«МГТУ им. Н.Э.Баумана ЦЕНТР ДОВУЗОВСКОЙ ПОДГОТОВКИ ШАГ В БУДУЩЕЕ, МОСКВА НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ СОРЕВНОВАНИЕ МОЛОДЫХ ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙ ШАГ В БУДУЩЕЕ, МОСКВА СБОРНИК ЛУЧШИХ РАБОТ Москва 2013 УДК 004, 005, 51, 53, 62 ББК 22, ...»

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ Н.Э. БАУМАНА

вки

дгото

ой по

овск

овуз

рд

Цент

МГТУ им. Н.Э.Баумана

ЦЕНТР ДОВУЗОВСКОЙ ПОДГОТОВКИ

«ШАГ В БУДУЩЕЕ, МОСКВА»

НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

СОРЕВНОВАНИЕ

МОЛОДЫХ ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙ

«ШАГ В БУДУЩЕЕ, МОСКВА»

СБОРНИК

ЛУЧШИХ РАБОТ

Москва УДК 004, 005, 51, 53, ББК 22, 30, 31, 32, Научно-образовательное соревнование молодых исследователей «Шаг Н34 в будущее, Москва»: Сборник лучших работ, в 2-х т.– М. : МГТУ им. Н.Э.

Баумана, 2013. - 298[2] c.: ил.

ISBN 978-5-7038-3765- ISBN 978-5-7038-3792-4 (Т. 1) При поддержке Департамента образования города Москвы в рамках Субсидии о социальном обслуживании населения города Москвы в части предоставления образовательных услуг в интересах города Москвы.

В сборник включены лучшие статьи Научно-образовательного соревнования молодых исследователей «Шаг в будущее, Москва», подготовленные школьниками в рамках конкурса проектных работ, проведенного в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Основные направления конкурса:

машиностроение, информатика, информационная безопасность, приборостроение, биомедицинские технические системы и медико-технические информационные технологии, радиоопто-электроника, фундаментальные науки, энергетика, экология, автоматизация, робототехника, инженерный бизнес и менеджмент, образовательно-реабилитационные технологии.

УДК 004, 005, 51, 53, ББК 22, 30, 31, 32, Все материалы сборника публикуются в авторской редакции.

ISBN 978-5-7038-3765- ISBN 978-5-7038-3792-4 (Т. 1) МГТУ им. Н.Э. Баумана,

ДОРОГИЕ ДРУЗЬЯ!

Вы держите в руках сборник, в который вошли лучшие статьи участников Научнообразовательного соревнования молодых исследователей «Шаг в будущее, Москва», проходившего 18-21 марта 2013 года в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Статьи подготовлены школьниками в рамках конкурса проектных работ и публикуются в авторской редакции.

Основной задачей научно-образовательного соревнования «Шаг в будущее, Москва» является выявление и вовлечение в научно-исследовательскую работу, в сферу инженерного творчества учащихся образовательных учреждений, организация сотрудничества исследователей и ученых разных поколений, создание специальных условий в стенах МГТУ им. Н.Э. Баумана для воспитания профессиональноориентированной, склонной к научной работе молодежи, осуществление комплексного подхода к оценке интеллектуального и творческого потенциала будущего студента. «Шаг в будущее, Москва» является уникальным методом профессиональной подготовки, которая осуществляется круглогодично в научно-исследовательских лабораториях школьников, созданных на базе кафедр Университета и ведущих предприятий Москвы, и индивидуально с преподавателями МГТУ им. Н.Э. Баумана, которые выступают в качестве научных руководителей в течение одного, двух и более лет.

Результатом такой подготовки становится научно-исследовательская работа, оформленная в соответствии с требованиями, соизмеримыми с требованиями на курсовые работы и отчеты по НИР, и представляемая для публичной защиты на научных секциях конференции, которые проводятся на кафедрах МГТУ им. Н.Э. Баумана при участии ведущих преподавателей, ученых и специалистов. Научными направлениями конференции являются: Машиностроительные технологии; Информатика и системы управления; Радио-опто-электроника; Биомедицинская техника; Специальное машиностроение, Энергетика и экология, Автоматизация, робототехника и механика;

Инженерный бизнес и менеджмент; Фундаментальные науки; Образовательнореабилитационные технологии.

В рамках ежегодного научно-образовательного соревнования проводится:

Выставка-конкурс программных разработок, которая за многие годы своего существования стала традиционным смотром достижений школьников, увлеченных захватывающим процессом создания компьютерных программ, и доказала свою состоятельность оригинальностью и новизной программных продуктов, участвовавших в Выставке и использовавшихся в дальнейшем в научных работах, учебном процессе, коммерческой реализации. Также проводились региональные и окружные научные конференции, экскурсии на ведущие предприятия Москвы и в музей МГТУ им. Н.Э.

Баумана, научно-методические совещания и семинары для профессиональных работников, другие интеллектуальные и творческие мероприятия.

Благодаря научно-образовательной и профессионально-ориентированной подготовке на базе научно-исследовательской работы молодежи в стенах МГТУ им. Н.Э.

Баумана, наша страна получает целеустремленных и энергичных молодых специалистов, способных создавать высокие технологии, новую технику, проводить фундаментальные научные разработки.

Научно-образовательное соревнование «Шаг в будущее, Москва» носит не только научный, образовательный и социальный характер, но представляет собой соревнование, на котором выбираются победители в различных номинациях. Всем участникам вручаются свидетельства участника научно-образовательного соревнования. Победители на торжественном закрытии награждаются дипломами и ценными подарками от МГТУ им. Н.Э. Баумана, промышленных предприятий и спонсоров.

Такая система непрерывных профессиональных образовательных технологий «школа-вуз» направлена на решение проблем, стоящих перед системой образования:

устойчивая мотивация к приобретению профессиональных знаний в выбранной области, основанная на практической деятельности под руководством преподавателей ранняя активная и осознанная профессиональная ориентация;

развитие сопровождающей научно-исследовательской и профессиональной подготовки в общеобразовательных учреждениях;

разработка новых методик и новых обучающих технологий для развития современного образования.

В рамках мероприятий Центра довузовской подготовки проводится цикл научнометодических семинаров «Инженер – профессия творческая» для учителей, профессиональных работников, преподавателей, заместителей директоров образовательных учреждений по научной работе, представителей органов управления образованием и других заинтересованных лиц, занимающихся организацией научноисследовательской деятельности молодежи.

Организаторы программы и составители данного сборника надеются, что такая форма работы заинтересует учителей и преподавателей учебных заведений Москвы и Московской области и поможет успешному развитию творческих возможностей довузовской молодежи в сфере научно-технической деятельности.

СОДЕРЖАНИЕ:

Артамонов М.Д., Алимов А.И.

Исследование формоизменения заготовки в процессе ее прошивки пустотелым Белозор В.Е., Волков С.С.

Тепловые процессы при сварке трением вращающимся инструментом пластмасс Генералова В.А., Шевченко С.Ю.

Исследование микроструктуры тиксозаготовок из литейного алюминиевого Гмызина М.А., Панфилов Ю.В., Тушенцова Е.Н.

Исследование антидиффузионного покрытия Ti в термоэлектрических модулях Данько А.М., Брылев А.В.

Оптимизация выбора свёрл для обработки гладких цилиндрических отверстий разного диаметра по критерию минимального времени обработки Ильина В.В., Смирнова Н.А.

Упрочнение поверхности заготовки из конструкционной стали 40Х излучением Комкова О.Е, Терехова Н.Ю.

Мельников А.И., Мандрик А.А.

Исследование вентиляционных систем пресс-форм для литья пластмасс под Росляков А.В., Комкова Т.Ю.

Исследование процесса производства полых анкерных свай с наружной резьбой Тялина Д.А., Мельников Э.Л.

Разработка безызносных узлов машин и механизмов ХХI века на основе Евтухов А.А., Андреев А.М.

Подсистема автоматического слежения за транспортными средствами Кайзер Г.О., Рогова Е.А.

Интеллектуальный акватеррариум для красноухой черепахи Кобызев В.С., Ревунков Г.И.

Лавренова Е.А.

Создание корпоративной информационно-аналитической системы для управления Нечаев А.А., Ковалева Н.А.

Сафаров М.А., Яшин Е.В.; Аитов И.Л.

Многофункциональный прибор для демонстрации и изучения электрических Спасенкин Е.А., Аристов Б.К.

Использование машинного зрения для управления компьютером Беляков И.А., Бонч-Бруевич А. М.

Васильева А.И., Бонч-Бруевич А.М.

Оценка чувствительности MEMS-акселерометра, входящего в состав отладочного Каллистова Н.Д., Матвеев В.А.

Панкова Е.М., Федоров А.К., Аносов В.Д.

Математическое моделирование квантового распределения ключа при шифровании Царева М.А., Басараб М.А.

Применение генераторов случайных чисел на основе хаотических алгоритмов в Сигалева П.Н., Лаптева Т.Н.

Андроняк А.П., Мыкольников Я.В.

Бушунов А.А., Аникьев А.А.

Русинова К.Э., Одиноков С.Б.

Мультигигабайтный голографический диcк с оптической системой памяти Синавчиан В.С., Синавчиан С.Н.

Гаврилов Г.Е., Кудашов И.А.

Разработка универсальной электродной системы для проведения импедансных Новокшонов А.А., Петрук В.И.

Исследование биометрической аутентификации по 3D-изображению лица _ СЕКЦИЯ I. Машиностроительные технологии Исследование формоизменения заготовки в процессе ее Исследование формоизменения материалов имеет большое значение в наше время. Во-первых, исследуя формоизменения, можно ответить на многие вопросы, например: какие размеры будут у тела после окончания деформирования; какова будет температура тела и т.д., не применяя каких-либо физических воздействий над телом. Во-вторых, эти исследования являются главным этапом при создании нового изделия. С появлением ЭВМ этот процесс стал на много проще. Сейчас всевозможные вычисления и исследования, которые до появления ЭВМ выполнялись человеком, выполняют разные компьютерные программы. Я провел исследования процесса прошивки полым прошивнем в одной из таких программ – QForm.

Сборник лучших работ Также я рассмотрел основные виды обработки металлов давлением и основные кузнечные операции.

процесс прошивки пустотелым прошивнем методом конечных экспериментальными данными. А задачи, которые я поставил перед собой – это изучить процесс прошивки полым прошивнем; изучить стадийность процесса прошивки полым прошивнем; исследовать прошивку полым прошивнем с помощью компьютерной программы QForm и провести анализ полученных данных.

Я считаю, что моделирование с помощью компьютерных программ весьма актуально в наше время и позволяет снизить затраты на исследование и проектирование различных процессов обработки металлов.

Прошивка – основная операция ковки, посредством которой в заготовке получают отверстие (сквозная прошивка) или углубление (несквозная прошивка). Прошивка осуществляется с помощью поперечного сечения прошивня принимается в соответствии с формой отверстия или углубления, которое необходимо сделать в заготовке. Обычно это круг. С помощью прошивки полым изготавливают толстостенные трубы.

_ Я ознакомился со статьей доктора технических наук А.Л.

