроля геометрических параметров и способность выполнять уникальные, невоз-можные ранее измерения, трекер всё же имеет и ряд недостатков и ограничений, с которыми столкнулись инженеры группы выверки обору-дования ММКИ за три месяца эксплуатации прибора.

Прежде всего, это чувствительность КИМ. Характеристика, которая позволяет проводить

Рисунок 3 – Подушка верхнего опорного валка

(стан 3000)




Рисунок 4 – Шпиндели главного привода рабочей клети стана 3000

измерения с точностью до микрона, является одновременно одним из факторов, мешающих работе. В условиях интенсивного производства, когда каждый лишний час простоя агрегата при-носит предприятию огромные убытки, нельзя рассчитывать на создание лабораторных условий для проведения измерений. Измерения ведутся в основном во время планово-предупредительных ремонтов параллельно с ремонтными работами на обследуемом агрегате. Вибрация, пар, задым-лённость не только повышают погрешность из-мерений – КИМ просто отказывается проводить измерения. Постоянное прерывание лазерного луча персоналом ремонтных служб задерживает измерения и даже заставляет начинать их заново. Но главным врагом трекера бесспорно является вибрация.

Основными базами при монтаже любого оборудования являются горизонтальная и верти-кальная плоскости. Разработчиками Faro Laser-Tracker ION предусмотрена возможность со-вмещения системы координат трекера с плоско-стью горизонта. Для этого машина предвари-тельно устанавливается по пузырьковому уров-ню приблизительно вертикально. Затем трекер определяет своё положение относительно гори-зонта и рассчитывает необходимые поправки. Теперь в системе координат машины плоскость X0Y параллельна плоскости горизонта. Это в теории. А на практике в большинстве случаев трекер не устанавливается в горизонт – не счита-ет своё положение достаточно устойчивым. Это существенно снижает его возможности в плане выверки оборудования, где нужно проверить вертикальность станины или горизонтальность подошвы прокатной клети. Для выхода из этой ситуации инженерами отдела технической диаг-ностики был разработан метод "искусственного горизонта". При помощи методов геодезии, ла-

зерного нивелира или просто достаточно точно-го пузырькового уровня на одинаковую высоту выставляются три отжимных болта. Вершины этих болтов определяются трекером как точки, через которые проводится эталонная плоскость. Появляется возможность сравнить с ней поло-жение любого контролируемого объекта.

Ещё одна неприятная особенность работы с трекером – зависимость от окружающей атмо-сферы. Про испарения и пыль уже упоминалось выше, однако есть ещё один важный, "неожи-данный" для середины зимы фактор – мороз. Производители Faro LaserTracker ION гаранти-руют бесперебойную работу машины при диапа-зоне температур от -15 до 50 °С. Это соответст-вует истине: на морозе трекер включается, про-ходит инициализацию и готов к работе. Но зако-нов физики никто не отменял, и уже при -7 °С зеркальная поверхность призмы отражателя пе-рестаёт быть таковой. Может быть в идеальных условиях никаких препятствий нормальной ра-боте отражателя не было бы и при -15 °С, но в условиях цеха отражающая поверхность покры-вается инеем, и трекер перестаёт принимать сиг-нал от отражателя. Так, не удалось выполнить измерения положения барабана моталки дресси-ровочного стана цеха холодной прокатки. Даже в условиях ремонтной площадки, где отсутствуют испарения и задымлённость, при небольшом мо-розе возникают проблемы с фокусировкой луча в центре призмы отражателя. Более-менее нор-мально отражатель может поддерживать связь с трекером на расстоянии, не превышающем 2 м. Похожая ситуация, только со знаком "+", сложи-лась во время измерения взаиморасположения колонн нагревательной печи №4 стана 1700. Из-за высокой температуры отражатель после каж-дых 10…15 мин. измерений приходилось выно-сить из зоны работ, давать остыть и продувать




зеркало сжатым воздухом из баллончиков, пред-назначенных для очистки оптики.

Одной из важных особенностей лазерного трекера, которую надо учитывать при постанов-ке задач, является то, в каком виде он выдаёт полученную информацию. Трекер собирает ин-формацию о координатах контролируемых ма-шин и агрегатов в трехмерной системе коорди-нат, которая, с помощью программного обеспе-чения PoweINSPECT, может быть сопоставлена с геометрическими объектами, такими как: точ-ки, плоскости, сферы или цилиндры. На рисунке 6а приведен пример такого геометрического объекта – трехмерной модели шпинделя рабочей клети стана 3000. Результаты сопоставления из-меренных координат с геометрическими объек-тами выдаётся как взаиморасположение плоско-сти, точки, сферы или цилиндра, их центров или осей – см. рисунок 6б и 6в. Но в процессе экс-плуатации поверхности контролируемых машин и агрегатов становятся далёкими от идеальных, и искусственное "притягивание" форм этих по-верхностей к геометрическим искажает инфор-мацию о реальном состоянии. Возможность по-лучить информацию о состоянии поверхности станины клети или выработки втулки-вкладыша есть, но требует большого количества дополни-тельных построений и занимает много времени. Для этой задачи больше подходят портативные координатно-измерительные манипуляторы. Они легко позволяют решать такие задачи, как кон-троль отклонения формы и взаимного располо-жения элементов от проектного, контроль слож-ных криволинейных поверхностей методом

сравнения с существующей цифровой трехмер-ной моделью. Координатно-измерительные ма-нипуляторы Faro ARM могут работать в одной системе координат с лазерными трекерами. Это дает возможность, например, одновременно проводить контроль габаритных размеров круп-ногабаритной детали и вместе с тем осуществ-лять входной контроль небольших внутренних полостей, углублений и других элементов этой же детали.

За неполные четыре месяца инженеры отдела технической диагностики освоили сложнейшую КИМ, изучили её возможности и приобрели на-выки работы. Параллельно знакомству с маши-ной проводились работы различной степени сложности – от простых и понятных, таких, на-пример, как входной контроль подушек рабочих валков, до масштабных, требующих максималь-ной мобилизации интеллектуальных ресурсов. К таким работам относится поставленная руково-дством ММКИ и выполненная задача по опреде-лению оси прокатки стана 1700, протяжённо-стью более 400 м.

В дальнейшем планируется постоянный кон-троль состояния машин и агрегатов в цехах ММКИ и входной контроль поступающих на комбинат деталей и узлов. Важнейшую роль иг-рает разработка методик измерений, которые позволят сократить время проведения ремонтов. В первую очередь это определение толщины на-плавки станин, контроль фрезеровки и выставки наделок, а также определение толщин наделок и контроль проёма при восстановлении станин прокатных клетей.

Рисунок 5 – Размещение КИМ при измерении геометрических параметров

4-х клетьевого стана во время планово-предупредительного ремонта




а

б

в

Рисунок 6 – Общее представление измеряемого шпинделя главного привода рабочей клети стана 3000 в программе PoweINSPECT:

а – трехмерная модель шпинделя; б – первоначальное представление результатов измерений; в – представление результатов измерений после их обработки и анализа

Список литературы 1. Шоломицкий А.А., Лунев А.А., Сотников

А.Л. Технология контроля положения и вы-ставки вращающихся агрегатов / Металлур-гические процессы и оборудование. – 2013. – №2(32). – С. 39-48.

2. Могильний С.Г., Шоломицький А.А., Шмор-гун Е.I. Трьохкоординатний вимірювальний комплекс "Визир 3D" / Наук. пр. Донецького національного технічного університету / Ре-дкол.: Мінаєв О.А. (голова) та інш. – До-нецьк: ДонНТУ, 2009. – Вип.9(143). – С. 13-25. (сер.: Гірничо-геологічна)

3. ВСН 395-85 "Монтаж технологического обо-рудования прокатных станов". – М.: Цен-тральное бюро научно-технической инфор-мации, 1986. – 36 с.

4. Руководство по выверке технологического оборудования металлургической промыш-ленности / Т.Г. Шевченко, С.Г. Хропот, В.И. Пивоваров и др. – М.: Министерство метал-лургии СССР, 1991. – 214 с.

5. Кравченко В.М., Сидоров В.А., Седуш В.Я. Техническое диагностирование механиче-ского оборудования. – Донецк: ООО "Юго-Восток, Лтд", 2009. – 460 с.

Статья поступила 15.05.2014 г. © А.Н. Мисюра, В.И. Ляшенко, И.В. Чернобай, 2014

ПРЕЗЕНТАЦИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



Р.А. Романов /к.т.н./ ООО "Балтех" (Санкт-Петербург, Россия)

ЛАЗЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ

И ВЫВЕРКИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ Современные промышленные предприятия для выпуска качественной продукции должны обес-печивать периодический метрологический контроль геометрических параметров технологи-ческих линий и всех сопряженных деталей энергомеханического и станочного оборудования. Точная настройка оборудования производственных линий обуславливает как надежность и безопасность технологического оборудования, так и качество выпускаемой продукции.

Конкурентоспособность промышленных пред-

приятий определяется эффективной, надежной и безаварийной работой технологического обору-дования. Одним из обуславливающих факторов при этом является обеспечение во время ре-монтных работ точной сборки механизмов и машин с установленными допусками и посадка-ми сопряженных деталей.

В соответствии с международными стандар-тами ISO 1101 и ISO 230-2 необходимо контро-лировать следующие геометрические параметры

оборудования: плоскостность, прямолинейность, перпендикулярность и параллельность элемен-тов технологического оборудования. На любом предприятии очень остро стоит проблема, свя-занная с проверкой и контролем геометрических параметров оборудования с высокой точностью до 1 мкм или точнее.

Хорошо известные методы лазерной цен-тровки валов механизмов и машин не решают всех насущных проблем энергомеханического и станочного производственного оборудования.

Рисунок 1 – Состав лазерной системы BALTECH LL-9110 "LaserLevel":

1 – вращающийся лазерный излучатель-нивелир; 2 – однокоординатный приёмник; 3 – двухкоординатный приёмник; 4 – дисплейный блок с программой записи геометрических параметров; 5 и 6 – пульты дистанционного управления;

7…11 – варианты коммуникаций между функциональными блоками

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ПРЕЗЕНТАЦИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ


ISSN 1816-1200. Интернет: metal.donntu.edu.ua=

Для обеспечения точности станочного обо-рудования ООО "Балтех" рекомендует приме-нять ежегодную и периодическую аттестацию по контролю точности с помощью интерферомет-ров. Например, интерферометры серии BAL-TECH IN-9000 обеспечивают точность до 0,1 мкм.

Энергомеханическое оборудование и обору-дование производственных линий рекомендует-ся контролировать с помощью новых лазерных систем для контроля и выверки геометрических параметров BALTECH LL-9110 "LaserLevel". Указанные лазерные измерительные системы предназначены для измерения положения кон-тролируемого объекта относительно заданной плоскости или линии при регулировке и наладке промышленного оборудования. Лазерные изме-рительные системы позволяют проверить гео-метрические параметры оборудования с точно-стью до 0,05 мм относительно базовой лазерной плоскости или линии.

Область применения лазерных систем BAL-TECH LL-9110: металлургия, машиностроение, энергетика, нефтехимия, горная отрасль, строи-тельство и прочие.

Данные лазерные системы используют прин-цип измерения, основанный на фиксации откло-нения лазерного луча при помощи позиционно-чувствительного детектора длинной 80 мм. От-клонения лазерного луча могут вызываться сме-щением центров отверстий, а также отклонения-ми от прямолинейности, плоскостности, перпен-дикулярности и параллельности элементов обо-рудования.

Лазерные системы состоят из источника ла-зерного излучения (излучателя) и одного или нескольких датчиков (приёмников), регистри-рующих положение лазерного луча на детекторе (рисунок 1). Все измерительные блоки (излуча-тели и приемники) оснащены беспроводной тех-нологией связи Bluetooth. В качестве излучателя и приёмников применяются серийно выпускае-мые изделия ведущих фирм-производителей. Дополнительные приспособления (оснастка) для закрепления измерительного оборудования на контролируемом объекте выполняется согласно технического задания при комплектовании сис-темы. Универсальные крепежные приспособле-ния (магнитные основания с крепежными пере-ходниками) входят в базовую комплектацию сис-тем.

Существует несколько вариантов поставки базовых лазерных измерительных систем.

Базовая система LL-9110 используется для измерения отклонений от плоскостности и пря-молинейности по одной координате. В состав

данной лазерной системы входят вращающийся лазерный излучатель-нивелир и однокоординат-ный приёмник (количество приёмников может быть расширено до трёх).

Базовая система LL-9120 предназначена для измерения отклонений от прямолинейности и смещений центров отверстий. В состав входят излучатель и двухкоординатный приёмник.

Базовая система LL-9130 служит для измере-ния отклонений от плоскостности, прямолиней-ности, перпендикулярности и параллельности и смещений центров отверстий. В состав данной системы входят вращающийся лазерный излуча-тель-нивелир, однокоординатный и двухкоорди-натный приёмники (количество приёмников также может быть расширено до трёх).

В энергетике одна из трудоемких и важных наладочных работ связана с выверкой геометри-ческих параметров проточной части турбин. Обычно для этих целей применяют струну с микрометром или, в лучшем случае, оптический нивелир и фальшвал. С помощью лазерной сис-темы BALTECH LL-9110 определение несоосно-сти центров проточной части турбин осуществ-ляется путем изменения положения приемника внутри контролируемого объекта и считывания отклонения лазерного луча по двум осям. Опре-деление отклонений от плоскостности и прямо-линейности выполняется путем установки при-емника излучения в нескольких точках контро-лируемого объекта и измерений в этих точках отклонений относительно лазерного луча, за-дающего реперную плоскость или линию.

Все базовые лазерные системы BALTECH могут дополнительно комплектоваться дисплей-ным блоком с цветным сенсорным экраном, по-строенном на базе носимого персонального ком-пьютера – планшета со специализированным программным обеспечением для регистрации, хранения и обработки результатов измерения. К наименованию таких систем добавляется часть названия специализированного программного обеспечения, например, Line, Geo, Bore, Pro.

Выводы

Контроль геометрических параметров и вы-ставка промышленного оборудования во многом обеспечивают качество выпускаемой продукции и снижают количество незапланированных про-стоев производственного оборудования. Совре-менные высокоточные и технологичные измери-тельные устройства для контроля и выставки оборудования основываются на применении ла-зерных технологий, ярким представителем кото-рых является лазерная измерительная система BALTECH LL-9110 "LaserLevel".

ЮБИЛЕИ И ПЕРСОНАЛИИ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



Б.Н. Поляков /д.т.н./

50-летие СОЗДАНИЯ ПЕРВОГО И САМОГО ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОГО В МИРЕ

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО БЛЮМИНГА 1300 Дана инженерная оценка эпохального проекта ХХ века в металлургии и тяжелом машино-строении – создания самого высокопроизводительного в мире автоматизированного блюминга 1300 – в связи с 50-летием его пуска в эксплуатацию на Криворожском металлургическом комбинате (ныне ПАО "АрселорМиттал Кривой Рог") (Украина), который с позиции дости-жений в автоматизации, новых научных, технологических и конструкторских решений сфор-мировал основу для последующих автоматизированных прокатных станов, а также проведе-ния унификации оборудования почти всех обжимных станов Советского Союза при их рекон-струкции. Представлены основные участники проектирования блюминга, наладки автомати-ки и дальнейшего совершенствования оборудования и автоматических систем. В период конца 50-х и начала 60-х годов

прошлого столетия в бывшем Советском Союзе создавался уникальный, эпохальный и грандиоз-ный проект самого высокопроизводительного в мире прокатного стана ХХ века – блюминга-автомата 1300 на Криворожском металлургиче-ском комбинате (ныне ПАО "АрселорМиттал Кривой Рог") (Украина) с комплексной системой автоматизации всех технологических процессов, механизмов и агрегатов, в т.ч. и с помощью управляющих вычислительных машин (УВМ). Этот проект по фундаментальности и мощи для отечественной металлургии, тяжелого электро- и электронного машиностроения приближался к достижениям советской науки, технологии и техники в космонавтике, ракетостроении, в обо-ронной промышленности и успехам во многих теоретических и прикладных разделах различ-ных научных отраслей.

Для того чтобы ощутить величие, масштаб-ность, научную и практическую значимость ог-ромной работы по автоматизации блюминга 1300, ниже дана фрагментарная и краткая с ин-женерной точки зрения характеристика того экономического периода, в который создавался проект блюминга-автомата и проводились соот-ветствующие научные исследования.

Период 1950…1960-х годов – это период ин-тенсивного восстановления колоссальных раз-рушений в экономике, промышленности и соци-альных общественных структур после Второй мировой войны, и в то же время – это период "холодной войны" и экономического бума, рас-цвета науки и мирового значения достижений в промышленности, повышение оборонного по-тенциала и переход на самые передовые техно-логии и технику. Именно этот период характери-зовался:

Рисунок 1 – Блюминг 1300 Криворожского металлургического комбината

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ЮБИЛЕИ И ПЕРСОНАЛИИ



Рисунок 2 – Макет блюминга-автомата 1300

Криворожского металлургического комбината: 1 – рабочая клеть; 2 – верхний валок;

3 – манипулятор; 4 – универсальные шпиндели; 5 – главные электродвигатели

– формированием новых научных и про-

мышленных отраслей, работающих на создание и совершенствование атомного оружия, ракето-строения и космонавтику;

– созданием научных основ и промышлен-ных разработок первых отечественных аналого-вых и цифровых вычислительных и УВМ;

– достижениями в разработках новых отрас-лей науки: вычислительной математики (чис-ленных методов), теоретической и прикладной механики; появлением и началом интенсивного развития теории программирования, прикладных численных методов в теории упругости и пла-стичности, математической теории оптимальных процессов и ее численных методов линейного и нелинейного программирования, прикладных разработок в теории управления и надежности, развитием и применением новых технологиче-ских процессов и машин в металлургии и маши-ностроении, вызванных потребностями космо-навтики и ракетостроения.

Под стать грандиозным достижениям в оте-чественной металлургии и тяжелом машино-строении – наиважнейших отраслях советской экономики – был выдвинут уникальный проект создания самого высокопроизводительного в мире прокатного стана параллельно с самыми большими шагающими экскаваторами и други-ми гигантами машиностроения.

Проект автоматизированного блюминга сконцентрировал все лучшие на тот период на-учные и конструкторские достижения в развитии технологических процессов в металлургии, тя-желом и энергомашиностроении, в электропри-воде, электронике и вычислительной технике.

По-существу, это была одна из первых само-стоятельных конструкторских разработок совет-ских инженеров, накопивших к тому времени почти 20-летний практический опыт в проекти-ровании прокатных станов без оглядки на запад-ные разработки.

Параллельно созданию проекта и конструк-торским разработкам, а в дальнейшем и в со-вершенствовании оборудования и автоматиче-ских систем, проводились разнообразные теоре-тические и экспериментальные исследования. А создание таких гигантов техники, механическое и электрическое оборудование которых работает и эксплуатируется на предельных, технологиче-ски возможных режимах, в условиях интенсив-ной силовой, динамической и тепловой нагру-женности, требует привлечения современных, самых передовых достижений в широком спек-тре научных отраслей.

Проектирование прокатного стана – это в высшей степени интеллектуально насыщенный процесс, когда реализуются достижения многих отраслей знаний. Прокатный стан – это конеч-ный и важнейший этап производства металло-продукции, создаваемый, как минимум, на ряд десятилетий, поэтому так важны прогноз на бу-дущее, интуиция (как следствие большого и плодотворного опыта) и чувство перспективы, смелость, изобретательность и просто фантазия ученых и конструкторов, вкладывающих в свое детище на годы вперед самые передовые техно-логические и конструкторские решения, которые должны не утратить своей значимости на протя-жении десятилетий эксплуатации стана. И тем более, это очень важно в настоящее время, в пе-риод реализации принципиально новых, высоких технологий на макро- и микроуровнях, когда изменяются требования к выпускаемой продук-ции и ее качественные показатели: необходимо производство металла с заданными структурны-ми и механическими свойствами, с обеспечени-ем широкого диапазона потребительских свойств, металла с памятью, с заданным уровнем напряженного состояния (например, остаточных напряжений) и т.п.

Создание проекта блюминга-автомата скон-центрировало и объединило энтузиастов техники многих научно-исследовательских, проектных и учебных институтов, промышленных предпри-ятий различных министерств и ведомств, заме-чательных ученых и талантливых инженеров широчайшего диапазона знаний: технологов-прокатчиков, конструкторов-механиков и элек-триков, конструкторов-технологов, электроме-хаников, электронщиков, математиков и про-граммистов, специалистов по прочности и на-

ЮБИЛЕИ И ПЕРСОНАЛИИ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



дежности и многих других специальностей, ко-торых сближали не только высокие человече-ские качества, но и общая увлеченность абсо-лютно новым (и даже существенно престижного, государственного значения) интересным делом.

Принимая во внимание, что в октябре 2014 г. исполнится 50 лет со дня пуска в эксплуатацию первого автоматизированного блюминга 1300 на Криворожском металлургическом комбинате (рисунки 1 и 2), цель статьи заключается в том, чтобы перечислить тех неизвестных для многих и забытых замечательных специалистов-энтузиастов, которые значительную часть своей творческой инженерной жизни посвятили этому проекту и которые искренне верили в успех и объективно гордились полученными достиже-ниями (и в последующие годы способствовали их дальнейшему развитию), чтобы инженерной и научной общественностью не были забыты эти люди.