«Кузнечно-штамповочное производство». В этой статье выполнен теоретический анализ прошивки полым прошивнем и приведены примеры заготовок с размерами, над которыми и проводились исследования. Всего примеров эксперимента в статье было десять.

Эксперименты Воронцова производились на обезжиренных заготовках из свинца, мои же исследования проводились на материале, близком по свойствам к свинцу. Также я подобрал подходящим фактором трения для каждой и вычислением среднего арифметического из них. При таком факторе трения получились минимальные различия по внешним параметрам (рис. 1).

Далее я сравнил полученные мною результаты с результатами из статьи:

максимальный диаметр поковки (D) (рис. 2), расчетный диаметр и диаметр при моделировании (рис. 3), расчетную высоту и высоту при моделировании (рис. 5), высоту стержня (hст) (рис. 6), моделировании (рис. 7), относительную удельную силу (q п.п.) (рис. 8), Сборник лучших работ моделировании (рис. 9).

Рис. 1. Результаты эксперимента: слева - в каждой ячейке Рис. 2. Максимальный диаметр поковки: D экс — диаметр поковки, полученной экспериментом, D мод — диаметр поковки, полученной моделированием, D расч. — диаметр поковки, полученной в результате теоритических вычислений А.Л. Воронцовым.

_ Рис. 3. График сравнения ошибки расчетного диаметра и диаметра при моделировании (), %.

Рис. 4. Высота поковки (Н): H экс — высота поковки, полученной экспериментом, H мод — высота поковки, полученной моделированием, H расч — высота поковки, полученной в результате теоритических вычислений А.Л. Воронцовым.

Сборник лучших работ Рис. 5. График сравнения ошибки расчетной высоты и высоты Рис. 6. Высота стержня (hст):h ст э — высота стержня поковки, полученной экспериментом, h ст мод — высота стержня поковки, полученной моделированием, h cт расч— высота стержня поковки, полученной в результате теоретических вычислений А.Л. Воронцовым.

_ Рис. 7. График сравнения ошибки расчетной высоты стержня и высоты стержня при моделировании (), %.

Рис. 8. Относительная удельная сила (q п.п.): q п.п э — относительная удельная сила, полученная при эксперименте, q п.п мод — относительная удельная сила, полученная при моделировании, q п.п расч — относительная удельная сила, полученная в результате теоретических вычислений А.Л. Воронцовым.

Сборник лучших работ Рис. 9. График сравнения ошибки расчетной удельной силы и Судя по графикам можно сделать вывод, что:

• ошибка в определении максимального диаметра и высоты не превышает 15%, что укладывается в рамки инженерных моделировании, чем при расчетах и составляет примерно • ошибка относительной удельной силы при моделировании тоже выше и составляет 45,1% – 73,9%. Это также можно объяснить тем, что выбранная мною модель материала при моделировании по свойствам не похожа на материал, расчеты над которым проводил А.Л. Воронцов.

_ прошивнем методом конечных элементов, при помощи программы QForm. Полученные результаты сравнил с результатами из статьи А.Л. Воронцова, которые он получил, рассчитав теоретически. Я сравнил такие параметры, как максимальный диаметр поковки, максимальная высота поковки, высота стержня и относительная удельная сила при прошивке.

Я считаю, что моделирование, в отличие от расчетов и экспериментов, позволяет снизить затраты на исследование тех или проектирования деталей.

Литература:

1. Евсюков С.А. Основы технологии получения поковок;

2. Хензель А., Шпиттель Т. Расчет энергосиловых параметров в процессах обработки металлов давлением.

3. Журнал «Кузнечно-штамповочное производство».

Сборник лучших работ Сварка трением вращающимся инструментом представляет собой процесс образования неразъемного соединения без расплавления за счет нагрева пластмасс свариваемых кромок до пластического инструментом. Основной отличительной чертой процесса сварки трением вращающимся инструментом является то, что сварка проходит в твердой фазе, т.е. материал свариваемых пластмассовых изделий не плавится, а находится в вязкотекучем состоянии. Это дает процессу сварки трением вращающимся инструментом значительные преимущества по сравнению с традиционной сваркой плавлением:

возможность сварки трудносвариваемых материалов, таких как капролон, полиамид, фторопласт и на их основе композиционных материалов, в том числе и в различных их сочетаниях.

Сварка трением гигиенична (отсутствуют газовые выделения и лучеиспускания), процесс легко механизировать и автоматизировать, а _ механизированные и автоматизированные поточные линии.

закономерности процесса сварки трением, выявлены его главные параметры: скорость вращения, давления нагрева и проковки и время нагрева, а также характер их влияния на свойства получаемого сварного соединения.

Установлено, что в техническом и экономическом отношениях наиболее целесообразно и перспективно использовать сварку трением:

- при изготовлении деталей круглого сечения и ступенчатого по длине профиля;

- при сварке заготовок из разнородных материалов (обладающих несовпадающими теплофизическими характеристиками и вследствие этого плохо соединяющихся между собой с помощью других видов сварки);

- при изготовлении изделий из термопластов и полимерных композиционных материалов, спроектированных специально под сварку трением вращающимся инструментом.

Одной из проблем, связанных с промышленным применением процесса сварки трением вращающимся инструментом является его малая изученность и отсутствие четких рекомендаций по назначению режима сварки для данного конкретного материала, толщина изделия и сварного инструмента. В настоящее время подбор режимов сварки, как правило, осуществляется методом проб и ошибок, что требует Сборник лучших работ больших материальных и временных затрат и, кроме того, не позволяет определить оптимальные параметры процесса. В связи с этим предлагается определить оптимальные режимы сварки.

Для того чтобы измерить параметры сварки и фиксировать их, приспособление. После чего на этом приспособлении можно будет вести закономерности протекания процесса и на их основе выбирать конкретную задачу.

Для получения качественного сварного соединения необходимо знать процессы, происходящие в шве и факторы, влияющие на его наблюдение за швом в реальном времени, регистрировать измеряемые величины для последующего анализа.

следующим:

- толщина свариваемого металла – 2…4 мм;

-частота вращения инструмента – 800…1000 об/сек;

-скорость сварки – 150…250 мм/мин;

-осевое усилие – 800…1100 Кгс.

приспособлении, разработанном на кафедре «Технологии сварки и диагностики», с использованием модернизированного вертикального фрезерного станка. Сборочно-сварочное приспособление для сварки _ трением вращающимся инструментом состоит из следующих частиц (рис. 1).

Рис. 1. Схема сборочно-сварочного приспособления для сварки 1 – Нижняя плита (продольное перемещение) 2 – Центральная плита (поворотная) 3 – Верхние плиты (поперечное перемещение) 4 – Направляющие нижней плиты 5 – Опора для направляющих (4) 6 – Ось вращения поворотной плиты 7 – Направляющие для верхних плит 9 – Балки постоянного сопротивления 13 – Прижимы заготовок.

Сборник лучших работ Для проведения экспериментов в качестве материала образцов был выбран капролон. Экспериментальная пластина имела длину мм, ширину 90 мм и толщину 9 мм. Эксперименты проводились на одной пластине по типу наплавки валика. При этом сварка велась не на всю толщину пластины.

При проведении экспериментов сварка велась со скоростью мм/мин при скорости вращения инструмента 800 об/мин. Угол наклона инструмента относительно вертикальной оси составлял 2°. Глубина погружения не измерялась.

В процессе сварки температура пластины замерялась термопарой диаметром 0,5 мм (хромель-алюмель), зачеканенной на глубину 1 мм на верхней поверхности пластины в точке, расположенной на расстоянии 90 мм от начала шва в 15 мм от линии сварки на опережающей стороне шва.

асинхронным двигателем шпинделя станка, во время сварки измерялась сила тока в одной из фаз двигателя [1].

шпинделя станка равнялось 7 А. Считая, что КПД двигателя равен 0, и напряжение в трехфазной сети составляет 380 В, можно вычислить полезную мощность, потребляемую двигателем :

_ Стоит отметить, что полная мощность, потребляемая станком, и соответственно с учетом КПД вводимая в зону сварки при сварке трением складывается из двух составляющих:

– это скорость вращения инструмента;

поэтому мы им пренебрегаем и учитываем только мощность, потребляемую шпинделем станка.

комплексе «СВАРКА» разработанном в лаборатории «Свариваемость, надежность и ресурс сварных конструкций» кафедры «Технологии сварки и диагностики» МГТУ им. Н. Э. Баумана [2,3].

В данном случае полная мощность теплового источника экспериментальным путем. При этом значение мощности, полученное в результате эксперимента, будет отличаться от значения, вводимого в расчетную модель. Кроме того полученную мощность требуется уменьшить вдвое, поскольку мы рассматриваем только половину адиабатическую границу. Таким образом, при измененной в ходе Сборник лучших работ пластину, опорную плиту и переходный слой между пластиной и плитой толщиной 2,2 мм. При этом переходный слой разделен на две области: находящуюся непосредственно под инструментом (на рис. более темная) и находящуюся на некотором удалении от него (на рис.

2 более светлая).

Максимальная температура в контрольной точке сварочного термического цикла (СТЦ), который представлен на рис. составила 281° C, что хорошо согласуется с результатами эксперимента (295° C). Однако стоит отметить, что совпадение расчетной и замеренной температур может быть случайным температура других точек (например, лежащих ближе к оси сварки _ или на обратной стороне пластины) будет отличаться от реальной на значительно большую величину.

Рис. 3. Сварной термический цикл в точке, находящейся на верхней поверхности пластины на расстоянии 3 мм от опорного бурта.

Мы предполагаем, что в процессе сварки трением вращающимся инструментом качественное сварное соединение формируется при достаточной степени пластификации капролона в зоне перемещения.

Для капролона температурой, при которой происходит хорошая пластификация, считается температура, превышающая 200° C, при которой предел текучести материала составляет менее 15 МПа. В результате проведенных экспериментов на кафедре «Технологии Сборник лучших работ сварки и диагностики» мы считаем, что параметры процесса сварки, максимальной производительности, должны обеспечивать нагрев максимально близкой к 200° C. Нагрев металла зоны перемешивания ниже указанной температуры приведет к его недостаточной пластификации, следовательно, перенос материала будет затруднен и неудовлетворительным. Чрезмерный же нагрев материала образцов прочностных свойств сварных соединений.

1. В результате установлено, что на стадии нагрева свариваемых изделий основными технологическими параметрами режима сварки трением вращающимся инструментом являются: скорость вращения и движения инструмента, усилие прижатия (давление) инструмента к свариваемым изделиям, время трения (время нагрева изделий), форма стержня, частота вращения инструмента, угол наклона инструмента и его размеры.

2. В работе предложена методика, позволяющая с помощью разработанной тепловой модели определять оптимальные параметры обеспечивающие высокое качество сварного шва при максимальной производительности.

_ 3. Проведенные эксперименты по сварке трением вращающимся инструментом с замером температур свариваемых изделий в процессе технологического процесса, малыми энергозатратами, а также не требует специальных разделок свариваемых кромок.

4. В ходе выполнения работы была построена тепловая модель процесса сварки трением вращающимся инструментом.

5. В работе показано, что в процессе сварки трением с перемешиванием качественное сварное соединения формируется при достаточной степени пластификации металла в зоне перемешивания.