Перечислю непосредственных участников основных организаций создания и реализации проекта. Прежде всего, это работники Уралмаш-завода (ныне ОАО "Машиностроительная кор-порация "Уралмаш") (Екатеринбург, Россия): Г.Л. Химич – главный конструктор прокатного оборудования, К.Н. Валугин – первый инженер проекта блюминга-автомата, К.В. Корякин, О.П. Соколовский, Г.Н. Краузе, В.А. Быков, А.Г. Се-мовских, С.Н. Красносельских, А.А. Ермаков, Ю.П. Панов, Б.Я. Орлов, Г.И. Белоглазов, Т.Г. Гандыбина, Г.Я. Фомина, М.И. Бакунин, В.С. Щепеткин, П.А. Антонов, Н.К. Манкевич, Л.К. Грабовский, Ю.И. Смирнов, С.И. Уральский, М.И. Анфимов, В.Е. Бушуев, А.И. Загородний, А.А. Яровой, Л.Г. Ярославцев, Ю.Н. Колесов, Т..М. Перлова, Л.А. Фомина, М.И. Калашникова, Н.В. Еремеев, И.Л. Ронин, Ю.Д. Макаров, С.Ф. Аникеев и многие другие.

От ВНИИ электропривода (ныне ОАО "Электропривод") (Москва, Россия): Н.А. Ти-щенко, А.Г. Бирфельд, В.А. Святославский, Ф.Г. Патрунов, С.Н. Байбикова, Г.И. Лызлов, Ю.П. Рыбьев, Б.А. Степанов, Ю.С. Чинаров и др.

От ВНИИ электромеханики (ныне ОАО "НПК "Космические системы мониторинга, ин-формационно-управляющие и электромеханиче-ские комплексы" им. А.Г. Иосифьяна") (Москва, Россия) – З.Б. Вартанов и др.

От Уральского политехнического института (ныне ФГАОУ ВПО "Уральский федеральный университет им. 1-го Президента России Б.Н. Ельцина") (Екатеринбург, Россия): проф. В.А. Тягунов (создатель первой математической мо-дели и методики расчета оптимальных техноло-гических режимов и параметров прокатки на вы-

сокопроизводительном блюминге), И.Н. Петров, И.Я. Тарновский, С.Л. Коцарь, В.А. Чичигин, В.А. Воскресенский, О.С. Лехов, В.В. Харламов, Ю.М. Багазеев и другие талантливые ученые, экспериментаторы и исследователи.

Для технологического оборудования блю-мингов 1300, начиная с кольцевой слиткоподачи, были спроектированы локальные системы жест-кого программного управления (2-я ступень) и системы на основе УВМ "ВНИИЭМ-3" (3-я сту-пень). Системы программного управления были построены на бесконтактных логических эле-ментах – магнитных усилителях – и даже на та-кой аналоговой элементной базе, слишком дале-кой от современных быстродействующих кон-троллеров и микропроцессоров, получили вы-дающиеся результаты.

Первые три блюминга-автомата были спро-ектированы для Криворожского металлургиче-ского комбината, ОАО "Челябинский металлур-гический комбинат" (Россия) и ОАО "ЕВРАЗ Западно-Сибирский металлургический комби-нат" (Новокузнецк, Россия). Но именно на Кри-ворожский металлургический комбинат выпала доля первопроходца и инженерного полигона для наладки, освоения и дальнейшего совершен-ствования первой в Советском Союзе (наверное и в мире) комплексной системы автоматизации высокопроизводительного прокатного стана.

Многие творческие люди, талантливые ин-женеры, руководители комбината и цеха "Блю-минг-2" внесли громадный вклад в организацию, внедрение и доводку автоматических систем. Это В.Д. Гладуш (впоследствии – директор ком-бината), Н.Г. Ильченко, О.В. Филонов, А.Д. Фи-сенко, В.Т. Ладуба, М.И. Шаропад, И.Т. Герай-мович, И.И. Самарский, Э.И. Востриков, В.Т. Крымский, В.Л. Гудов, Н.Н. Пунтус, В.Д. Дым-чук и многие, многие др.

Техническая задача комплексной автомати-зации, тем более с УВМ, и создания блюминга-автомата, по существу несущая в себе для пе-риода 50…60-х годов ХХ века определенную долю авантюризма, была в принципе решена. Несмотря на объективные трудности и часто да-же искусственно создаваемые препятствия, на блюминге 1300 Криворожского металлургиче-ского комбината были получены выдающиеся результаты, а именно: впервые в Советском Союзе и в мировой практике были созданы ра-ботоспособные автоматические системы жестко-го программного управления (с возможностью кратковременного вмешательства операторов) для всей технологической линии, (в т.ч. и участ-ка рабочей клети) высокопроизводительного обжимного стана.

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ЮБИЛЕИ И ПЕРСОНАЛИИ



Было убедительно показано и доказано, что при высоком уровне организации технологии и производства в целом, обеспечивающим ста-бильную подачу качественно нагретых слитков, системы жесткого программного управления могут реально обеспечить высокий уровень ча-совой производительности, эквивалентной годо-вой производительности блюминга в объеме 5,5…5,7 млн. т по всаду. В результате проведе-ния огромной и трудоемкой работы по наладке, доводке и совершенствованию оборудования и автоматических систем последние были приняты в опытно-промышленную, а некоторые – в про-мышленную эксплуатацию в 1974 г.

Как результат выполнения широкого спектра научно-исследовательских работ по совершенст-вованию автоматических систем впервые в ме-таллургии, в т.ч. и в прокатном производстве были созданы и внедрены:

– программная система автоматизированного сбора и обработки с помощью УВМ технологи-ческой информации, системы диспетчеризации и учета и ряд диагностических систем;

– системы программного управления (СПУ) по защите механического оборудования от вы-соких динамических нагрузок и перегрузок, по-вышающих их долговечность, система защиты главного привода от пробуксовок, СПУ кантова-телем и манипулятором, были показаны воз-можность и эффективность подобной системы и для ножниц.

Высокая концентрация интеллекта в коллек-тиве ученых и инженеров различных специаль-ностей, сформировавшемся на блюминге 1300 Криворожского металлургического комбината при проведении пусконаладочных, научно-исследовательских и конструкторских работ, обеспечила успешное решение возникающих задач и проблем на основе современных науч-ных методов. Так впервые в мировой практике в прокатном производстве были применены:

– принципы системного анализа для по-строения математической модели процесса про-катки на блюминге и поиска их оптимальных параметров;

– методы математической теории оптималь-ного управления для наладки систем регулиро-вания приводами и автоматических систем, а также на их основе с использованием методов линейного и нелинейного программирования впервые была создана программа построения оптимальных технологических режимов прокат-ки на реверсивных, а впоследствии и на непре-рывно-заготовочных станах;

– разнообразные методы теории вероятно-стей и математической статистики на уровне

теории случайных величин и случайных процес-сов, реализованные в виде программ, версия ко-торых для вычислительных машин "Урал-4" яв-лялась одним из первых в СССР программным обеспечением по статистической обработке дан-ных; программы были успешно применены при проведении научных и экспериментальных ра-бот, для построения математических моделей автоматизируемых процессов и объектов, иден-тификации их параметров и оценки чувстви-тельности, достоверности и точности, при выяв-лении наиболее существенных информативно-управляющих технологических параметров и уставок управления и, в конечном итоге, для по-строения алгоритмов управления объектами, ав-томатизации с помощью УВМ;

– строгие методы математического, в т.ч. и статистического моделирования, статистической теории распознавания образов для анализа, син-теза и отладки параметров структур систем управления и автоматизации.

Применение методов современной научной методологии и последующие конструкторские разработки позволили усовершенствовать и по-высить прочность и надежность механического оборудования, быстродействие электроприводов и работоспособность автоматических систем, а в дальнейшем унифицировать конструкции дета-лей, узлов и механизмов комплекса механиче-ского и электрооборудования обжимных станов.

Многие принципиальные положения и инже-нерные разработки по автоматизации, реализо-ванные и отлаженные на блюминге 1300, были положены в основу (с учетом и негативного опыта) автоматизации других прокатных станов, в дальнейшем спроектированных и изготовлен-ных Уралмашзаводом (например, универсально-балочный стан ОАО "ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат" (Россия) и др.), а также и для машин непрерывного литья загото-вок.

Несмотря на отставание экономики стран СНГ от наиболее развитых стран Европейского союза и США по важнейшему показателю жиз-ненного уровня – производству валового внут-реннего продукта на душу населения – в период 50…60-х годов ХХ века Советский Союз зани-мал лидирующее положение во многих отраслях науки, технологии и промышленности, что под-тверждается не только выдающимися достиже-ниями в ракетостроении и космонавтике, но и впечатляющими успехами в металлургии, маши-ностроении и автоматизации – был создан и реа-лизован уникальный проект самого производи-тельного в мире прокатного стана – блюминга-автомата 1300.

ИНФОРМАЦИЯ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



БЛАНК ЗАКАЗА НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

№1*

№30

№59

№88

кол-во экз. кол-во экз. кол-во экз. кол-во экз.

№2

№31

№60

№89


№3

№32

№61

№90


№4

№33

№62

№91


№5

№34

№63

№92


№6

№35

№64

№93


№7

№36

№65

№94


№8

№37

№66

№95


№9

№38

№67

№96


№10

№39

№68

№97


№11

№40

№69

№98


№12

№41

№70

№99


№13

№42

№71

№100


№14

№43

№72

№101


№15

№44

№73

кол-во экз. кол-во экз. кол-во экз.

№16

№45

№74


№17

№46

№75


№18

№47

№76NEW


№19

№48

№77


№20

№49

№78


№21

№50

№79


№22

№51

№80


№23

№52

№81


№24

№53

№82


№25

№54

№83


№26

№55

№84


№27

№56

№85


№28

№57

№86


№29

№58

№87


Примечание: * – номер соответствует порядковому номеру литературы в нижеследующем перечне.

Данные для оформления и получения заказа:

Наименование предприятия: ___________________________________

___________________________________________________________

Адрес доставки: _____________________________________________

___________________________________________________________

Контактное лицо: ____________________________________________

___________________________________________________________

Телефон: _____________________ Факс: ________________________

Эл. почта: ___________________________________________________

• Заполните бланк заказа и отправьте: – в Украине по факсу +380 (66) 029-44-30 или по эл. почте [email protected] – в России по факсу +7 (495) 775-85-02 или по эл. почте [email protected]

• Дополнительную информацию можно получить по телефону: – в Украине +380 (66) 029-44-30 – в России +7 (495) 775-85-02

• С содержание книг можно ознакомиться на Интернет-сайте: metal.donntu.edu.ua

• Оплата осуществляется по безналичному расчету, доставка – заказной бандеролью, (стоимость доставки не включена в цену).

• При заказе 100 книг предоставляется скидка 10 %

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ИНФОРМАЦИЯ



Перечень научно-технической литературы для заказа

1. Алимов В.И., Пушкина О.В. Фазовые и структурные превращения при деформационно-термической обра-ботке стальной проволоки. – Донецк, 2011. – 246 с.

Рассмотрены фазово-структурные превращения при деформационно-термической обработке стальной проволо-ки с точки зрения наследственности проявлений структуры и свойств в последовательных поколениях обработок в технологической цепи. Приведены технологические аспекты преемственности структурных элементов и пове-дения металла при деформационно-термическом переделе стальной проволоки. Рассмотрены результаты изы-сканий бессолевой сорбитизации с использованием плазмы, графита и воздушного потока.

2. Андронов В.Н. Экстракция черных металлов из природного и техногенного сырья. Доменный процесс. – До-нецк, 2009. – 377 с.

Систематизированы сведения о процессах, происходящих в доменной печи, изложен метод расчета плавки, дан анализ влияния важнейших технологических факторов на относительный расход кокса.

3. Артюх В.Г. Точность предохранителей для металлургических машин. – Мариуполь, 2000. – 177 с. Рассматривается проблема повышения усталостной прочности расходуемых элементов предохранителей для защиты от поломок металлургических машин, решение которой позволит повысить точность их срабатывания. Предложены нетрадиционные методы повышения усталостной прочности расходуемых элементов. Доказана возможность полного исключения усталостного разрушения детали в случае ее предварительного напряжения.

4. Бобровицкий В.И., Сидоров В.А. Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт. – Донецк, 2011. – 238 с.

Рассмотрены вопросы технического обслуживания и ремонта механического оборудования металлургических предприятий.

5. Взрывы газов в доменном производстве / В.П. Русских, А.А. Томаш, В.П. Тарасов, Е.И. Хрущев. – Мариуполь, 2006. – 99 с.

Рассмотрены наиболее часто встречающиеся случаи взрывов газа в доменных цехах. Приведены свойства газов, входящих в состав газообразного топлива, применяемого в доменном производстве. Дан анализ причин, описан ме-ханизм образования взрывоопасных газовых смесей в доменных печах, воздухонагревателях, газовых магистралях. Определены меры по предупреждению взрывов газов в доменном производстве.

6. Влияние мышьяка на свойства металлических систем и качество стали / П.С. Харлашин, М.А. Шумилов, Е.И. Якушечкин. – К., 1991. – 343 с.

Освещены физико-химические свойства железомышьяковистых расплавов, поведение мышьяка в процессе выплав-ки стали, теоретические и экспериментальные исследования влияния мышьяка на свойства стали.

7. Волошин В.С. Природа отходообразования (в приложении к управлению отходами). – Мариуполь, 2007. – 666 с.

Изложены основные представления о формировании механизмов образования отходов в различных производст-венных системах. Рассматриваются отдельные причины процесса отходообразования, изучаются количествен-ные и качественные закономерности, позволяющие использовать их в качестве инструментария для управления процессами образования отходов с целью минимизации в источнике возникновения.

8. Волошин В.С., Белопольский Н.Г. Финансово-экономический кризис в Украине: пути выхода. – Мариуполь, 2009. – 60 с.

Показано, как должно строиться производство, обмен, распределение и потребление при выходе из кризиса, какие чрезвычайные меры должны принять руководство страны и руководители регионов, чтобы спасти Украину от надвигающегося коллапса. Рассмотрена роль науки и интеллектуальной элиты в преодолении кризиса.

9. Геодезія. Частина перша: Підручник. 3-є вид., виправл. та доп. / За заг. ред. Могильного С.Г., Гавриленко Ю.М. – Донецьк, 2009. – 514 с.

Викладено принципи організації геодезичних робіт, методи вирішення задач за допомогою топографічної карти, приладів і методів кутових і лінійних вимірювань технічної точності, основ топографічних зйомок та камеральної обробки польових вимірювань. Визначені напрями розвитку методів геодезичних вимірювань, геодезичного засто-сування супутникових радіонавігаційних систем, комп’ютерної обробки геодезичних знімань.

10. Гребенюк А.Ф., Збыковский А.И. Расчет процессов коксового производства. Пособие по проектированию. – Донецк, 2008. – 322 с.

Изложены теоретические основы и методики расчетов основных процессов коксового производства. Рассмотре-ны современные конструкции коксовых печей и машины для их обслуживания, параметры гидравлического и теп-лового режимов, оборудование для тушения кокса. Приведены примеры расчетов процессов сушки угольной ших-ты в кипящем слое, горения коксового газа в отопительных каналах печей, регенерации тепла продуктов горения, материального и теплового балансов процессов коксования, распределения давлений в отопительной системе, а также установки сухого тушения кокса.

11. Губенко В.К. Логистическая централизация материальных потоков: теория и методология логистических распределительных центров. – Донецк, 2007. – 495 с.

Логистические распределительные центры, как объекты глобальной экономики, затрагивают все стороны пото-ковых процессов, являясь мощным средством эффективного использования национальных ресурсов. Рассматрива-ются закономерности логистической централизации; техника, объекты, технологии накопления, комиссиониро-вания и дистрибуции товара; телекоммуникации, информационные и финансовые потоки.

12. Губенко В.К., Николаенко И.В., Тарасенко А.В. Адаптация транспорта металлопотоков к изменяющейся эко-номической среде. Монография. – Донецк, 2009. – 236 с.

Проведено исследование логистических систем транспортных узлов с крупными металлургическими комплексами и сформулирована целесообразность введения различных методологических уровней их системного анализа.

ИНФОРМАЦИЯ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



13. Демьянченко А.Г., Логунова Т.Г. Комплексное управление экспортной деятельностью крупного промыш-ленного предприятия. Монография. – Мариуполь, 2007. – 290 с.

Выполнен анализ состояния экспортной деятельности Украины и обозначены перспективы ее развития. Дана ха-рактеристика организационных форм осуществления экспортной деятельности, предложен метод оценки эф-фективности организационной структуры экспортной деятельности на крупных промышленных предприятиях. Разработана методология комплексного анализа экспортной деятельности предприятия. Предложена автома-тизированная система планирования и прогнозирования продаж продукции на экспорт. Проведен анализ сущест-вующих систем внутреннего контроля хозяйственной деятельности предприятия, на основе которых сформиро-вана концепция контроллинга экспорта как формы контроля экспортной деятельности.

14. Диагностирование механического оборудования металлургических предприятий. Монография / В.Я. Седуш, В.М. Кравченко, В.А. Сидоров, Е.В. Ошовская. – Донецк, 2004. – 100 с.

Приведены результаты исследований технического состояния металлургического оборудования, выполненные со-трудниками Донецкого национального технического университета.

15. Динамические процессы в клетях широкополосного стана 1680. Монография / В.В. Веренев, В.И. Большаков, А.Ю. Путноки. – Днепропетровск, 2011. – 184 с.

Приведены результаты опытно-промышленных измерений моментов и вибраций оборудования во время захвата полосы валками и взаимодействия клетей через прокатываемую полосу, значения нагрузок в главных линиях кле-тей, параметры схем и математические модели. Дан анализ результатов моделирования переходных процессов, влияния технологических и конструктивных параметров и технического состояния оборудования на динамические нагрузки, влияния взаимодействия клетей на межклетевые усилия и продольную разнотолщинность концевых уча-стков полос.

16. Діагностування механічного обладнання металургійних підприємств. Навчальний посібник / В.Я. Седуш, В.М. Кравченко, В.А. Сидоров, О.В. Ошовська. – Донецьк, 2010. – 98 с.

Наведено результати досліджень технічного стану металургійного обладнання, виконаних співробітниками До-нецького національного технічного університету.

17. Електромагнітна сумісність у системах електропостачання. Підручник / І.В. Жежеленко, А.К. Шидловський, Г.Г. Півняк, Ю.Л. Саєнко. – Дніпропетровськ, 2009. – 319 с.

Розглянуто електромагнітні процеси, що викликані різними електромагнітними перешкодами з орієнтацією на особливості промислових підприємств.

18. Еронько С.П., Быковских С.В. Физическое моделирование процессов внепечной обработки и разливки стали. – К., 1998. – 136 с.

Изложены основы теории подобия и практические аспекты ее использования при моделировании получивших рас-пространение способов внепечной обработки и разливки стали. Приведены примеры решения различных задач, связанных с разработкой прогрессивных методов воздействия на жидкий металл, описаны оригинальные методи-ки проведения лабораторных исследований и применяемая при этом аппаратура.

19. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения предприятий. – 4-е изд. перераб. и доп. – М., 2004. – 368 с.

Изложены вопросы генерирования и распространения высших гармоник в электросетях предприятий и энерго-систем, их влияние на электроприемники.

20. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. Амплитудно-частотные характеристики электрических сетей. – Мариуполь, 1998. – 99 с.

Рассмотрены вопросы определения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) отдельных элементов систем электроснабжения и учета нагрузок при расчетах высших гармоник. При анализе резонансных режимов стано-вится важной информация не только об АЧХ реактивного, но и активного сопротивления элементов. Расчет АЧХ электрических сетей усложняется необходимостью учета распределенности параметров линий электропередач.

21. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях. – 4-е изд. перераб. и доп. – М., 2005. – 260 с.

Рассмотрены вопросы нормирования качества электроэнергии, методы расчета, нормализации и коррекции пока-зателей качества электроэнергии.

22. Затвердевание металлов и металлических композиций. Учебник для высших учебных заведений / В.А. Лейбензон, В.Л. Пилюшенко, В.М. Кондратенко и др. – К., 2009. – 411 с.

Изложены теория и результаты экспериментальных исследований процессов литья и затвердевания чугунов, сталей, кристаллизации, гидродинамики, фазовых превращений, тепломассопереноса при формировании отливки из металлов, сплавов и композиций из жидких фаз, жидкой и твердой фаз сплавов различного химического соста-ва. Приведены методы решения уравнений гидродинамики и тепломассопереноса при затвердевании сплавов, их использование при моделировании новых технологических процессов формирования отливок из композиции желе-зоуглеродистых сплавов, а также методы расчета параметров технологии производства чугунных валков, литых металлических композиций, свойства металлопродукции и области ее использования.

23. Избранные вопросы несинусоидальных режимов в электрических сетях предприятий / И.В. Жежеленко, Ю.Л. Саенко, Т.К. Бараненко и др. Под ред. И.В. Жежеленко. – М., 2007. – 296 с.

Дано изложение актуального вопроса электромагнитной совместимости, теории и практики комплексного ана-лиза несинусоидальных режимов в промышленных электрических сетях.

24. Использование буроугольного полукокса в качестве пылеугольного топлива в доменной плавке / С.Р. Исламов, С.Л. Ярошевский, А.В. Кузин, З.К. Афанасьева. – Донецк, 2008. – 68 с.

Рассмотрен вариант приготовления пылеугольного топлива для доменной плавки из буроугольного полукокса, по-лучаемого из бурых углей Канско-Ачинского месторождения (Россия) и содержащего менее 10 % золы и 0,3 % се-ры.

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ИНФОРМАЦИЯ



25. Ищенко А.А. Технологические основы восстановления промышленного оборудования современными по-лимерными материалами. – Мариуполь, 2007. – 250 с.

Систематизированы сведения о ремонтных полимерных материалах, приведены технологии выполнения ремонтов деталей и машин различного назначения. Проанализированы результаты исследований свойств полимерных мате-риалов, определены основные показатели механических и иных характеристик, необходимые для успешного выпол-нения ремонтных работ.

26. Калибровка прокатных валков. Справочник / В.В. Гетманец, А.Ф. Вавилов, С.В. Седуш, В.Л. Романенко. – До-нецк, 2006. – 346 с.

Приведены наиболее распространенные в практике сортопрокатного производства методики расчета калибров-ки прокатных валков. Рассмотрены калибровки валков отечественных прокатных станов, схемы расположения оборудования и технологии прокатки. Изложен расчет параметров прокатки.