Литература:

1. Виль В.И. Сварка металлов трением. - Л.: Машиностроение, 1975 г.

- 175 с.

2. Николаев Г.А., Ольшанский Н.А. Специальные методы сварки.

Учебное пособие для студентов вузов. - М.: Машиностроение, 1975 г. с.

3. Волков С.С., Черняк Б.Я. Сварка пластмасс ультразвуком. - М.:

Химия, 1986 г. - 256 с.

Сборник лучших работ Исследование микроструктуры тиксозаготовок из литейного алюминиевого сплава АК В последние десятилетия в заготовительных производствах резко возрос интерес к технологиям, в которых формообразование (твердожидком) состоянии при обязательном наличии в расплаве определенной доли твердой фазы. Главная особенность таких технологий (тиксотехнологий) – использование новых качеств твердожидком состоянии.

Тиксолитье – это один из способов придания нужной формы сплавы нагреваются до температуры перехода от твердого состояния к жидкому; здесь достигается тиксотропное состояние, при котором уменьшается вязкость материала. В результате металл под незначительным давлением способен принять нужную форму – _ конфигураций. Для проявления тиксотропных свойств частицы твердой фазы в сплаве должны иметь глобулярную форму.

заготовок для тиксолитья из алюминиевого литейного сплава АК7 с глобулярной микроструктурой. В работе решали следующие задачи:

- получение заготовок в различных условиях кристаллизации;

-оценка размеров и формы зерна в тиксозаготовках;

-исследование тиксозаготовок.

Литейный сплав АК7 входит в группу сплавов на основе невысокой ценой по сравнению со сплавами других марок. В сплаве содержится примерно 7 % кремния, а также магний и марганец.

экспериментального литья с кристаллизацией под воздействием электромагнитного поля на расплав, созданной в учебно-научной лаборатории полупроводниковой техники и электротехнологий Екатеринбург) (рис. 1).

При получении заготовок изменяли температуру расплава, частоту поля и время перемешивания. Был составлен план Сборник лучших работ Рис. 1. Установка для получения отливок (а) и готовые отливки (б).

эксперимента, и образцы из сплава АК7, исследованные в работе, являлись частью этого плана (табл. 1). Полученные тиксозаготовки _ имели диаметр 40 мм и длину 150 мм. Микроструктуру исследовали на оптическом микроскопе Olympus GX51. Обработку изображений проводили с помощью микроскопа Carl Zeiss AxioObserver.D1m и программы Thixomet Pro. Оценивали размер зерна и пор. Фактор где S – площадь зерна, P – периметр.

Размер зерна по сравнению с исходным образцом (чушка из сплава АК7, полученная с металлургического завода) уменьшился практически в 2 раза. Фактор формы несколько увеличился.

Наибольший фактор формы (0,42) наблюдается в заготовке, разлитой с наибольшей температуры, а также в заготовке, полученной с перемешиванием (табл. 2).

Таблица 1. Переменные условия кристаллизации расплава.

Сборник лучших работ Таблица 2. Микроструктура образцов и ее характеристика.

_ Продолжение табл. 2.

Оценка однородности микроструктуры.

На краю слитка зерно более мелкое, т.к. там было более быстрое охлаждение, а в целом по сечению микроструктура слитка достаточно однородна (табл. 3).

Сборник лучших работ Таблица 3. Микроструктура образца № 3.

Верх Середина Низ _ Выводы:

1. Размер зерна в экспериментальных отливках уменьшился вдвое по сравнению с исходным состоянием.

Фактор формы несколько увеличился, т.е. структура стала ближе к глобулярной. Наилучший результат получился, когда температура расплава составляла 636°С и перемешивание расплава не проводилось.

3. Получена достаточно однородная микроструктура по сечению Литература:

1. Б. И. Семенов, К. М. Куштаров. Производство изделий из металла в твердожидком состоянии. – М.: Издательство МГТУ им. Н.Э.

Баумана. - 2010. - 223 с.

2. К.М. Куштаров, Б.И. Семенов, Ж.Х. Сонг. Производство специализированных тиксозаготовок с тиксоструктурой с использованием синергетических методов управления // Сб. трудов 4-го Международного междисциплинарного симпозиума «Фракталы и прикладная синергетика «ФиПС-2005». - М. - 2005. С. 171-175.

получения композитных сплавов / Перов А.Ю., Лузгин В.И., Сборник лучших работ Сарапулов Ф.Н., Фризен В.Э. // Индукционный нагрев. – 2011. – № 4 (18). – С. 32-36.

4. Бродский В.З. Введение в факторное планирование эксперимента.

– М.: Наука. – 1976. – 224 с.

5. C.G. Kang, S.M. Lee. Effect of Solid Fraction and Pressure on Microstructure and Mechanical Properties and Reduction in Liquid Segregation in the Thixo-Die-Casting Process with Al - 7 Pct Si Alloy // Metallurgical And Materials Transactions A. – 2008 – Vol. 39A. – P.

1213-1224.

_ Исследование антидиффузионного покрытия Ti устройством по преобразованию электрической и тепловой энергии.

Он позволяет осуществлять как прямое преобразование энергии (из электрической в тепловую) – режимы охлаждения или нагрева, так и обратное преобразование – режим генерации электрической энергии. Термоэлектрический модуль может также использоваться как устройство для измерения температуры или потока тепловой энергии.

модуля лежит эффект, открытый в 1834 г. Жаном Пельтье, который обнаружил, что при протекании электрического тока в цепи, состоящей из разнородных проводников, в местах контактов проводников поглощается или выделяется теплота. Наиболее сильно эффект Пельтье в p-n переходе (рис. 1).

Сборник лучших работ Рис. 1. Действие эффекта Пельтье при протекании тока через совокупность таких термопар, обычно соединяемых между собой последовательно по току и параллельно по потоку теплоты.

Термопары помещаются между двух плоских керамических пластин (рис. 2). Количество термопар может изменяться в широких пределах - от нескольких единиц до тысяч пар, что позволяет создавать ТЭМ с холодильной мощностью от десятых долей ватт до сотен ватт. Наибольшей термоэлектрической эффективностью материалов обладает теллурид висмута, в который для получения специальные примеси.

_ Рис. 2. Структура полупроводникового термоэлектрического модуля.

На сегодняшний день можно выделить три основные сферы применения модулей:

1. охлаждение или нагрев;

2. генерация электрической энергии;

3. термометрия.

эксплуатационные и экологические характеристики, а также приборы компрессорного типа, за исключением одного параметра – эффективности преобразования энергии. Поэтому ТЭМ нашли свою нишу только в тех областях техники, в которых максимальные значения мощности ТЭМ не превышают 500-1000 Вт или когда предъявляются высокие требования к долговечности, надежности и высокой стойкости приборов к внешним воздействиям.

Сборник лучших работ Цель данной работы – изучить область термоэлектричества, термоэлектрических модулях, рассчитать время, необходимое для нанесения покрытия.

барьерные слои, разделяющие проводник и полупроводник в месте их контакта. Эффективность барьерного слоя зависит от его структуры, размера зерна, технологии его нанесения.

На практике известно, что качественным покрытием является покрытие из титана, толщина такого покрытия составляет 2 мкм. В данной работе рассмотрен магнетронный метод нанесения такого покрытия.

определяют время осаждения по формуле 1:

Скорость распыления рассчитывается по формуле 3:

_ Магнетронное распыление относится к методам распыления материалов ионной бомбардировкой (рис. 3).

напряжениях (600-800 В) и при небольших давлениях рабочего газа (510-1 -10 Па), 2. отсутствие перегрева подложки, 3. малая степень загрязнения пленок, Сборник лучших работ 4. возможность получения равномерных по толщине пленок на большей площади подложек.

Практическая работа была проведена на модернизированной установке, выполненной на базе установки “Balzers 350G”, методом магнетронного распыления, находящейся в лаборатории В эксперименте использовалась мишень из титана. Радиус мишени 50мм (рис. 5).

_ В качестве подложки был использован кристалл теллурида висмута n- типа (полупроводникового материала, образующего p-n переходы в ТЭМ) (собственность компании РМТ), Ti мишень – кафедре МТ11.

В данной работе были проведены теоретические расчеты необходимого времени нанесения титанового антидиффузионного покрытия и эксперимент по магнетронному напылению такого покрытия. Расчетное и реальное время нанесения барьерного слоя:

Практическое время больше расчётного на 19%. Это связано с тем, что в эксперименте осуществлялась до основного технологического процесса нанесения функционального покрытия образца, поэтому практическое время определено приблизительно.

Кроме того, в технологическом процессе были использованы неотработанные характеристики магнетрона и режимы нанесения покрытия для нанесения титанового покрытия на теллурид висмута.

Сборник лучших работ Литература:

1. Тушенцова Екатерина Николаевна. Термоэлектрический модуль (ТЭМ).//Четвертая Всероссийская научно-техническая конференция «Студенческая весна 2011: Машиностроительные технологии»/ Режим доступа: http//studvesna.qform3d.ru.go=articles&id=351.

2. Тушенцова Екатерина Николаевна. Аналитический обзор по Электронные технологии в машиностроении.-М.2010.

3. Ю.В. Панфилов «Расчет режимов процесса нанесения тонких пленок в вакууме и параметров оборудования»

напыления. М.: Металлургия, 1992.

5. Магнетронные распылительные системы (Магратроны) В.Е.

Минайчев, В.В. Одиноков, Г.П. Тюфаева.

6. Ю.В. Панфилов «Расчет режимов процесса нанесения тонких пленок в вакууме и параметров оборудования».

_ Оптимизация выбора свёрл для обработки гладких цилиндрических отверстий разного диаметра по критерию Каталоги производителей свёрл могут предложить множество свёрл для обработки одного гладкого цилиндрического отверстия.

оптимизация выбора сверла по критерию минимального времени обработки. Эту задачу можно решить путём анализа, предлагаемых воспользуемся каталогом и математической моделью фирмы “Titex”.

Фирма “Titex” является предприятием по производству современных осевых инструментов в центральной Европе. Данная компьютерная программа может так же выполнять оптимальный выбор сверл и по другим критериям: критерию количества оборотов Сборник лучших работ для обработки одного отверстия, критерию мощности, критерию количества отверстий и т.д.

Современные технические решения фирмы позволят повысить производительность труда, уменьшить энергоёмкость производства, снизить себестоимость продукции, что актуально для экономики России в связи с долгим периодом спада производства.

На сегодняшний день нет чётких рекомендаций по выбору свёрл для обработки гладких отверстий по критерию минимального времени обработки, поэтому исследования в данной области будут производстве.

Спиральное сверло используется при сверлении и рассверливании отверстий диаметром до 80 мм и обеспечивает обработку отверстий по 9—13-му квалитету точности и с шероховатостью поверхности Ra 0,8—25 мкм [1, стр.17, табл. 5], а в некоторых случаях можно получить более точные отверстия: по 6—9 квалитету точности [2].