27. Капланов В.И. Высокоскоростная холодная прокатка тонких полос. – К., 1993. – 254 с. Приведены результаты теоретического и экспериментального исследования процесса высокоскоростной холод-ной прокатки полос. Предложена математическая модель очага деформации, разработан алгоритм расчета ос-новных параметров холодной прокатки тонких полос на высокоскоростных непрерывных станах. Эксперимен-тально исследованы и обобщены основные закономерности высокоскоростной прокатки полос с различными по природе и происхождению технологическими смазками.

28. Капланов В.И. Горячая прокатка листовой стали с технологическими смазками. Учебное пособие. – К., 1992. – 56 с.

Изложены результаты экспериментального исследования технологических смазок при горячей прокатке листовой стали в лабораторных и производственных условиях. Содержатся оригинальные данные об эффективности ряда новых технологических смазок, об изменении коэффициента трения в зависимости от основных факторов горя-чей прокатки.

29. Капланов В.И. Динамика и трибоника высокоскоростной тонколистовой прокатки. Мировая тенденция и перспектива. Монография. – Мариуполь, 2008. – 456 с.

Приведены научные основы, результаты теоретических и экспериментальных исследований высокоскоростной холодной прокатки полос. Рассмотрена современная молекулярно-физическая теория граничного трения, техно-логия прецизионной холодной прокатки полос с зеркальной поверхностью высшего класса, теоретические основы разработки эффективных технологических смазок, результаты их исследования и внедрения.

30. Капланов В.И. Теория высокоскоростной тонколистовой холодной прокатки металлов. Учебное пособие. – К., 1991. – 72 с.

Разработана теория высокоскоростной тонколистовой холодной прокатки металлов, позволяющая исследовать закономерности изменения основных параметров прокатки в диапазоне высоких скоростей, предварительно ус-тановить, какие факторы и в какой степени повлияют на динамический эффект в деформационной зоне. Иссле-дованы основные закономерности изменения параметров прокатки при изменении скорости прокатки от 20 до 300 м/с.

31. Капланов В.И. Тонколистовая высокоскоростная прокатка металлов с экономичными технологическими смазками. Учебное пособие. – К., 1997. – 76 с.

Приведены результаты экспериментального исследования стали и некоторых цветных металлов на станах 300 и 180 со скоростью прокатки соответственно 30 и 61 м/с. Изучены закономерности изменения основных парамет-ров холодной прокатки тонких полос со смазками различного состава и происхождения, получены значения коэф-фициентов трения в этих условиях. Впервые доказана теоретическая возможность холодной прокатки сварных швов состыкованных стальных полос со скоростью до 30 м/с.

32. Капланов В.И. Эффективность новых технологических смазок при тонколистовой холодной прокатке. Учебное пособие. – К., 1992. – 88 с.

Приведены результаты разработки и промышленного исследования эффективности технологических смазок при холодной прокатке тонколистовой стали и зеркальных полос из алюминиевых сплавов. Разработана комплексная технология холодной прокатки полос из алюминиевых сплавов с зеркальной поверхностью, включающая в себя опе-рацию травления подката перед прокаткой, рациональный режим обжатий и применение оригинальных техноло-гических смазок.

33. Капланов В.І. Гаряча прокатка листової сталі з технологічними мастилами. Навчальний посібник. – К., 1992. – 56 с.

Викладені результати експериментального дослідження технологічних мастил при гарячої прокатці листової сталі в лабораторних і виробничих умовах. Містяться оригінальні дані про ефективність ряду нових технологіч-них мастил, про зміну коефіцієнта тертя залежно від основних факторів гарячої прокатки.

34. Капланов В.І. Ефективність нових технологічних мастил при тонколистової холодної прокатці. Навчальний посібник. – К., 1992. – 88 с.

Приведені результати розробки і промислового дослідження ефективності технологічних мастил при холодної прокатці тонколистової сталі і дзеркальних смуг з алюмінієвих сплавів. Розроблена комплексна технологія холод-ної прокатки смуг з алюмінієвих сплавів з дзеркальною поверхнею, що включає операцію травлення підкату перед прокаткою, раціональний режим обтискань і застосування оригінальних технологічних мастил.

35. Карпенко А.Г., Москвичев М.В. Основы предпринимательства (малый и средний бизнес). Научно-популярное пособие. – Мариуполь, 2009. – 286 с.

Представлены основные положения организации предпринимательской деятельности в Украине. Детально рас-смотрены различные аспекты предпринимательства вообще и производственного, в частности. Уделено внима-ние составлению и применению бизнес-плана, а также защите прав предпринимателя.

ИНФОРМАЦИЯ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



36. Коваленко Г.Д., Волошин В.С. Основы радиационной экологии. – Мариуполь, 2009. – 298 с. Изложены основные положения и принципы радиационной защиты и безопасности человека, законодательная и нормативная база. Приведены физические величины, которые используются в радиационной безопасности, их единицы измерения, методы и приборы для измерения дозовых нагрузок на различные категории людей, в т.ч., в быту. Рассмотрены основные источники радиационного излучения природного и искусственного происхождения, включая ядерные взрывы, предприятия ядерной и тепловой энергетики.

37. Конвективный теплообмен. Учебное пособие / Л.И. Хииш. – Мариуполь, 2006. – 250 с. Рассмотрены вопросы конвективного теплообмена аппаратов.

38. Костюк В.А. Вторичные энергетические ресурсы и энерготехнологическое комбинирование. Учебное посо-бие. – Мариуполь, 2006. – 156 с.

Рассматриваются вопросы выхода и использования тепловых, топливных, избыточного давления и др. побочных энергетических ресурсов предприятий черной металлургии. Уделено внимание использованию высоко- и низкопо-тенциального тепла отходящих дымовых газов, технологического продукта и отходов производства, охлаждения элементов промышленных агрегатов и др. Приведены примеры энерготехнологического комбинирования, конст-рукции теплоутилизационных устройств.

39. Кравченко В.М. Техническое обслуживание и диагностика промышленного оборудования. Монография. – Донецк, 2004. – 504 с.

Рассматриваются основные законы распределения параметров потока отказов горных машин, математическая модель функционирования комплекса горных машин как динамической системы машин различного функционально-го назначения, ресурса и производительности, учитывающая влияние нестационарности процесса восстановления машин на производительность комплекса.

40. Кравченко В.М., Сидоров В.А. Визуальное диагностирование механического оборудования. Учебное пособие. – Донецк, 2004. – 120 с.

Рассмотрены методы, средства, признаки разрушений и видов изнашивания деталей механического оборудования. Систематизированы приемы визуального осмотра.

41. Кравченко В.М., Сидоров В.А. Візуальне діагностування механічного устаткування. Навчальний посібник. – Донецьк, 2008 – 112 с.

Розглянуто методи, засоби, ознаки руйнувань і видів зношування деталей механічного устаткування. Системати-зовано прийоми візуального огляду.

42. Кравченко В.М., Сидоров В.А., Седуш В.Я. Техническое диагностирование механического оборудования. Учебник. – Донецк, 2009. – 459 с.

Рассмотрены методы оценки технического состояния механического оборудования промышленных предприятий и проанализированы вопросы определения на основе полученной информации рациональных сроков, объемов, видов ремонтных воздействий.

43. Кравченко В.М., Сидоров В.А., Седуш В.Я. Технічне діагностування механічного обладнання. Підручник. – Донецьк, 2007. – 447 с.

Розглянуто методи оцінки технічного стану механічного обладнання промислових підприємств. Проаналізовано питання визначення на основі отриманої інформації раціональних строків, обсягів, видів ремонтних впливів.

44. Лещинский Л.К., Самотугин С.С. Слоистые направленные и упрочненные композиции. – Мариуполь, 2005. – 392 с.

Обобщены результаты исследований процессов наплавки, структуры и эксплуатационных свойств слоистых ком-позиций, получаемых наплавкой и поверхностной обработкой высококонцентрированной плазменной струёй. Даны практические рекомендации по выбору составов и сочетаний слоев в композициях при наплавке и упрочнении де-талей и инструмента различного функционального назначения.

45. Логутова Т.Г., Бессонова С.И., Анисимова О.Н. Формирование инвестиционных ресурсов промышленных предприятий Украины. Монография. – Мариуполь, 2009. – 264 с.

Рассматриваются проблемы формирования инвестиционных ресурсов промышленных предприятий. Изложены вопросы теоретического обоснования и методического обеспечения инвестиционного потенциала предприятий. На базе статистических данных исследовано состояние, формирование и тенденции развития инвестиционных ресурсов, определены факторы внешнего и внутреннего влияния на инвестиционное развитие предприятия.

46. Маслов В.А. Техплотехника. Т.2. – Мариуполь, 2008. – 225 с. Рассмотрен комплекс вопросов теплообмена, механики жидкости и газа, приведены основные понятия, законы и их выводы, а также рассмотрены практические рекомендации их использования. На основе приведенной общей схемы печной установки рассмотрены вопросы теплотехнической характеристики печи, теплового баланса, ис-пользования огнеупоров, а также принципиальные вопросы утилизации тепла отходящих дымовых газов.

47. Металлургия (проблемы, теория, технология, качество) / П.С. Харлашин, В.С. Волошин, Г.С. Ершов и др. – Мариуполь, 2004. – 740 с.

Освещены основные теоретические положения современной металлургии и особенности их практического ис-пользования в производстве качественной металлургической продукции.

48. Металургія (проблеми, теорія, технологія, якість) / П.С. Харлашин, В.С. Волошин, Г.С. Єршов та ін. – Маріу-поль, 2004. – 723 с.

Представлено основні теоретичні положення сучасної металургії та особливості їх практичного використання у виробництві якісної металургійної продукції.

49. Механика упругих деформируемых систем. Ч.1. Напряженно-деформированное состояние стержней. Учеб-ное пособие / Ф.Л. Шевченко. – Донецк, 2006. – 293 с.

Рассмотрены основные виды напряженно-деформированного состояния стержней при статическом нагружении.

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ИНФОРМАЦИЯ



50. Механика упругих деформируемых систем. Ч.2. Сложное напряженное состояние. Учебное пособие / Ф.Л. Шевченко. – Донецк, 2007. – 306 с.

Рассмотрено сложное напряженно-деформированное состояние стержневых систем, пластин и оболочек при статическом нагружении.

51. Минаев А.А. Совмещенные металлургические процессы. Монография. – Донецк, 2008. – 552 с. Изложены материалы о тенденциях и динамике развития мировой черной металлургии. Рассмотрены варианты реализации совмещенных процессов по всей технологической линии металлургических предприятий. Освещены ин-новационные технологии, способствующие повышению эффективности работы металлургических предприятий.

52. Михеев В.А., Власов В.Т. Специальные краны. – Мариуполь, 2004. – 424 с. Изложены назначение, области применения, условия работы, конструкция в целом и отдельных узлов, особенно-сти расчета, конструкция грузозахватных устройств специальных кранов: мостовых, металлургических, кранов-штабелеров, козловых, портальных, башенных, самоходных стреловых, плавучих и судовых.

53. Нагрівальні термічні печі. Атлас / Ю.М. Шаламов, В.О. Маслов, Г.В. Айнагоз. – Мариуполь, 2008. – 123 с. Представлені креслення загальних видів нагрівальних і термічних печей, опалювальних органічним паливом.

54. Непомнящий Л.Н., Дариенко Е.В., Бежин В.И. Механическое оборудование и металлоконструкции коксовых батарей. – Донецк, 2011. – 368 с.

Приводятся подробные описания конструкций новых типов основного оборудования и технологических металло-конструкций коксовых батарей. Рассматриваются конструкции армирующих броней, дверных рам, дверей коксо-вых печей, схем анкеража, газосборников, стояков для отвода коксового газа из печей, самонесущих газопроводов коксового газа, арматуры отопления коксовых печей, газовоздушных клапанов, схем кантовочных механизмов и ряда другого оборудования. Освещаются вопросы, связанные с условиями работы коксового оборудования и влия-нием этих условий на надежность и продолжительность работы оборудования.

55. Основи термодинаміки і кінетики сучасних сталеплавильних процесів. Підручник / П.С. Харлашин, Т.М. Чаудрі, М.Я. Меджибожський. – Маріуполь, 2009. – 340 с.

Висвітлено теоретичні основи металургії сталі. Наведено останні дані з термодинаміки найважливіших процесів, що відбуваються у сталеплавильних ваннах. Викладено різні теорії будови рідких шлаків сталеплавильного вироб-ництва і розплавів на основі заліза. Описано явища на поверхнях поділу фаз.

56. Паливоспалюючі пристрої. Атлас / В.О. Маслов. – Маріуполь, 2003. – 128 с. Представлені різні види паливоспалюючих пристроїв, які широко використовуються при роботі печей в металургії і машинобудуванні.

57. Повышение эффективности использования природного газа в доменной плавке / С.Л. Ярошевский, С.В. Мо-мот, А.М. Кузнецов, А.В. Кузин. – Донецк, 2002. – 46 с.

Рассмотрены материалы исследования технологии доменной плавки на ОАО "Енакиевский металлургический за-вод" по оптимизации технологического режима с целью снижения удельного расхода и повышения эффективно-сти использования природного газа.

58. Погребняк В.Г., Волошин В.С. Экологические технологии создания водозащитных экранов. – Донецк, 2010. – 482 с.

Проведено комплексное изучение реакции растворов полимеров на гидродинамические воздействия. Получены эко-лого-технологические критерии и предложены практические рекомендации реализации технологии создания водо-защитных экранов. Изложены инженерные приложения результатов работы в др. областях науки и техники.

59. Производство и использование коксового орешка в доменной плавке / С.Л. Ярошевский, Н.С. Хлапонин, А.М. Кузнецов, А.В. Кузин. – Донецк, 2006. – 68 с.

Рассмотрен вопрос получения и использования коксового орешка в доменной печи. 60. Протопопов Е.В., Харлашин П.С., Ганзер Л.А. Оптимальное управление режимами непрерывной разливки стали. Учебное пособие. – Мариуполь, 2009. – 123 с.

Изложены современные представления о некоторых аспектах непрерывной разливки стали, а также методика обучения и отработки навыков управления технологическим процессом непрерывной разливки с использованием обучающего тренажера. Приведена методика расчета начальных параметров процесса и перечень индивидуаль-ных заданий для формирования навыков управления машиной непрерывной разливки стали.

61. Пылеугольное топливо – альтернатива природному газу при выплавке чугуна. Тр. междунар. науч.-техн. конф., 18-21 декабря 2006 г. – Донецк, 2006. – 397 с.

Рассмотрены теоретические вопросы технологии плавки с применением пылеугольного топлива (ПУТ), требова-ния к качеству железорудного сырья, кокса, ПУТ, эффективность, опыт исследования и освоения технологии до-менной плавки с применением ПУТ, а также вопросы совершенствования доменной технологии, проектирования пылеугольных комплексов, оборудования и др.

62. Разливка стали: технология, оборудование / С.П. Еронько, С.В. Быковских. – К., 2003. – 216 с. Систематизированы данные о современной технологии разливки стали в изложницы и на машинах непрерывного литья заготовок. Рассмотрено влияние различных факторов на качество отливаемых слитков и заготовок. При-ведены технологические приемы, способствующие улучшению эксплуатационных свойств литого металла.

63. Размышляев А.Д., Миронова М.В. Магнитное управление формированием валиков и швов при дуговой на-плавке и сварке. – Мариуполь, 2009. – 230 с.

Приведены результаты исследований влияния управляющего продольного магнитного поля на процессы плавления электродного и основного металлов. Показано, что продольное магнитное поле значительно повышает произво-дительность процесса расплавления электрода и снижает эффективность проплавления основного металла при дуговой наплавке проволокой под флюсом. Приведены примеры практического использования управляющих маг-нитных полей и показана их эффективность.

ИНФОРМАЦИЯ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



64. Разработка, исследование и освоение технологии доменной плавки с вдуванием в горн пылеугольного топ-лива: опыт 1976-2006 г.г. Сборник статей / С.Л. Ярошевский. – Донецк, 2006. – 256 с.

Рассмотрены вопросы теоретического обоснования, расчета и разработки, исследования и оптимизации техно-логического режима доменной плавки при замене части кокса пылеугольным топливом на примере ее освоения на ОАО "Донецкий металлургический завод".

65. Раковский Б.М., Романова В.С. Газомеханика доменной плавки и ее применение в производственной прак-тике. – Донецк, 2006. – 59 с.

Изложены оригинальные предложения по количественному автоматическому контролю ровности схода шихты в доменной печи.

66. Расчет и конструирование оборудования для внепечной обработки и разливки стали / Еронько С.П., Быков-ских С.В., Ошовская Е.В. – К., 2007. – 344 с.

Изложены основы теории подобия и практические аспекты физического моделирования при разработке и проек-тировании оборудования для внепечной обработки и разливки стали. Приведены методики расчета устройств для отсечки конечного технологического шлака при выпуске жидкого металла из плавильных агрегатов, инжекцион-ной обработки и разливки стали с применением защиты от вторичного окисления и т.п.

67. Роянов В.А., Матвиенко В.Н., Захарова И.В. Газотермическая обработка материалов. Учебник. – Мариуполь, 2010. – 286 с.

Приведены данные по применяемому оборудованию и описана сущность основных технологических процессов: га-зовой сварки, наплавки, пайки, нагрева, газокислородной резки, кислородно-флюсовой резки, газоэлектрической резки, газотермического напыления материалов, сварки пластмасс и др. Уделено внимание контролю качества сварных соединений, техники безопасности, охране труда и экологии при газотермической обработке.

68. Русско-украинский словарь по металлургической теплотехнике / Маслов В.А., Сущенко А.В. – Мариуполь, 2000. – 80 с.

Представлена специальная лексика русского языка, относящаяся к металлургической теплотехнике и к смежным отраслям науки и техники.

69. Руських В.П., Семакова В.Б. Вступ до фаху. Металургія чорних металів. Металургія чавуну. – Маріуполь, 2006. – 146 с.

Розглянуто основні відомості про виникнення, становлення та розвиток доменного виробництва, основи теорії та технології металургії чавуну. Надано загальну характеристику залізних руд. Представлено основи підготовки за-лізорудної сировини до доменної плавки. Особливу увагу приділено сучасній технології доменної плавки і методам її інтенсифікації, перспективам розвитку доменного виробництва.

70. Самотугин С.С., Лещинский Л.К. Плазменное упрочнение инструментальных материалов. – Донецк, 2002. – 338 с.

Рассматриваются механизмы фазовых и структурных превращений в инструментальных материалах (сталях, сплавах, наплавленном металле) при поверхностном упрочнении высококонцентрированной плазменной струей и их влияние на достигаемый уровень эксплуатационных свойств – твердости, теплостойкости, вязкости разруше-ния.

71. Седуш В.Я. Надежность, ремонт и монтаж металлургических машин. Учебник. – 3-е изд., перераб. и доп. – К., 1992. – 368 с.

Изложены вопросы монтажа, ремонта, надежности, износа и смазки металлургического оборудования, рас-смотрены методики определения монтажных усилий, разработки режимов ремонтов и профилактик, даны клас-сификации способов и методов технического обслуживания машин.

72. Седуш В.Я. Надійність, ремонт і монтаж металургійних машин. Підручник. – 4-е вид., перероб. і доп. – До-нецьк, 2007. – 379 с.

Викладені питання монтажу, ремонту, надійності та змазування металургійного обладнання, розглянуті мето-дики визначення монтажних сил, розробки режимів ремонтів і профілактик, наведені класифікації засобів та ме-тодів технічного обслуговування машин.

73. Седуш С.В. Расчет и конструирование гидравлических инструментов. – Донецк, 2004. – 152 с. Изложены вопросы расчета и конструирования гидравлических инструментов для механо-монтажных работ, рассмотрены методы определения монтажных сил и выбора рациональных инструментов для сборки (разборки) резьбовых и неподвижных соединений, подшипниковых узлов, изложены конструктивные особенности гидроклю-чей, гайковертов, съемников, домкратов и др. инструментов.

74. Семакова В.Б., Руських В.П. Теорія та технологія використання вторинних ресурсів у аглодоменному вироб-ництві. – Маріуполь, 2005. – 105 с.

Розглянуті основні відомості про безвідходні технології, одним із шляхів наближення до яких є утилізація відходів промислових виробництв. Надано класифікацію вторинних матеріальних ресурсів чорної металургії. Особливу ува-гу приділено методам підготовки до утилізації шламів, обумовлених їхніми фізико-хімічними характеристиками. Розглянуто можливості використання в доменній та агломераційній шихті шлаків металургійного виробництва.

75. Сопротивление материалов на кухне, в быту и технике: популяризация учебной дисциплины "Сопротив-ление материалов" / Ф.Л. Шевченко. – Донецк, 2007. – 107 с.

Приведены примеры использования основ сопротивления материалов в разных случаях быта, развязки некоторых технических вопросов и даже серьезных технических проблем.

76. Сидоров В.А., Сотников А.Л. Эксплуатация подшипников качения. – Донецк, 2014. – 175 с. Рассмотрен ряд основных вопросов, связанных с эксплуатацией подшипников качения, что явилось обобщением опыта работы на промышленных предприятиях. Рассмотрены вопросы входного контроля, сборки и разборки подшипников. Выполнен анализ задач, возникающих при использовании пластичных и жидких смазочных материа-

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ИНФОРМАЦИЯ



лов. Приведены общие правила ухода и надзора за подшипниками качения, включая вопросы технического диагно-стирования. Предложена классификация повреждений подшипников качения для решения задач генезиса и опреде-ления причин неисправностей промышленного оборудования на основании визуального осмотра деталей подшип-ников. Установлены основные причины повреждений подшипников при нарушении их смазывания.

77. Сударев В.П., Харлашин П.С. Прикладные задачи теории вероятностей и математической статистики. Учеб-ное пособие. – Мариуполь, 2006. – 434 с.