классификации спиральных сверл:

конический хвостовик, стандартный хвостовик Традиционно выбор сверла начинается с выбора метода обработки отверстия – сверление (в любом случае – это первый _ пункт). Далее определяют диаметр сверла, потом длину стружечной канавки в зависимости от глубины сверления, потом материал режущей части инструмента в зависимости от материала заготовки (для обработки чугуна предлагается режущая часть из твёрдого сплава, для остальных материалов чаще всего – быстрорежущая сталь). Определяют тип хвостовика, в зависимости от типа используемого приспособления (патрона). Далее подбирают, по указанным параметрам, сверло из ГОСТа. Чтобы выбрать сверло ещё по другим параметрам, например по минимальному времени обработки отверстия, технологу нужно провести сложные расчёты.

В этом помогает программа «Titex».

Вышеуказанная методика является новой, так как она использует компьютерные методы обработки информации, которые позволяют намного быстрее и точнее сделать оптимальный выбор сверла в зависимости от диаметра и глубины отверстия, в то время как старый метод – выбор сверла в зависимости от диаметра который не позволял делать оптимальный выбор из большого количества вариантов.

Исходные данные для исследования: сквозное отверстие диаметром 5 мм и глубиной 30 мм, глухое отверстие диаметром мм и глубиной 50. В исследовании будут рассматриваться свёрла для обработки отверстий с цилиндрическим хвостовиком и конусом Сборник лучших работ Морзе, с износостойким покрытием и без него, из быстрорежущей стали (HSS(-Co) или HSS(-E)) и цельные твердосплавные.

исследования.

Вариант 1.

Размеры отверстия: диаметр сверления 5 мм и глубина 30 мм (сквозное отверстие).

Результаты расчётов при использовании обычного сверла (HSS(-Co)) с цилиндрическим хвостовиком без покрытия сведены в табл. 1.

Результаты расчётов при использовании обычного сверла (HSS(-Co)) с конусом Морзе без покрытия сведены в табл. 2.

Результаты расчётов при использовании обычного сверла (HSS(-E)) покрытием сведены в табл. 3.

Результаты расчётов при использовании обычного сверла (HSS(-E)) с конусом Морзе и износостойким покрытием сведены в табл. 4.

покрытия сведены в табл. 5.

_ Таблица 1. Варианты свёрл для обработки отверстия.

каталогу Сборник лучших работ Таблица 2. Варианты свёрл для обработки отверстия.

каталогу Таблица 3. Варианты свёрл для обработки отверстия.

каталогу _ Таблица 4. Варианты свёрл для обработки отверстия.

Таблица 5. Варианты свёрл для обработки отверстия.

Вариант 2.

Размеры отверстия: диаметр сверления 14 мм и глубина 50 мм (глухое отверстие).

Сборник лучших работ Результаты расчётов при использовании обычного сверла (HSS(-Co)) с цилиндрическим хвостовиком без покрытия сведены в табл. 6.

Таблица 6. Варианты свёрл для обработки отверстия.

Результаты расчётов при использовании обычного сверла (HSS(-Co)) с конусом Морзе без покрытия сведены в табл. 7.

Результаты расчётов при использовании обычного сверла (HSS(-E)) покрытием сведены в табл. 8.

Результаты расчётов при использовании обычного сверла (HSS(-E)) с конусом Морзе и износостойким покрытием сведены в табл. 9.

_ Таблица 7. Варианты свёрл для обработки отверстия.

каталогу Таблица 8. Варианты свёрл для обработки отверстия.

Сборник лучших работ Таблица 9. Варианты свёрл для обработки отверстия.

Из представленных табличных данных видно, что для отверстия диаметром 10 мм и глубиной 15 мм наиболее №3265TFL – им требуется всего 1,4 секунды, а так же они самые износостойкие – 1 сверло рассчитано на 3267 отверстий.

Быстрее всего обработает глухое отверстие диаметром 14 мм и глубиной 50 мм сверло с покрытием № A1269TFL с коническим хвостовиком – на это уйдет 13,5 секунд.

Опираясь на эти результаты, были составлены практические рекомендации по оптимизации выбора сверла по критерию минимального времени обработки для инженера-технолога.

Выводы:

Для обработки отверстий с диаметром от 10 мм и глубиной до 20 мм подходят любые цельные твердосплавные сверла со стан.

хвостовиком типа «Alpha 2».

Отверстия с параметрами от 10 мм в диаметре и от 20 мм в глубину наиболее быстро можно обработать с помощью любых сверл с покрытием и коническим хвостовиком.

_ Литература:

1. Справочник технолога – машиностроителя: В 2 т. / Под ред.

А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова и др. – 5е изд., исправл. – М.: Машиностроение – 1, 2003. – Т. 1. – 2. 2. Mitsubishi Materials. Carbide & Tool Division / Mitsubishi Materials Group [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://www.mitsubishicarbide.com/EU/ru/ 3. http://intechprom.ru/metallorezhuschii-instrument/sverlaspiralnyie.html 4. http://www.info.instrumentmr.ru/instrum_otverst.shtml Сборник лучших работ Упрочнение поверхности заготовки из конструкционной стали 40Х излучением волоконного лазера В современной промышленности становится все более острой проблема повышения срока службы быстро изнашивающихся деталей машин и инструментов из стали, например, подвергаются износу поверхности коленчатого вала. Наиболее часто в процессе эксплуатации износу подвергаются только локальные участки рабочих поверхностей.

Для повышения ресурса работы деталей машин используют обработка.

В работах по лазерному термоупрочнению показана высокая эффективность его использования для повышения таких свойств металлов и сплавов, как износостойкость. В результате лазерного _ объемах свойства, недостижимые при традиционных методах упрочнения. Но лазерная термическая обработка (ЛТО) имеет поглощающих покрытий, так как в процессе взаимодействия лазерного луча с поверхностью металла происходит отражение до 95% энергии [1].

эффективного источника для лазерной закалки. Основной недостаток закалки излучением СО2- и твердотельных лазеров - низкая энергетическая эффективность. Для СО2- лазера энергетический КПД не превосходит 10%, а коэффициент поглощения излучения с длиной волны 10,6 мкм металлами низкий. Для его повышения приходится использовать технологии нанесения поглощающих покрытий, что усложняет процесс обработки. Для твердотельных лазеров с длиной волны излучения 1,06 мкм коэффициент поглощения повышается, но полный КПД самого лазера обычно составляет не более 2-3 %. Для коэффициент поглощения тоже повышается, а КПД волоконных лазеров составляет 25%, что в 2,5 раза выше КПД СО2- лазеров.

Общая энергетическая эффективность процесса закалки излучением волоконных лазеров оказывается выше в 20 – 30 раз [2, 3].

Цель работы – повышение ресурса работы коленчатого вала из стали 40Х путём упрочнения излучением волоконного лазера Сборник лучших работ поверхностей, подвергаемых износу. Разработка рекомендаций по выбору режимов ЛТО для упрочения поверхности коленчатого вала.

1. Исследование влияния скорости обработки и мощности излучения на геометрические размеры и микротвердость зон лазерного воздействия (ЗЛВ) стали 40Х.

2. Анализ распределения микротвердости по глубине ЗЛВ стали 40Х.

3. Исследование микроструктуры ЗЛВ стали 40Х.

4. Определение оптимального режима ЛТО стали 40Х.

Материал и методика исследований.

В качестве объекта исследования были выбраны образцы изготовления коленчатого вала. Химический состав стали 40Х представлен в таблице 1:

Таблица 1. Химический состав стали 40Х.

Образцы, подвергаемые лазерной термической обработке, имели размеры: 28 x 12 мм для обработки непрерывным лазерным излучением. Поверхность образцов перед лазерной обработкой имела _ чистоту Ra 0,32…0,63 мкм. Лазерная установка – иттербиевый волоконный лазер YLS 3000 серии ЛС-3,5. (с длиной волны излучения 1,07 мкм).

Обработку образцов в исходном состоянии после нормализации при температуре 7800, охлаждение на воздухе проводили как с оплавлением, так и без оплавления поверхности с предварительным (поглощательная способность не менее 85 %) и без него при одном и том же диаметре лазерного пятна.

Образцы подвергали обработке излучением волоконного лазера по режимам:

1.Скорость V= 0,05 м/с, диаметр пятна d = 2 мм, скорости P1 = 500 Вт, P2 = 700 Вт, P3 = 1000Вт, P4 = 1200 Вт 2. Скорость V = 0,12 м/с, диаметр пятна d = 2 мм, мощности P1 = 700 Вт, P2 = 1 кВт, P3 = 1200 Вт; P4 = 1500 Вт, P5 = 1800 Вт.

Микрошлифы в поперечном сечении упрочненного участка изготовляли по стандартной методике. Для травления использовали 4%-ный фазовых составляющих определяли как среднее значение по результатам трех измерений. Среднюю микротвердость зоны Сборник лучших работ лазерного воздействия (ЗЛВ) определяли по результатам трех серий измерений распределения микротвердости по ее толщине.

Результаты исследований:

Одна из самых актуальных задач в широком спектре процессов закалки стали – это закалка без оплавления поверхности. Структура образцов стали 40Х после отжига до лазерной обработки: феррит и перлит. Общий вид структуры после лазерной обработки с оплавлением поверхности показан на рис. 1, а. В зоне оплавления образуется литая дендритная структура. Дендриты направлены перпендикулярно границы с основным металлом в сторону отвода тепла. Зона закалки из твёрдого состояния так же, как и с оплавлением имеет гомогенную структуру мартенсита (рис. 1, б).

В исходном состоянии в структуре стали 40Х имеется перлит и феррит с микротвердостью, соответственно, 180…270 НV и 135…180HV.

Следует отметить, что сталь 40Х в ЗТВ имеет более узкий поверхностных слоях ЗО (500…600HV) может быть связана с самоотпуском мартенсита и образованием остаточного аустенита.

Проведены исследования влияния режимов ЛТО на геометрические параметры, структуру и свойства упрочненной поверхности. Видно, нормализованной стали без оплавления с повышенными скоростями область однородного мартенсита отсутствует, и трооститоферритная _ сетка вокруг мартенсита может доходить до самой поверхности образца (рис. 1, б). Это приводит к снижению общей твёрдости ЗЛВ, поэтому упрочнять такие стали при высокой скорости обработки нецелесообразно (рис. 3).

Установлено, что при постоянной мощности излучения скорость обработки излучения лазера влияет на геометрические характеристики ЗЛВ следующим образом: чем больше скорость, тем меньше глубина и ширина ЗЛВ. Также было установлено, что при постоянной скорости обработки геометрические характеристики увеличиваются с увеличением мощности излучения (рис. 4).

Оплавление поверхности достигается P = 1,2 кВт и V= 0,05 м/с.

При упрочнении стали 40Х излучением волоконного лазера поглощающее покрытие особо на эффективность процесса не влияет (рис. 4). Это значит, что можно просто исключить данную технологическую операцию.

Таким образом, установлены параметры ЗТВ, полученные при воздействии излучения волоконного лазера на поверхность стали 40Х. Определены значения твердости упрочненного слоя, а также зависимости микротвердости от его глубины. На основании анализа зависимости размеров и микротвердости упрочненного слоя от параметров ЛТО даны практические рекомендации по выбору рациональных режимов обработки излучением волоконного лазера коленчатого вала из стали 40Х.