Рассматриваются основные вопросы теории вероятностей и математической статистики, встречающиеся при решении практических производственных задач, обработке опытных данных и определении их точности и на-дежности. Рассмотрены вопросы теории приближенных вычислений и элементы теории ошибок.

78. Сударев В.П., Харлашин П.С. Статистические методы и контроль качества металлопродукции. Учебное по-собие. – Мариуполь, 2007. – 338 с.

Освещены основные теоретические положения статистических методов исследования и методология их практи-ческого использования в производстве качественной металлургической продукции.

79. Тарасов В.П., Тарасов П.В. Теория и технология доменной плавки. – М., 2007. – 384 с. Приведены сведения по теории и технологии доменной плавки с учетом последних теоретических и эксперимен-тальных исследований в области металлургии чугуна. Определены порозность шихты и массовые потоки печных газов, а также потери их напора по концентрическим сечениям доменной печи. Впервые обоснованно подтвер-ждено количественное и качественное распределение шихты и газовых потоков по окружности и радиусу печи.

80. Теоретические основы современных сталеплавильных процессов. Учебное пособие / П.С. Харлашин, Т.М. Чаудри. – Мариуполь, 2008. – 306 с.

Освещены теоретические основы металлургии стали. Изложены теории строения жидких шлаков сталеплавиль-ного производства и расплавов на основе железа. Описаны явления на поверхностях раздела фаз. Приведены по-следние данные по термодинамике и кинетике важнейших процессов, протекающих в сталеплавильных ваннах, а также примеры аналитических расчетов и экспериментальных определений свойств и состояния металлургиче-ских систем.

81. Теория горения и химико-термической переработки топлива. Учебное пособие / В.А. Маслов. – Мариуполь, 2007. – 237 с.

Рассмотрен комплекс вопросов, связанных с теорией горения и химико-термической переработки топлива: основ-ные принципы сжигания газообразного, жидкого и твердого топлива, особые случаи сжигания, а также вопросы химико-термической переработки топлива: вопросы образования вредных примесей и методы их сжигания.

82. Теория и практика подготовки металлургического кокса к доменной плавке. Монография / В.Г. Гусак, А.М. Кузнецов, А.В. Емченко и др. – К., 2011. – 216 с.

Дан анализ и обобщены исследования и разработки за последние 10 лет в области совершенствования подготовки и использования металлургического кокса в доменной плавке. Представлены аналитическая оценка влияния подго-товки кокса к плавке на его порозность, средний размер фракций и др., предварительного смешивания железоруд-ной части шихты с коксовым орешком на производительность доменной печи, расход кокса, ход восстановления оксидов железа, эффективность плавки. Рассмотрены схемы современной подготовки кокса к доменной плавке.

83. Теория и практика современных окислительных процессов (термодинамика и кинетика) / П.С. Харлашин, М.А. Григорьева, Т.Г. Сабирзянов и др. – Мариуполь, 2008. – 468 с.

Рассматривается физико-химическая природа процессов, протекающих в сталеплавильных агрегатах. Изложена квазиполикристаллическая теория расплавов и рассмотрены её положения к расчету металлургических равнове-сий с участием жидких металлов и шлаков. Приведены результаты лабораторных и полупромышленных исследо-ваний, обобщены многочисленные данные, приводимые в периодической литературе.

84. Тепломассообмен. Учебное пособие. Ч.2 / Л.И. Хииш. – Мариуполь, 2008. – 123 с. Рассматриваются методические вопросы и примеры решения задач тепломассообмена.

85. Термическая обработка рельсов с нагрева токами высокой частоты (ТВЧ) / Д.В. Сталинский, Д.К. Нестеров, А.С. Рудюк, В.Е. Сапожников. – Х., 2009. – 395 с.

Рассмотрено современное состояние и перспективы повышения качества рельсов. Изложены основные проблемы промышленной технологии термической обработки рельсов с применением скоростного индукционного нагрева токами высокой частоты (ТВЧ), являющегося одним из наиболее эффективных методов повышения прочности рельсов. Приведены результаты исследований свойств и показателей конструкционной прочности металла зака-ленных рельсов с нагрева ТВЧ. Показаны перспективные технологии термоупрочнения рельсов, а также пути ре-шения проблемы повышения эксплуатационной стойкости рельсов.

86. Термодинамика металлургических расплавов / Т.Г. Сабирзянов, В.И. Бондарь, Т.М. Чаудри и др. – Мариуполь, 2004. – 264 с.

Изложена квазиполикристаллическая теория металлургических расплавов и рассмотрены ее приложения к расче-ту металлургических равновесий с участием жидких металлов и шлаков.

87. Техническая диагностика механического оборудования / В.А. Сидоров, В.М. Кравченко, В.Я. Седуш, Е.В. Ошовская. – Донецк, 2003. – 125 с.

Рассмотрены методы и средства технического диагностирования механического оборудования. 88. Технічна діагностика механічного обладнання. Навчальний посібник / В.А. Сидоров, В.М. Кравченко, В.Я. Седуш, О.В. Ошовська. – Донецк, 2010. – 131 с.

Розглянуто методи оцінки технічного стану механічного обладнання: завдання, методи технічного діагностування та прийоми діагностування елементів механізмів.

89. Технология прокатного производства в примерах и расчетах. Ч.1. Производство заготовок / И.А. Сердюк. – Мариуполь, 2003. – 233 с.

Представлены примеры расчетов калибровки блюмов, слябов и заготовок.

ИНФОРМАЦИЯ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



90. Технология прокатного производства в примерах и расчетах. Ч.2. Производство сортового проката / И.А. Сердюк, А.И. Сердюк, В.Н. Куркчи, В.Г. Савченко. – Мариуполь, 2006. – 367 с.

Представлены примеры расчетов сортового проката. 91. Технологічні основи автоматичного керування аглодоменним виробництвом / В.П. Руських, С.В. Кривенко, О.В. Кривенко, В.Б. Семакова. – Маріуполь, 2008. – 150 с.

Представлено технологічні основи автоматизації аглодоменного виробництва. Надано характеристику процесів з точки зору управління ними. Розглянуті способи та системи керування основними технологічними циклами, авто-матизації виробництва окатишів. Особливу увагу приділено алгоритмам керування.

92. Топливосжигающие и теплогенерирующие устройства / В.А. Маслов. – Мариуполь, 2002. – 224 с. Рассмотрены основные устройства для сжигания различных видов топлива и генерации тепла в печной тепло-технике; описаны конструкции горелок широко используемых в промышленности; изложены методы и приведены примеры расчета газовых горелок и мазутных форсунок; даны основные рекомендации по выбору горелок для раз-личных видов печных агрегатов.

93. Тэттэр В.Ю. Вибродиагностика роторных механических узлов подвижного состава железных дорог. – Омск, 2011. – 120 с.

Рассматриваются вопросы диагностирования железнодорожной техники. Приведены основные понятия, терми-ны, обзор методов и средств диагностирования, а также особенности диагностирования узлов подвижного со-става. Предложены виртуальные эталоны дефектов и новый подход к расчету экономической эффективности диагностического оборудования.

94. Харлашин П.С. Фізична хімія. Навчальний посібник / П.С. Харлашин, В.І. Бондарь. – 2-е вид., перероб. і доп. – Маріуполь, 2008. – 309 с.

Викладені основи фізичної хімії – закони хімічної термодинаміки і термохімії, уявлення про теплоємність, хімічні і фазові рівноваги, деякі положення теорії розчинів, електрохімія, кінетика гомогенних, гетерогенних і ланцюгових реакцій, поверхневі явища і адсорбція. У посібнику крім теоретичного матеріалу наведені питання і задачі для са-мостійного рішення, призначенні для активного вивчення матеріалу і розвитку навичок самостійної роботи.

95. Харлашин П.С., Гугля В.Г., Бондарь В.И. Физическая химия (теория, примеры, задачи). Учебник. – Мариу-поль, 2009. – 617 с.

Изложены основы физической химии – законы химической термодинамики и термохимии, представления о тепло-ёмкости, химические и фазовые равновесия, некоторые положения теории растворов, электрохимия, кинетика гомогенных, гетерогенных и цепных реакций, поверхностные явления и адсорбция.

96. Хлестов В.М., Дорожко Г.К. Превращение деформированного аустенита в стали. Монография. – Мариуполь, 2002. – 407 с.

Приведены разносторонние исследования влияния горячей пластической деформации на кинетику фазовых пре-вращений аустенита сталей различного химического состава. Выявлены связи кинетики превращений деформиро-ванного аустенита с микроструктурой сталей и их механическими свойствами.

97. Чейлях А.П. Экономнолегированные метастабильные сплавы и упрочняющие технологии. – Мариуполь, 2009. – 483 с.

Рассмотрены научные основы создания и упрочнения экономнолегированных метастабильных сплавов различных структурных классов и функционального назначения. Проанализированы физико-химические факторы и механиз-мы, предложены принципы и способы формирования метастабильных состояний в сталях и чугунах, обеспечи-вающие реализацию деформационных и термо-деформационных фазовых превращений (мартенситных, выделения избыточных фаз) в процессе испытаний и эксплуатации.

98. Ченцов Н.А. Организация, управление и автоматизация ремонтной службы. Учебник / Под ред. В.Я. Седуша. – Донецк, 2007. – 258 с.

Рассмотрены подходы к описанию структуры и содержания комплекса оборудования в масштабе предприятия. Выполнен анализ характера изменения технического состояния оборудования и прогнозирования сроков его отка-за. Освещены структура и системы ремонтной службы металлургического предприятия, рассмотрены вопросы ее автоматизации.

99. Шевченко Ф.Л. Динамика упругих стержневых систем. Учебное пособие. – Донецк, 1999. – 268 с. Излагается теория динамического расчета на прочность стержневых систем с распределенными и сосредото-ченными параметрами. Приводится вывод дифференциальных зависимостей, позволяющих находить весовую функцию в случае систем с распределенными параметрами и дискретными массами, когда собственные функции являются ортогональными с весом. Приводятся формулы для вычисления квадрата нормы собственных функций, что позволяет относительно просто находить аналитические решения динамических задач методом Фурье при любых условиях загруженности.

100. Ярошевский С.Л. Пылеугольное топливо – реальная и эффективная альтернатива природному газу в ме-таллургии. – Донецк, 2006. – 16 с.

Рассмотрены в масштабах Украины вопросы разработки, поставки и стоимости специального оборудования, ре-сурсов угля для приготовления пылеугольного топлива, технологии доменной плавки и ее эффективности, окупае-мости необходимых на обеспечение пылевдувания капитальных вложений.

101. Ярошевский С.Л., Кузнецов А.М., Афанасьева З.К. Резервы эффективности комбинированного дутья в до-менных цехах Украины. – Донецк, 2006. – 31 с.

На примере отечественной и зарубежной практики рассмотрен вопрос использования дополнительных видов то-плива при выплавке чугуна в доменных печах.