Сборник лучших работ Оптимальный режим при обработке стали 40Х без оплавления поверхности и применения поглощающего покрытия излучением волоконного лазера: мощность излучения P = 1,2 кВт и скорость обработки V= 0,12 м/с, d=2мм. В ЗЛВ достигается максимальное среднее значение микротвердости и максимальные геометрические характеристики.

Обработкой стали 40X в этом режиме глубина ЗТВ достигает значения 0,4 мм, а микротвердость – до 850 HV. Глубина ЗЛВ при обработке с одинаковой мощностью излучением волоконного лазера в 1,8 раза больше, чем при обработке излучением СО2 –лазера.

Рис. 1. Микроструктура ЗЛВ стали 40Х с оплавлением поверхности:

_ Рис. 2. Микроструктура ЗЛВ стали 40Х без оплавления поверхности:

Рис. 3. Влияние скорости на глубину ЗЛВ; P = 700Вт, d = 2 мм, м/с, Сборник лучших работ Рис. 4. Влияние мощности излучения на глубину ЗЛВ V=0,05 м/с, d =2 мм, Литература:

1.Григорьянц МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 664 с.

2. Попов В. Лазерное упрочнения сталей: сравнение волоконных и СО2- лазеров // Фотоника. – 2009 - № 4. – С. 18-21.

3.Бирюков В. Восстановление и упрочнение поверхностей лазерным излучением // Фотоника – 2009 - № 3. – С. 14-15.

_ Средство повышения индивидуальной мобильности Я давно замечала на улице как тяжело ходить пожилым людям.

Они очень медленно передвигаются, с трудом переставляя ноги, боясь упасть. Моей бабушке 82 года. У нее часто кружится голова и она быстро устает, поэтому бабушка почти не выходит на улицу, а если и выходит, то опирается на палочку. Пожилому человеку во время прогулки нужно посидеть, передохнуть. Приходится искать скамейку, а они тоже не часто встречаются.

Когда я была в Германии, я обратила внимание на то, как там гуляют пожилые люди. Сначала мне бросилось в глаза то, что очень много пожилых людей гуляет на улице. Потом я поняла: все они опираются на какие-то тележки (рис. 1). Тележки имеют колеса, сиденье и гуляющая бабушка или дедушка, во-первых, чувствуют «роллатор». Меня очень заинтересовал этот вопрос. Я подумала, а почему у нас в Москве я ни разу не видела гуляющих пенсионеров с Сборник лучших работ такими приспособлениями. Поэтому я и решила исследовать эту двигательными функциями.

Роллатор (ролятор) — это приспособление для облегчения испытывает с этим трудности. Общепринятое название — опораходунок или каталка-опора. Современное название - роллатор (ролятор) происходит от шведского слова rollator.

История создания.

Впервые каталка-опора, сходная с современным роллатором, была предложена в 1978 году в Швеции социальной работницей Аиной Вифалк. Она сама страдала детским параличом и из-за этого не смогла продолжить свое обучение в качестве медсестры. Поэтому _ при содействии шведского фонда развития был изготовлен опытный экземпляр каталки-ходунка. Позднее производство роллаторов было налажено в Швеции. С начала 1990-х годов роллаторы получили распространение в Германии и других странах Европы. В 1999 году появилась единая для стран Евросоюза норма «EN ISO 11199», регламентирующая технические данные роллаторов.

Принцип действия.

облегчает самостоятельное пешее передвижение человека. Но заменить полностью пешее передвижение человека роллатор не может. В этом и состоит главное отличие роллатора от инвалидной коляски, которая используется в основном для передвижения человека.

Роллатор представляет собой каталку-ходунок, оснащенную ручками для опоры, ручным тормозом-фиксатором.

Опираясь на ручки роллатора, человек переносит часть своего веса на тележку. При этом тормоза-фиксаторы, которыми оснащено каждое колесо, удерживают ее от движения. Для совершения дальнейшего движения нужно отпустить тормозафиксаторы и сделать шаг. На новом месте роллатор вновь фиксируется тормозами. Преимущество такого приспособления в том, что в каждый конкретный момент движения масса тела человека Сборник лучших работ равномерно распределяется между руками, ногами и роллатором, что значительно облегчает процесс передвижения.

В силу этих особенностей роллаторы на сегодняшний день популярны не только как помощь в передвижении на период восстановления после травм или болезни опорно-двигательной системы человеческого организма, но и как средство повышения индивидуальной мобильности для лиц пожилого возраста в повседневной жизни.

ручками для опоры, которые регулируются для удобства по росту человека (по высоте), передние колеса зафиксированные, задние колеса имеют вращение вокруг оси стойки и оборудованы ножным тормозом-фиксатором. Вращение задних колес позволяет человеку легко выбирать маршрут перемещения.

На рис. 2 представлена простейшая конструкция роллатора.

Как можно видеть из рис. 2 это примитивная конструкция — простая металлическая рама, похожая на ходунки, колеса очень маленького диаметра.При использовании данной конструкции роллатора были выявлены следующие недостатки:

_ неудобная конструкция ножного тормоза-фиксатора.

колеса маленького диаметра усложняют преодоление Поэтому у разработчиков роллаторов возникли идеи по его улучшению, а именно: возникла идея сделать роллатор складным, обеспечить регулирование ручек по росту человека вверх вниз, обеспечить удобное торможение, передвижение роллатора должно быть легким по любому покрытию, даже по снегу, сделать удобное сиденье, которое регулируется и по ширине.

Сборник лучших работ многие из вышеперечисленных моментов и был создан роллатор, представленный на рис. 1. В данной конструкции роллатора внесены следующие изменения:

• конструкции рамы позволяет делать роллатор складным • изменены форма и месторасположение ручки для опоры;

ручного тормоза-фиксатора велосипедного типа;

• увеличение диаметра колес;

• передние колеса становятся вращающимися вокруг оси стойки, задние становятся фиксированными;

• использование в конструкции роллатора дополнительных приспособлений, таких как: сиденье, мягкая ручка для опоры спины, багажная корзинка или сумка, держатель для рис. 3.

Как мы видим из рис. 3, роллатор складывается и становится похож на детскую прогулочную коляску. Однако видно, что он имеет достаточно большие размеры, а его нужно при необходимости убрать в багажник автомобиля или поставить в коридоре квартиры.

Конструкция современных роллаторов (рис. 2, рис. 3) имеет следующие преимущества:

_ удобное расположение регулируемых по высоте ручек опоры делает передвижение значительно комфортнее, так как при каждом шаге равномерно распределяет массу тела между руками, ногами и каталкой;

• применение ручного тормоза-фиксатора велосипедного • механизм складывания дает возможность легко перевозить роллатор в автомобиле или общественном транспорте, а также облегчает человеку подъем по лестнице, так как сложенный роллатор способен при этом служить опорой;

• наличие сиденья и мягкой опоры для спины человеку во Сборник лучших работ • оснащение роллаторов багажными корзинками или сумками супермаркете многие пожилые люди используют корзинку своего роллатора вместо продуктовой тележки);

практически без усилия преодолевать незначительные В своей работе я исследовала много различных конструкций роллаторов. Анализируя, я пыталась их сделать еще более удобными и красивыми. Так как пожилой человек должен ими пользоваться каждый день, то роллаторы должны еще и просто радовать глаз человека.

На рис. 4 представлена другая конструкция роллатора из стального каркаса. Мы можем видеть, что здесь, в отличие от предыдущей модели, совмещены ручки и спинка для опоры. По высоте ручки могут регулироваться и имеют 10 фиксированных положений, колеса монолитные, есть сиденье и корзина. Данный роллатор весит 9.9 кг и имеет следующие габаритные размеры:

Параметры сиденья: ширина сиденья 47см, высота сиденья 61см, глубина 70см.

_ Как видно из параметров, этот роллатор не может регулироваться по ширине сиденья и полный человек не сможет им пользоваться.

Так же сиденье не регулируется по высоте. На рис. 5 представлена еще одна конструкция роллатора фирмы RollEuro.

Сборник лучших работ Как видно из рис. 5 эти роллаторы складываются в другой плоскости (в вертикальной) в отличие от конструкции, изображенной на рис. 3 (в горизонтальной) и имеют меньший вес. Однако выглядят мрачно и ненадежно.

Далее представлены еще некоторые виды роллаторов.

Преимущество роллатора, представленного на рис. 6 – конструкция очень компактная в сложенном виде. Однако, достаточно громоздка и имеет мрачный цвет.

На рис. 7 вы можете видеть 3-х колесную конструкцию роллатора. Она очень примитивна, неустойчива на поворотах, нет сиденья, нет корзины для продуктов. На рис. 8 представлен детский _ Сборник лучших работ роллатор. Он сразу радует глаз своей расцветкой. У них тоже отсутствует сиденье и корзина для вещей.

На рис. 9 представлена современная разработка немецких ученых. По их задумкам эти роллаторы должны быть идеальными.

Они напоминают самокат, изготовлены из современных материалов, Рис. 9. Роллаторы. Современная разработка немецких ученых.

Анализ современных конструкций роллаторов показал, что они имеют ряд недостатков. В первую очередь это, конечно, _ значительный вес роллатора. До сих пор все роллаторы производили из металла и его сплавов. Его вес составляет примерно 10 кг.

Необходимо стремиться уменьшить вес, так как, пожилому человеку для того, чтобы зайти в автобус или другой городской транспорт, подняться на несколько ступенек нужно поднять роллатор. Цвет роллатора обычно черный или серый, только на детских роллаторах применяют яркие цвета. Я считаю, что для еще большего удобства и облегчения пользования роллаторами возможно их дальнейшее усовершенствование.

Я предлагаю сделать это за счет:

Разработки новой схемы рамы и компоновки всего роллатора, что позволит складывать его в нескольких плоскостях и сделает более компактным;

Использования при изготовлении рамы современных легких высокопрочных материалов, которые позволят снизить вес рамы и сохранить ее жесткость и прочность;

Использования современных лакокрасочных покрытий при покраске деталей, что позволит роллатору быть видимым в любое время года и суток и просто красивым;

Использования современных типов резины и каучука для изготовления колес, ручек опоры и сиденья;

Рассмотреть вариант установки надувных колес по аналогии с детскими колясками, это улучшит проходимость роллатора;

Сборник лучших работ Добавить зеркала заднего вида;

Добавить крепление для зонтика и сам зонтик, защищающий и от дождя и от солнца.

роллатора. Цветовая гамма может быть различной. Модель снабжена катафотами, делающими тележку заметной в свете фар в темное дорогам. Высота ручки регулируется, можно посидеть на удобном мягком сиденье, есть зеркало заднего вида, место крепления под зонтик, корзина под продукты и вещи и, самое главное, что этот роллатор имеет минимальный вес, он красив и радует глаз.

_ 1. Средства вспомогательные для ходьбы, управляемые обеими руками. Требования и методы испытаний. Часть 2. Ходунки на колесиках - Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р ИСО 11199-2-2010.

2. Веб-сайты о роллаторах:

http://www.walker-facts.com/ http://invacare.su http://medinvalid.ru Сборник лучших работ Исследование вентиляционных систем пресс-форм для литья Перед впрыском расплава формирующая полость заполнена воздухом. По мере заполнения полости расплавом должна быть предусмотрена возможность отвода воздуха, иначе он будет сжиматься текущим расплавом. Сжатие воздуха приведет к ряду противодавление заполнению формирующей полости, что влияет на характер заполнения, и в некоторых случаях препятствует ему. Для вентиляционные каналы, которые позволяют воздуху выходить из нее.

Проблемы: если на стадии заполнения гнезда расплавом весь воздух из пресс-формы не отвести, то на отливке возникнут определенные дефекты:

_ 1. Захваченный воздух (воздушный пузырь) образует в формующей полости карман с высоким давлением внутри, и через него расплав не пройдет, что приводит к недоливу.

2. Воздух, быстро сжимаемый расплавом, тут же нагревается до высокой температуры и вызывает на отливке «прижог».

3. Присутствие газообразной фазы между двумя сходящимися потоками расплава уменьшает прочность литой детали по линии спая.

В настоящее время существует два вида вентиляционных каналов пресс-форм для литья пластмасс под давлением [2]:

материалов. Длина этой ступени 2 мм. Вторая ступень делается большей глубины равной 0,5 мм и сохраняет данную глубину на протяжении всей оставшейся длины вставки.

- классический сплошной. Глубина канала такая же, как и у 1-ой ступени ступенчатого канала, только она постоянная.

пропускная способность в нем больше, чем в сплошном. Это проверено и имеются рекомендации по глубине и длине каналов при литье под давлением металлов [1]. Но авторы [2] указывают на Сборник лучших работ объяснения происходящего явления и не поясняют, почему ступенчатый канал эффективнее сплошного.

Целью работы было практически и теоретически доказать справедливость изложенного выше суждения, что действительно ступенчатый. Для того, чтобы доказать это я использовал, как теоретический подход, так и практический.

формулами [1] для расчета коэффициента пропускной способности вентиляционных каналов и уравнением Менделеева - Клапейрона [3], отношением выхода воздуха в единицу времени. Получил время выхождения воздуха через каналы различных видов.

специальная установка. Конструкция предусматривает вставку со сплошным и ступенчатым каналом. Проводятся два эксперимента по времени прохождения воздуха, после чего определяется разница.

Расчет коэффициента расхода вентиляционного канала для сплошного и ступенчатого канала.

Для расчета пропускной способности сплошного вентиляционного канала используются следующие формулы:

полный коэффициент сопротивления [1] -коэффициенты местных потерь на входе и выходе из канала;

=0,5; -длина канала, мм; r-глубина канала, мм;

_ коэффициент сопротивления, характеризующий потери на трение в канале [1] Поэтому используется формула для турбулентного потока.

Число Рейнольдса рассчитывается по формуле [1]:

канала, м;

v- средняя скорость сжатого газа, рассчитывается по формуле [1]:

Tк - температура окружающей среды, K;

- плотность газа при соответствующей температуре, кг/м3;

- коэффициент динамической вязкости, Н с/м2.

Коэффициент пропускной способности вентиляционного канала по формуле [1]:

Для расчета полного сопротивления ступенчатого канала используется следующая формула [1]:

Сборник лучших работ канала;

l1, l2-длина канала 1 и 2 ступени соответственно, мм;

r1, r2-глубина 1 и 2 ступени канала соответственно, мм разные.

вентиляционного канала так же рассчитывается по формуле (4).

Расчет теоретического времени истечения воздуха в сплошном и ступенчатом каналах.

истечения, поэтому надо сделать дополнительные расчеты по следующим формулам:

уравнение Менделеева - Клапейрона [3]:

P - давление воздуха, Па;

V-объем воздуха, м3;

m- масса воздуха, г;

M = 29 - молярная масса воздуха, г/моль;

_ R=8.31 - универсальная газовая постоянная, Дж/моль*K;

T - температура воздуха, K.

Количество воздуха, выходящее в единицу времени [1]:

m - масса воздуха, г;

t - время истечения воздуха, c;

- коэффициент пропускной способности вентиляционного канала.

Для получения времени истечения сначала нужно найти массу вышедшего воздуха.

Итоговая формула (8):

Все формулы были рассчитаны при помощи программы Microsoft Office Excel. Все полученные результаты были внесены в табл. 1.

На основании данных, полученных в данной таблице, можно сделать вывод, что действительно воздух при одинаковых условиях выйдет быстрее из ступенчатого канала: разница = 1,88.

Сборник лучших работ Таблица 1. Результаты расчетов.

Диагностическая установка представляет систему (рис. 1), где:

1 - крышка, 2 - штуцер, 3 - соединительный шланг, 4 - вентиль, 5 - манометр, 6 - ресивер объемом 0,15 метров кубических, 7 - вставка общая, 8- обойма, 9 - вставка, 10 - уплотнительное кольцо.

_ Эта установка - сборочная единица, с помощью которой было проведено два опыта:

1. деталь поз. 9 - вставка со ступенчатым каналом, 2. деталь поз. 9 - вставка со сплошным каналом.

Их чертежи представлены ниже (рис. 2, рис. 3):

Сборник лучших работ Методика проведения эксперимента.

Эксперимент со ступенчатым каналом. Диагностическая установка собирается по схеме, представленной на рис. 1, где элемент конструкции (поз. 9) - вставка, в которой выполнен канал по ступенчатой схеме.

компрессор, подавая в ресивер воздух. По достижении давления атм. компрессор выключается. Потом вентиль (поз. 4) открывается, давление не упадет до 2 атм. и закроем вентиль. Время истечения воздуха через ступенчатый канал составляет 23 мин.(1380 сек.).

Отношение полученных данных равно 1,87.

Сравнение практического и теоретического расчетов.

Теоретическая разница составляет 1,88. Практическая - 1,87.

Видно, что полученные величины очень близки. Разница есть, т.к. в практическом эксперименте есть потери воздуха.

Вывод: из полученных результатов можно сделать вывод, что действительно ступенчатый канал эффективнее сплошного. Это было доказано, как теоретически, так и практически. То есть при проектировании и модернизации пресс-форм для литья пластмасс _ под давлением можно рекомендовать использование ступенчатых вентиляционных каналов.

Литература:

1. "Рекомендации. Выбор оптимальных технологических режимов изготовления отливок при литье под давлением с применением стендов контроля технологических параметров." Изд. стандартов, 2. "Литье пластмасс под давлением", Т.А. Освальд, Л.-Ш. Тунг, П.Дж. Грэманн; под ред. Э. Л. Калинчева - СПБ.: Профессия, 2008. - 712 стр., ил.

3. Мякишев Г. Я., Синяков А.З. М99 Физика: Молекулярная физика.

Термодинамика. 10 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики.- 4-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2001.-352 с.: ил.

Сборник лучших работ Исследование процесса производства полых анкерных свай пирсов. При разрастании крупных городов все острее встает вопрос использования подземного пространства для торговых, парковочных, транспортных и др. целей.

Во всех случаях требуется укрепление «стены», на которую воздействует грунт, стараясь её опрокинуть. Это очень серьезная глубине заложения «стены» и зависит от свойств грунта. Особенно остро этот вопрос стоит при строительстве во влажных подвижных крепление её с помощью анкерных свай.

_ Как же происходит укрепление стены с помощью анкерных свай? Анкерной сваей в общем случае является труба, имеющая резьбовые концы. Сваи внедряются в грунт в горизонтальном или наклонном положении на требуемую глубину, затем в отверстие в трубе под большим давлением подается цементный раствор (рис. 1).

Рис. 1. Укрепление стены.

Длина таких свай определяется свойствами грунта и глубиной заложения стены и достигает 25-30 метров. Естественно, изготовить позволяющая её удлинение до требуемого размера непосредственно на стройплощадке. Обычно длина отдельных анкеров, из которых Сборник лучших работ собирается вся анкерная свая, не превышает 6 метров, но, исходя из конкретных условий строительства, она может быть и меньше.

выполнено путем их свертывания (как выполняется бурильная колонна) или сваркой встык непосредственно на стройплощадке, однако эти способы при строительстве оказываются не всегда оптимальными.

сооружений предпочтение отдается сборке анкеров путем их соединения с помощью муфт. При свинчивании анкеров с помощью специальных соединительных муфт на наружной поверхности анкера создается местное увеличение наружного диаметра колонны, которое дополнительно увеличивает сцепление анкера с цементирующим раствором, а, следовательно, и с грунтом в шурфе.

длины для последующей их сборки непосредственно на возводимом «Строймехсервис Метростроя» была поставлена задача освоить позволяющей их наращивание до требуемых длин.

Моя работа посвящена разработке технологии производства труб с наружной резьбой для анкерных свай и оборудования для осуществления данного технологического процесса.

_ Как уже говорилось, анкером в общем случае является труба, имеющая резьбовые концы. Нарезание резьбы традиционными методами, с удалением металла в виде стружки, кроме своей трудоемкости, требует повышенного расхода металла.

Большой вклад в теорию поперечной и поперечно-винтовой прокатки внесли такие крупные ученые, как академик Александр Иванович Целиков, доктора технических наук В.С. Смирнов, П.К.

Тетерин и многие другие.

Анализ литературных источников показывает, что наиболее целесообразным методом получения деталей с винтовой наружной поверхностью является пластическая деформация металла. Главными преимуществами процесса пластической деформации по сравнению с обработкой резанием являются:

высокая производительность, повышенная твердость поверхностного слоя металла, отсутствие потерь металла в стружку.

Наиболее приемлемым способом производства труб-анкеров поперечно-винтовая прокатка в трехвалковом стане. Винтовые изделия, полученные прокаткой, характеризуются более высокой прочностью и твердостью рабочей поверхности, что является их несущей способности и износостойкости по сравнению с винтами, Сборник лучших работ изготовленными обработкой резанием. Поступательная скорость прутка при прокатке винтов составляет 0,3-2 м/мин, производительность при этом возрастает в 10-20 раз. Кроме того устраняются потери на стружку, которые при обработке резанием достигают 15-20 % от массы изделия.

методом поперечно-винтовой прокатки заключается в следующем:

труба- заготовка под прокатку требуемого размера и марки стали со склада цеха поступает на участок раскроя, где режется на заданные длины, если это необходимо. Далее заготовки под прокатку мерной загрузочную решетку стана поперечно-винтовой прокатки (ПВП) (рис. 2).

_ С помощью дозатора заготовки поштучно подаются на ось прокатки стана ПВП. С помощью толкателя, перемещающего заготовку вдоль оси прокатки, заготовки задаются во вращающиеся валки прокатного торцом в торец. Вращающиеся валки, расположенные под углом к оси прокатки (т.к. они развернуты на угол подачи), захватывают заготовку, начинают ее вращать и перемещать вдоль оси прокатки.

Протягивая заготовку через очаг деформации (рис. 3), образованный формируется требуемый винтовой профиль.

Прокатанная заготовка по желобу, расположенному с выходной стороны стана, следующей прокатываемой заготовкой перемещается Сборник лучших работ (как бы выталкивается) вдоль оси прокатки и поступает на приемный желоб стола выгрузки. По заполнении приемной решетки или по снимается с решетки и передается на участок осмотра (рис. 4.).

На участке осмотра прокат проходит контроль ОТК (отдела технического контроля) и, при необходимости, ремонт наружной значительное количество тепла, которое отводится путем подачи в зону валков струи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) (рис. 5).