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ИНФОРМАЦИЯ



ТРЕБОВАНИЯ К СТАТЬЯМ, НАПРАВЛЯЕМЫМ В РЕДАКЦИЮ

1. Основной текст статьи должен содержать такие не-обходимые элементы, выделенные заголовками, как:

– постановка проблемы в обобщенном виде и ее связь с важными научными или практическими задачами;

– анализ последних исследований и публикаций, в которых начато решение данной проблемы и на которые опираются авторы, выделение нерешенных ранее частей общей проблемы, которым посвящена данная статья;

– формулировка цели (задачи) исследования; – изложение основного материала исследования с

полным обоснованием полученных научных результатов; – выводы по данному исследованию и перспективы

дальнейшего развития данного направления. 2. Статья, основной текст вместе с рисунками и др. не-

текстовыми элементами, должна быть объемом 5…8 пол-ных страниц формата А4 (210×297 мм) с полями 20 мм с каждой стороны. Рукопись статьи необходимо оформлять с помощью редактора MS Word. Шрифт – Times New Roman, 12 пт, стиль – обычный. Межстрочный интервал – одинар-ный. Расстановка переносов – автоматическая. Выравнива-ние – по ширине страницы. Страницы не нумеровать.

3. Структура статьи (каждый элемент с новой строки): код УДК; инициалы и фамилии авторов с указанием ученой степени каждого (количество авторов не более 3-х от одной организации); название организации, город, страна, где работают авторы; название статьи; аннотация (объемом не более 300 символов); ключевые слова (от 3 до 5); основной текст статьи; список литературы. Сокращение слов в тек-сте, рисунках и таблицах не допускается.

Инициалы и фамилии авторов, ученые степени, орга-низации, города, страны, название, аннотация статьи и ключевые слова приводятся на украинском и английском языках в конце статьи, после списка литературы.

Названия и аннотации статьи на русском и украинском языках должны быть полностью аутентичны. В аннотации сжато излагается формулировка задачи, которая решена в статье, и приводятся полученные основные результаты.

Аннотация на английском языке должна представлять собой резюме, призванное выполнять функцию независи-мого от статьи источника информации. Резюме должно быть информативным (не содержать общих слов), ориги-нальным (не являться калькой аннотации на других язы-ках), содержательным (отражать основное содержание ста-тьи и результаты исследований), структурированным (сле-довать логике описания результатов в статье), компактным, но не коротким (объемом от 250 до 300 слов). Типичная структура резюме: состояние вопроса (Background); мате-риалы и/или методы исследования (Materials and/or meth-ods); результаты (Results); заключение (Conclusion).

Внимание! Убедительная просьба не разбивать текст на колонки, как это сделано в журнале, т.к. это усложняет редакторскую обработку статьи!

4. Обязательным условием является наличие в статье графического материала (рисунков, графиков, схем, фото-графий), размером не менее 80×80 мм, в формате *.tif или *.jpg, разрешением не менее 300 dpi. Графический матери-ал внедренными объектами размещается по тексту после первого упоминания, не разрывая текста абзаца. Все пози-ции, обозначенные на рисунках, должны быть объяснены в тексте. Под каждым рисунком указывается его порядковый номер и название (выравнивание по центру страницы, без точки в конце). Рисунки должны иметь один интервал (пус-тую строку) сверху и снизу.

Внимание! Запрещается внедрять графические мате-риалы в виде объектов связанных с др. программами, на-пример, с КОМПАС, MS Excel и т.п. Рисунки, выполнен-

ные непосредственно в MS Word не принимаются. 5. Математические формулы необходимо выполнять с

помощью редактора формул MS Equation Editor 3.0 в со-ответствии со следующими размерами: обычный символ – 11 пт; крупный индекс – 7 пт; мелкий индекс – 5 пт; круп-ный символ – 13 пт; мелкий символ – 8 пт.

Все величины, входящие в формулы, должны быть объяснены в тексте. Формулы должны иметь один интервал (пустую строку) сверху и снизу. Формулы выполняются курсивом, кроме цифр и символов греческого алфавита. Формулы нумеруются (справа в круглых скобках, не отсту-пая от формулы) только в том случае, если в тексте на них имеются ссылки.

Внимание! Количество формул в статье не более 5. Запрещается выполнять формулы с помощью MathCAD или др. аналогичных программ.

6. Таблицы должны иметь порядковый номер и назва-ние (выравнивание по центру страницы, без точки в конце) и располагаться по тексту после первого упоминания, не разрывая текста абзаца. Таблицы должны иметь один ин-тервал (пустую строку) сверху и снизу.

7. Обязательным условием является наличие в статье списка литературы, который приводится после выводов через один интервал (пустую строку) под заголовком Спи-сок литературы. Перечень ссылок должен быть составлен в порядке упоминания в тексте. Ссылки на литературу по тексту заключаются в квадратные скобки. В списке литера-туры должно быть не менее 3-х публикаций вышедших за последние 5 лет, а также не менее 3-х зарубежных (англоя-зычных) публикаций.

Список литературы использованной в статье должен также быть представлен в романском алфавите отдельным элементом статьи под заголовком References повторяя спи-сок литературы на языке оригинала. Правила и примеры оформления ссылок в романском алфавите см. на Интернет-сайте журнала – http://metal.donntu.edu.ua/dl/links.pdf

8. На Интернет-сайте журнала также можно загрузить шаблон статьи – http://metal.donntu.edu.ua/dl/example.doc

Для принятия решения о публикации статьи в жур-

нале в адрес редакции необходимо выслать: – сопроводительное письмо (с указанием, что статья

ранее нигде не публиковалась) от организации, где работа-ют авторы и сведения об авторах статьи;

– электронный вариант статьи (имя файла составляется из фамилий авторов, например, ИвановПетров.doc) и све-дений об авторах (имя файла – ИвановПетров_sved.doc).

В сведениях об авторах для каждого соавтора обяза-тельно должен быть указан адрес персональной эл. почты.

Для ускорения подготовки очередных номеров журна-ла, просьба передавать сопроводительное письмо в отска-нированном виде, электронный вариант статьи и сведения об авторах по эл. почте на адрес: [email protected].

Внимание! Убедительная просьба, проверить получе-ние редакцией материалов любым из способов (по телефо-ну +380 (66) 029-44-30 или эл. почте [email protected]).

Редакция оставляет за собой право возвращать ста-тьи авторам на доработку в следующих случаях: статья небрежно оформлена и не соответствует требованиям ре-дакции, приведенным выше; статья требует доработки в соответствии с замечаниями рецензента и редакторов; от-сутствует сопроводительное письмо от организации, где работают авторы или сведения об авторах.

Требования к рекламно-информационным мате-риалам, публикация которых оплачивается, согласовы-ваются непосредственно с редакцией.

ИНФОРМАЦИЯ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •



ОБ ИЗДАНИИ

"Металлургические процессы и оборудование" – Международный специализированный научно-техниче-ский и производственный журнал посвященный таким вопросам, как:

– состояние и перспективы развития горно-метал-лургической и металлургической промышленности;

– научные разработки в области металлов и сплавов и изделий из них, новых процессов;

– проектирование и производство современного вы-сокопроизводительного и безопасного промышленного (металлургического) оборудования;

– реконструкция и модернизация действующего оборудования, энергосбережение и утилизация отходов промышленных предприятий;

– обслуживание, диагностирование, ремонт и вос-становление оборудования с применением современных технологий и материалов;

– организация производства и управление фондами промышленного предприятия, повышение производи-тельности и качества продукции.

На страницах журнала публикуются научно-техни-ческие статьи прикладного характера, обзоры рынков оборудования и сервисных услуг, информация о конфе-ренциях, семинарах и выставках; освещается деятель-ность ведущих научно-исследовательских и проектных институтов, промышленных предприятий и коммерче-ских организаций.

Журнал оказывает информационную поддержку в продвижении на рынок конкурентоспособной продук-ции, проектов, научно-технических разработок и высо-ких технологий в области металлургических процессов и оборудования.

Журнал издается с мая 2005 г. Периодичность изда-ния 4 номера в год. Распространяется по Украине, Рос-сии и др. странам СНГ в течении года по подписке и целевой рассылкой. Оказывает информационную под-держку и принимает участие в Международных отрас-левых конференциях и выставках.

Редакция журнала приглашает к сотрудничеству ав-торов статей и специалистов, пишущих о современном состоянии горно-металлургической отрасли СНГ и мира, а также научно-исследовательские и проектные инсти-туты, промышленные предприятия и коммерческие ор-ганизации, представляющие отрасль применительно к тематике журнала.

Тематика журнала по рубрикам

1. Технологии и производство – новые металлы и сплавы и изделия из них, новые

металлургические процессы; – применяемое оборудование и особенности произ-

водства чугуна, стали, проката, кокса и т.д.; – применяемое оборудование и особенности техно-

логии непрерывной разливки стали; – качество продукции и производительность; – энергоэффективность и безопасность технологи-

ческих процессов. 2. Оборудование – новое высокопроизводительное оборудование; – реконструкция и модернизация действующего

оборудования; – автоматизация и механизация производства;

– надежность и долговечность оборудования; – защита и безопасность оборудования и обслужи-

вающего персонала; – энергосбережение; – инструмент и оснастка; – металлоконструкции, узлы и механизмы; – промышленная автоматика и контрольно-измери-

тельная аппаратура; – электро- и гидропривод; – грузоподъемное оборудование; – проектирование и расчет механизмов и машин; – исследование и моделирование процессов и обо-

рудования; – эксплуатационные и смазочные материалы; – монтаж, ремонт и восстановление оборудования:

технологии и материалы; – техническая диагностика и неразрушающий кон-

троль; – качество ремонта и восстановления оборудования. 3. Вибрация машин: измерение, снижение, заши-

та 4. Технический менеджмент – управление главного энергетика; – управление главного механика; – ремонтная служба; – обслуживание и эксплуатация промышленного

(технологического) оборудования; – организация работ и компьютеризация служб про-

мышленного предприятия; – подготовка данных для производства и управления

предприятием; – охрана труда и техника безопасности; – обучение, подготовка специалистов и повышение

квалификации.

Размещение информации в журнале

– Научно-технические и производственные статьи, отзывы на статьи и пресс-релизы в разделе "Новости отрасли", одобренные редакционным советом, публи-куются бесплатно.

– Стоимость публикации статей на правах рекламы – 50 % от стоимости рекламной площади.

– Подписчикам журнала предоставляется скидка 5 % на размещение рекламной информации.

– При размещении баннера журнала на Интернет-сайте рекламодателя на срок не менее года, предостав-ляется скидка 5 % на размещение рекламной информа-ции.

– При заключении годового контракта на размеще-ние рекламной информации предоставляется скидка 10 %, независимо от объема размещаемой информации.

– Участникам отраслевых выставок в текущем году, проводимых СВЦ "Эксподонбасс" (Донецк, Украина), предоставляется скидка 10 % на размещение рекламной информации.

– Высшим учебным заведениям, академическим ин-ститутам и рекламодателям 2005…2013 г.г. предостав-ляется скидка 5 % на размещение рекламной информа-ции.

– Дополнительную информацию (по стоимости раз-мещения рекламной информации и по требованиям к ней) можно получить в редакции журнала.

Металлургические процессы и оборудование. 2014. №2(36)

Documents