Обычно в качестве СОЖ используется эмульсионный концентрат Использование СОЖ позволяет снизить давление металла на валки, износ валков, а также увеличить скорость прокатки.

_ значение играет конструкция валков. Она существенно влияет на скорость прокатки, качество и точность прокатанного профиля на изделии, на производительность стана и другие технологические показатели процесса. В данном случае валки по форме представляют собой сочетание усеченного конуса с цилиндром, на поверхности которого нарезаны соответствующие калибры (рис. 6). Захват заготовки и формирование заданного профиля осуществляется заборным конусом валков. Заборный конус валков обеспечивает равномерное распределение деформации между отдельными витками овальность заготовки и калибрует сформованный на изделии профиль. К материалу валков предъявляются особо высокие требования. В данном случае валки изготовлены из – стали Х12Ф1.

Для изготовления валков используются кованые заготовки. Кованые Сборник лучших работ соответствующие требованиям по микроструктуре, твердости и калибров выполняют одновременно на всем комплекте валка. Далее валки подвергают термообработке – закалке и отпуску. Твердость валков после закалки и отпуска должна быть в пределах 56-58 HRC.

Окончательной операцией изготовления валков является шлифовка рабочего профиля после термообработки. Для этого используют отверстия, а затем весь комплект валков. Соблюдение режимов шлифования резьбы имеет большое значение для стойкости валков.

Предлагаемый технологический процесс был опробован на лабораторном стане АХК ВНИИМЕТМАШ при прокатке анкеров с внешним диаметром 60 мм и внутренним 33 мм. В качестве заготовок использовались трубы с наружным диаметром 57 мм, легированная, содержание углерода 0,40%, хрома - до 1%). При _ прокатке использовался комплект валков из 3 штук. Валки имели диаметр 240 мм. Твердость -58-60 HRC.

«Строймехсервис Метростроя» для испытаний. Испытания прошли общей массой 140 тонн.

Во время работы над этой темой у нас возникли некоторые новые идеи, которые, безусловно, требуют дальнейшей проработки.

Дело в том, что при прокатке в нашем случае резьба накатывалась по всей длине трубы. Это в большей степени определялось возможностями прокатного стана, т.к. на существующем прокатном стане нет механизма, позволяющего перемещать валки (сводитьразводить) в процессе прокатки. Анализ требований к трубе – анкеру показывает, что для большинства грунтов на внешней поверхности трубы – анкера, резьбовую поверхность необходимо выполнять только по концам. Этого достаточно для того, чтобы соединить отдельные трубы-заготовки в сваю требуемой длины с помощью муфт. Если резьбу накатывать не по всей длине трубы, то транспортировка трубы через очаг деформации без прокатки может быть осуществлена со значительно большей скоростью, что сразу повышает производительность процесса. Таким образом, у нас Сборник лучших работ накатывать резьбу не по всей длине, а только на концах трубы, тогда в средней части поверхность трубы будет оставаться гладкой.

Реализация такого процесса, как уже говорилось, требует создания соответствующего оборудования, позволяющего сводить и разводить валки в необходимый момент, что должно привести к повышению увеличению срока службы инструмента.

1. Анализ способов получения изделий с винтовой поверхностью характеризуются более высокой прочностью и твердостью рабочей обработкой резанием. Производительность процесса значительно выше и при этом полностью устраняются потери на стружку, которые при обработке резанием составляют 15-20 % от массы изделия.

2. Разработана технология производства труб-анкеров с накатанной наружной резьбой.

3. Прокатана опытная партия труб-анкеров диаметром 60/33 мм из заготовки диаметром 57/33 мм из стали 40Х в количестве 3500 штук, _ использования в ООО «Строймехсервис Метростроя».

4.Сформулированы промышленного стана для производства труб-анкеров. Создание нового стана позволит накатывать резьбу на поверхности заготовкитрубы на любом, требуемом по ее длине, участке (по концам, по концам и другим участкам по длине, по всей длине). Это позволит резко интенсифицировать процесс изготовления труб-анкеров.

Литература:

1. Целиков А.И., Барбарич М.В, Васильчиков М.В., Грановский С.П., Е.А Жукевич-Стоша. Специальные прокатные станы.

Москва. Металлургия, 1971.

2. Васильчиков М.В, Волков В.В. Поперечно-винтовая прокатка изделий с винтовой поверхностью. Москва. Машиностроение, Металлургия, 1974.

4. Смирнов В.С. Поперечная прокатка в машиностроении. Машгиз., Сборник лучших работ Разработка безызносных узлов машин и механизмов ХХI века на основе металлоплакирования поверхностей трения безызносности (избирательного переноса при трении). Явление безызносности – это новый вид трения, который обусловлен самопроизвольным образованием в зоне контакта двух твердых тел неокисляющейся тонкой металлической пленки (сервовитная пленка) с низким сопротивлением сдвигу и неспособной накапливать при деформации дислокации. На сервовитной пленке, образуя с ней химическую связь, возникает дополнительная защитная пленка (серфинг – пленка) из продуктов деструкции углеводородов смазки.

Указанные пленки на порядок снижают силы трения в трибопаре, износ которого при этом уменьшается в 100 …1000 раз.

Работа посвящена исследованию повышения износостойкости узлов трения за счет применения металлоплакирующих смазочных _ переменной валентности: меди, олова, свинца, цинка и др. в поверхностях трения, в местах фактического контакта образуется защитная металлическая пленка толщиной 1-2 мкм. Эта пленка примерно в 10 раз превышает толщину пленок, образующихся при смазке с присадками химического действия.

Патент создания безызносных узлов трения безраздельно человека, животного, птиц, рыб. В нем сопряженные поверхности котором имеется полимерная пленка, пропитанная синовиальной жидкостью. Природа создала только одну конструкцию закрытого узла трения, применив один материал и одну смазку, обеспечив надежность и универсальность его.

При трении в режиме безызносности с использование отделён от материала другого твердого тела сопряжения мягким металлическим слоем (сервовитной пленкой), на котором находится серфинг – пленка (металлоорганическая пленка). Такое строение Сборник лучших работ поверхностей трения в суставах живых организмов.

В работе на специальной машине трения МТ-10 по патенту 2378637 исследованы различные металлоплакирующие смазки, сделана оценка термостойкости и интенсивности износа при применении различных смазок в одинаковых условиях эксплуатации узлов трения, а также приведены рекомендации по применению их в ряде отраслей техники: машиностроении, станкостроении, авиации, транспорте, сельскохозяйственной технике, машинах и аппаратах химических производств, в бытовой технике. Доказана высокая условиях разразившегося мирового кризиса, в решении ряда экологических проблем.

К середине ХХ века триботехника чётко разделилась на три раздела, тесно связанных между собой:

1. Трение несмазанных поверхностей;

2. Граничное трение 3. Гидродинамическое трение.

Это положение о трех видах трения существовало до открытия нового вида трения – безызносного, когда экспериментально в году два крупных российских учёных – триботехника Д. Н.

Гаркунов и И. В. Крагельский установили, что при граничном трении трущиеся детали могут самопроизвольно разделяться не только тонкой плёнкой смазки толщиной около 0,1 мкм, но и _ процессе работы узла трения. Установленный вид трения вначале был назван «избирательным переносом», а в последствии – деталей при «безызносном трении» может полностью отсутствовать.

Детали при этом выдерживают более высокие нагрузки и материалы деталей не соприкасаются между собой – они разделены тонкой металлической, так называемой, сервовитной пленкой.

Приведем определение эффекта безызносности. Эффект неокисляющейся металлической пленки с низким сопротивлением сдвигу и не способной накапливать при деформации дислокации. На пленке, образуя с ней химическую связь, может происходить дополнительный антифрикционный слой. Поскольку при эффекте безызносности трение сопровождается эволюционными процессами – образованием металлической пленки на трущихся поверхностях, то главным в этом случае становится самоорганизующийся характер трения, который обусловлен обменом трущейся пары с внешней средой энергией и веществом, а также коллективным поведением ионов металла, из которых формируется металлическая пленка. Она представляет собой металл в особом состоянии, имеющим место Сборник лучших работ только в процессе трения. Трение не может уничтожить пленку, так как оно ее воспроизводит.

Пленка при трении образуется из одного из материалов, участвующих в трении (бронзы, латуни), или другого медного сплава, или же из смазочного материала, содержащего порошки пластичных металлов, их соли, комплексные соединения металлов, металлоорганические соединения. Массоперенос при обычном трении повышает износ или делает сопряжение неработоспособным.

При эффекте безызносности это явление снижает или полностью исключает изнашивание поверхности трения.

Таким образом, трение из разрушительного процесса при граничной смазке, в условиях безызносности превращается в созидательный и его можно представить как самоорганизующееся явление неживой природы со свойствами, напоминающими функции работы сустава живого организма. В этом случае при трении не достигается уровень деструкции материала, при котором происходит износ, из – за периодической разрядки дислокаций на поверхности и аннигиляции их с вакансиями.

использованием металлов, обеспечивающих реализацию в узлах трения эффекта безызносности. Теоретически Д. Н. Гаркуновым обосновано и экспериментально доказано, что введение мягких металлов (Сu, Sn, Pb, Ag, Au, Cd, Zn) в смазочные масла может в _ значительной степени повысить износостойкость пар трения и, как следствие, повысить их ресурс.

Механизм образования защитных сервовитных и серфинг – пленок трибосопряжений. Патенты живой природы. Синергетика и самоорганизация трибосистем.

В середине 50-х гг. прошлого столетия при исследовании технического состояния шасси самолетов было обнаружено явление самопроизвольного образования тонкой пленки меди в парах трения бронза – сталь при смазывании их спиртоглицериновой смесью.

Пленка меди толщиной 1…2 мкм в процессе трения покрывала, как бронзу, так и сталь. Она резко снижала износ узла трения и уменьшала силу трения примерно в 10 раз. Почти в то же время подобное явление было обнаружено в парах трения сталь – бронза при смазывании смазкой ЦИАТИМ -201 (в шарнирно – болтовых соединениях самолетов), а несколько позднее – в паре сталь – сталь в узлах трения компрессора домашнего холодильника при смазывании маслофреоновой смесью.

Исследования показали, что медная пленка в паре сталь – бронза образуется в результате анодного растворения бронзы. При этом легирующие элементы цинк, олово, алюминий, железо уходят в смазочный материал и поверхность обогащается медью. После того как поверхность бронзы и стали покроется медью, растворение бронзы прекращается и устанавливается режим избирательного Сборник лучших работ холодильника медная пленка в паре сталь – сталь возникает в результате растворения медных трубок охладителя холодильника.

Ионы меди, поступая в маслофреоновую смесь, двигались в зону контакта, где формировалась защитная медная пленка. Компрессоры холодильников могут работать десятки лет без ремонта.

Избирательный перенос при трении (эффект безызносности) – явление, по своему характеру противоположное изнашиванию: если при изнашивании во время трения все процессы в зоне контакта необратимы и относятся к самоорганизующимся процессам неживой поверхности трения, а только в отдельных точках (отношение фактической площади контакта к номинальной составляет 1:100 – 1:10000).

направлением борьбы с изнашиванием и уменьшением сил трения было повышение твердости поверхностей трения деталей машин.

При повышении твердости материала уменьшается взаимное внедрение одной поверхности в другую, снижаются пластические деформации и окислительные процессы, а также действие абразива.

Было разработано много методов повышения твердости деталей:

закалка, наплавка твердыми материалами и др. Это решило многие _ вопросы, связанные с повышением ресурса машин и оборудования.

Однако с увеличением нагрузок в узлах трения, ухудшении условий смазывания методы повышения износостойкости деталей путем увеличения их твердости престали себя оправдывать.

При тяжелых условиях нагружения, значительных давлениях на контакте (>100 МПа) трущуюся пару можно рассматривать как термодинамическую систему, где возможен обмен поверхностей трения с внешней средой (смазкой) энергией и веществом и, следовательно, возможно образование новых структур на основе самоорганизующихся процессов.

Это и было обнаружено в стойках шасси самолетов при работе пары трения сталь – бронза и узлах трения компрессора домашнего холодильника в парах трения сталь – сталь. В поисках новых путей обратиться к живой природе. Анализ нагруженных подвижных сочленений живых существ показывает, что имеются два типа узлов трения - открытые и закрытые. Открытость и закрытость здесь понимаются не в термодинамическом понятии, а в смысле попадания на трущиеся поверхности абразивных части, влаги, пыли и других веществ. В открытых узлах трения работает твердый материал по твердому – это зубы животных. Закрытые узлы трения – суставы живых организмов, «сконструированные» на принципах, которые в машиностроении не применяют. На твердой кости располагается мягкий хрящ, на поверхности которого имеется тонкая подвижная Сборник лучших работ полимерная пленка. Сопряженная поверхность имеет такую же структуру. В суставе работают два одинаковых материала, причем коэффициент трения 0,001…0,03, что много ниже коэффициента трения в гидродинамических радиальных подшипниках или в сустава и имеет шероховатость, но в процессе нагружения сустава и его движения площадь фактического контакта в результате смятия шероховатости близка к 100%.

Сравним работу сустава человека и пары трения бронза – сталь в режиме избирательного переноса. Анализ приведенных схем показывает, что имеется достаточно четкая внешняя аналогия между работой сустава живого организма и пары трения бронза – сталь в режиме избирательного переноса. Эта аналогия лишь внешняя. В действительности механизм работы сустава живого организма в тысячи раз сложнее. Заметим, что подобные пары трения у мыши, обладающими «безызносностью». Известно, что биологические системы обладают способностью к самовосстановлению и могут работать десятки лет без износа. Долгое время существовало как бы противоречие законов развития живой и неживой природы.

Основной закон термодинамики Клаузиуса предсказывает рост энтропии, т. е. беспорядка в замкнутой системе. Эволюционная теория Дарвина, наоборот, устанавливает, что в основе отбора лежит _ повышение степени организованности биологических систем. Эти взаимно противоположные законы развития можно представить эволюция стала рассматриваться с кибернетических позиций и понятий автоматического регулирования и обратной связи, что в значительной степени сблизило эти два закона развития мира.

Во многих явлениях неживой природы явно отсутствуют какие – либо признаки самоорганизации, наблюдается распад системы и увеличение энтропии. Так, кусочек обычного сахара, выставленный на воздух, через некоторое время испаряется, исчезает. Обратного явления не происходит, сахар «из ничего» не образуется. След самолета в небе из конденсированных паров воды также вскоре рассеивается, пропадает. Подобных примеров множество. Но вот и другие примеры. При определенных условиях из паров воды, находящихся в воздухе, образуются (выпадают) снежинки. Они самоорганизация. Из расплавов металлов или растворов солей образуются кристаллы. Это примеры самоорганизации неживой природы.

внешних условиях. Вместе с тем это свойство не связано с каким – либо особым классом веществ. Узел трения в неживой природе Сборник лучших работ представляет собой открытую систему. К нему подводится энергия от электродвигателя, вращающего механизм, или от двигателя внутреннего сгорания. Как, правило, узлы трения смазываются.

Смазочный материал состоит из множества одинаковых элементов, в данном случае – молекул. В нем могут быть ионы металлов. Все это создает условия для самоорганизации новых структур.

До последнего времени считалось, что трение является разрушительным процессом. Обратное утверждение считалось абсурдом, как и то, что можно создать узел, который бы не изнашивался.

летательных аппаратов.

Однако природа позаботилась и о машинах. Рассмотрим один из примеров самоорганизации – узлы трения компрессора домашнего холодильника. Компрессор холодильника, как уже отмечалось, работает десятки лет в тяжелых условиях (постоянные пуски и остановки) практически без износа. Детали, работающие на трение, выполнены из стали, смазочным материалом служит смесь 50% масла и 50% фреона. В процессе работы на поверхностях трения стальных деталей - шейках коленчатого вала (шатунной и коренных), сопряженных подшипниках, поршне и цилиндре – самопроизвольно образуется тонкая медная пленка толщиной 1…2 мкм. Пленка формируется из ионов меди, образующихся в смазочном материале _ в результате незначительного коррозионного процесса медных трубок охладителя. Медные трубки растворяются маслофреоновой смесью и в ней появляются ионы меди. К месту контакта трущихся деталей ионы приносит охлаждающая смесь из фреона и масла, исполняющая также роль смазочного материала. После того, как в зоне контакта образуется медная пленка, условия трения деталей резко изменяются: снижается давление на контакте, уменьшается сила трения, падает температура, снижается износ пар трения.

На основании рассмотренного примера можно утверждать, что трение сопровождается эволюционными процессами, в результате которых разрушение поверхности становится второстепенным.

Главным выступает созидательный характер трения, который обусловлен обменом узла трения с внешней средой энергией и веществом, образование медной пленки, защищающей поверхности сервовитной (от лат. Servо-witte- спасать жизнь). Она представляет существующее только в процессе трения. Трение не может уничтожить пленку, оно её создает. Образование защитной пленки относится к новому классу самоорганизующихся явлений неживой природы. Их изучение только началось.

При деформировании сервовитная пленка не разрушается и не подвергается усталостному разрушению. Она воспринимает нагрузки, покрывая шероховатости поверхностей трения стальных и Сборник лучших работ чугунных деталей, которые практически не участвуют в процессе трения. В этих условиях мягкий металл работает по мягкому, нагрузка распределяется равномерно по поверхности трения, поэтому на единицу площади она незначительна. Это способствует продлению ресурса узла трения. Между трущимися поверхностями, покрытыми тонкой пленкой, располагается тонкая защитная серфинг – пленка, образующаяся в результате наличия смазки в узле трения и обеспечивающая мягкое скольжение при трении.

синергетики - науки о переходе сложных систем в живой и неживой обратно. Подобные явления образования сервовитных и серфинг – аппаратов, например, на бронзовой буксе шасси самолета ТУ-104.

Металлоплакирующие смазочные материалы для трибосопряжений в ХХI веке.

Многие десятилетия (более 60 лет) для обеспечения нормального режима работы и снижения износа сопряженных пар трения в смазочные материалы для химического модифицирования противозадирные присадки, включающие элементы V,VI,VII групп системы Менделеева, в основном серу, хлор и фосфор в количестве до 15%.Общим в механизме действия защиты поверхностей трения таких присадок является образование тонких пленок около 0,1 мкм в _ химического распада с контактирующими поверхностями металлов.

элементоорганических соединений продолжается до тех пор, пока не израсходовалась присадка, после чего наблюдается ускоренный износ пар трения.

В связи с ужесточением условий эксплуатации машин и механизмов, большими тепловыми и фрикционными нагрузками, удовлетворить требования, предъявляемые к смазочным материалам.

В решении этой проблемы получает развитие принципиально новое направление в создании смазочных материалов, основанное на научном открытии эффекта безызносности с использованием в узлах трения «металлоплакирующих» смазочных материалов.Впервые термин «металлоплакирующий» появился в 1962 году в связи с безызносности (избирательный перенос) – авторское свидетельство материалы (МСМ) – это материалы, содержащие (по массе от 0,1 до 10%) присадки: порошки металлов, сплавов и их оксидов, соли и безызносности, который проявляется в том, что на трущихся деталях Сборник лучших работ в процессе работы узлов трения формируется тонкая, трудно металлическая пленка из введенных в смазочные материалы присадок. Толщина пленки составляет от нескольких атомных слоев до 1-2 мкм.

универсальный – один узел трения для человека, животного, птицы и рыбы. Здесь сопряженные поверхности костей покрыты хрящом, на котором имеется полимерная пленка, пропитанная синовальной жидкостью. Работают в суставах одноименные материалы, причем мягкий по мягкому. Природа создала только одну «конструкцию»

закрытого узла терния, использовав один материал и одну смазку, сосредоточив внимание на надежности и универсальности узла.

Человечество при своем развитии и при совершенствовании научно – технических разработок не раз использовало аналоги явлений, выработанных за миллионы лет природой. Можно сказать, что в России впервые начаты работы по созданию узлов трения, которые по своему принципу напоминают суставы живых организмов.

За последние 10 лет в материаловедении появился новый термин – «интеллектуальные» материалы. Это ознаменовало новую фазу в конструировании материалов. Работы проводятся в Японии и Америке. Научных работников по изучению эффекта безызносности можно отнести к специалистам по созданию «интеллектуальных»

узлов трения. Взять хотя бы метод восстановления изношенных _ узлов трения машин без их разборки. Это напоминает выздоровление живого организма после какой – либо травмы.

самоорганизации наночастиц на стальных поверхностях трущихся деталей машин в процессе трения происходит из ионов меди, которые, подходя к ювенильной поверхности трения, захватывают электроны от стальной поверхности и превращаются в атомы;

последние кооперативно начинают строить на контактирующих поверхностях кристаллическую решетку меди толщиной 1-2 мкм.

стесненных условиях: большие контактные давления, сдвиговые деформации, комнатные температуры и др. Здесь кристаллизационные силы природы преодолевают все эти «препятствия» и выстраивают пленку меди с иными свойствами по сравнению с пленкой из обычной меди: огромное количество вакансий; малое число дислокаций; микропористость и уменьшение параметра кристаллической решетки.

Следует признать, что это лишь самое начало работ по данному направлению в области триботехники. Однако уже в данное время можно утверждать, что при решении такой важной проблемы на первый план теоретических исследований должны быть поставлены самоорганизующиеся процессы наночастиц в зоне фрикционного контакта.

Сборник лучших работ Для осуществления процесса металлоплакирования в режиме поверхностно – активных веществ, а также соединений, способных поверхностями генерируется ЭДС, напряженность электрического поля достигает значений 104В/м3, благодаря чему и осуществляется перенос ионов металлов, молекул поверхностно – активных веществ.

износа узлов трения при использовании металлоплакирующих смазочных материалов в лаборатории триботехники кафедры МТ- приведены в реферате, подготовленном мною к олимпиаде «Шаг в будущее». Широкие перспективы металлоплакирования поверхности (штамповке, волочении, прокатке).

Заключение.

Опыт прошлого свидетельствует, что научные прогнозы всегда значительно перекрывались новыми открытиями и возможностями.