Опыт развития инновационного потенциала Волгоградского государственного технического университета

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ИННОВАЦИИ № 6 (83), 2005
Опыт развития инновационного потенциала Волгоградского государственного технического университета
И. А. Новаков,
д. х. н., проф., ректор, член-корр. РАН
В. И. Лысак,
д. т. н., проф., проректор по НИР
Волгоградский государственный технический университет
В статье рассмотрен опыт взаимодействия органов управления Волгоградской области с научными и образовательными учреждениями по развитию научно-технической и инновационной деятельности в регионе. Представлены передовые научные разработки ученых Волгоградского государственного технического университета в различных отраслях техники.
In the article the experience of interaction of the Volgograd region administrating authorities with research and educational institutions on developing research, technical and innovative activity in the region has been considered. Advanced research developments of the Volgograd State Technical University scientists in different fields of industry are introduced.
Переход экономики на инновационный путь развития является одним из важнейших приоритетов государственной политики в области развития промышленности и науки. Одним из инструментов решения этой сложной задачи является взаимодействие российских ученых и промышленников при создании новых видов промышленной продукции.
В России доля затрат на исследования и разработки в ВВП непозволительно мала и составляет в 2005 году 0,38%, тогда как для ведущих стран она достигает 3,5%. Финансирование же научных исследований по Федеральной целевой научно-технической программе «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» в текущем году из российского бюджета составляет 266,4 млн руб. (0,37% от объема финансирования НИР без оборонки).
В структуре отечественной науки крайне низкой остается доля высших учебных заведений, выполняющих исследования и разработки. Так, раздел 0708 «Прикладные научные исследования в области образования» финансируется в размере 1 761,7 млн руб., что по отношению к общему финансированию НИР (без оборонки) составляет 2,4%. Это радикально противоречит мировым тенденциям.
При нынешнем уровне бюджетного финансирования российским ученым будет очень нелегко решить такую стратегически важную задачу, как разработка перспективных «прорывных технологий», о чем говорится в «Основах политики РФ в области развития науки и технологий на период до 2010 г. и дальнейшую
перспективу». А ведь без активной роли науки, в том числе вузовской, поставленных задач не решить.
Волгоградская область — один из регионов Российской Федерации, где активно развиваются пути интеграционных процессов в науке и промышленности, решаются задачи привлечения инвестиций в эти сферы, расширения межрегионального и международного сотрудничества. В 1998 году принят закон Волгоградской области «О научной деятельности и региональной научно-технической политике», координирующий отношения между субъектами научной деятельности, органами государственный власти и потребителями научно-технической продукции. В 1999 году создан Совет по научно-технической политике Волгоградской области, главная цель которого — содействие научно-исследовательским организациям в осуществлении ими фундаментальных и прикладных исследований, активизация инновационной деятельности в научно-технической сфере и межрегиональном сотрудничестве.
Принимая во внимание приоритетную роль фундаментальной науки в развитии современного общества, возросшую наукоемкость промышленных технологий, необходимость сохранения и поддержки эффективной работы творческих коллективов и отдельных ученых, Администрация Волгоградской области в течение ряда лет оказывает существенную поддержку высшим учебным заведениям по софинан-сированию проектов:
V региональных конкурсов «Поволжье» в соответствии с соглашением между Волгоградской обла-
стью и Российским фондом фундаментальных исследований-
V региональных конкурсов «Волжские земли в истории и культуре России» в соответствии с соглашением между Российским гуманитарным научным фондом и Администрацией Волгоградской области «О конкурсах проектов в области гуманитарных наук" —
V федеральной целевой программы «Интеграция науки и высшего образования на 2002−2004 гг.» на основании действующего соглашения между Администрацией Волгоградской области и Министерством образования и науки РФ-
V в сфере научных исследований, формирования и реализации научно-технической и инновационной политики на основании действующего соглашения между Администрацией Волгоградской области и Министерством образования и науки РФ. В области успешно функционируют научные целевые программы «Развитие информатизации высшего образования Волгоградской области» и «Реализация мероприятий молодежной политики Волгоградской области», полностью финансируемые из средств областного бюджета.
Научные исследования и разработки выполняются известными учеными вузов, НИИ, научными и академическими центрами Волгоградской области, в которых сосредоточен значительный научный и интеллектуальный потенциал. Образовательные учреждения Волгоградской области являются не только базой по подготовке научных и производственных кадров, но и мощными культурными центрами. Крупнейший из них — Волгоградский государственный технический университет, которому в мае этого года исполнилось 75 лет, — один из научных и исследовательских центров, развивающий естественные, экономические, гуманитарные науки и на их основе — теорию и практику во многих прикладных областях техники и технологий. В университете созданы и успешно развиваются известные в России и за рубежом научные школы химиков, материаловедов, металлургов, механиков и машиностроителей, приборостроителей и разработчиков ЭВМ и САПР.
Далее представлены наиболее значимые результаты научных исследований ученых университета,
выполняемых в рамках приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации.
Приоритетным направлением научной деятельности кафедры химической технологии и переработки эластомеров с первых дней ее основания стали исследования в области структурно-механических свойств эластомеров, связанные с разработкой и изучением свойств новых эластомерных композитов на основе жидких олигомерных каучуков. Результатом этих работ явилось создание новых наливных эластичных покрытий, которые широко используются при строительстве спортивных сооружений — беговых, игровых дорожек, теннисных кортов и т. д., а также применяются в качестве гидроизоляционных кровельных покрытий жилых и производственных зданий и сооружений.
Гидроизоляционная защита кровель зданий и строительных конструкций является актуальной проблемой. Современные темпы и объемы строительства требуют разработки и производства материалов, которые соответствовали бы условиям эксплуатации в самых различных климатических зонах, обеспечивая при этом стойкость к внешним воздействиям, долговечность, надежность, ремонтопригодность.
Сегодня на российском строительном рынке предлагается множество разнообразных кровельных и гидроизоляционных материалов, в основном, отечественного производства. Наиболее перспективными считаются наливные покрытия, которые наносятся в жидком состоянии и образуют монолитный гидроизоляционный ковер на поверхности любой формы и размера. В качестве вязкотекучих композиций чаще всего используют латексно-битумные эмульсии, растворы или водные дисперсии светостойких полимеров. Принципиальным недостатком этих материалов является низкое (20−60%) содержание основного (нелетучего) вещества. Монолитное покрытие формируется за счет испарения дисперсионной среды или растворителя, сопровождающегося образованием капиллярных пор и развитием в материале внутренних напряжений, что, в свою очередь, приводит к ухудшению эксплуатационных свойств покрытий. Для получения гидроизоляционного слоя толщиной 1−2 мм необходимо многократное нанесение компо-
Рис. 1. Кровельные покрытия зданий
ИННОВАЦИИ № 6 (83), 2005
ИННОВАЦИИ № 6 (83), 2005
Рис. 2. Гидроизоляционные покрытия спортивных сооружений: а — теннисный корт пл. 600 м² (г. Магнитогорск) — б — гандбольная площадка пл. 900 м² УСК «Олимп» (г. Тольятти) — в — беговые и лекгоатлетические дорожки
стадиона пл. 6 тыс. м2 (г. Витебск)
зиции на основание, тщательное высушивание нанесенных слоев, что сопряжено со значительными трудозатратами. При ремонте также возникают трудности из-за диффузии летучих веществ в капиллярные поры существующего покрытия.
Наливные гидроизоляционные композиции на основе реакционноспособных олигомеров — новый вид полимерных материалов, используемых в индустриальном строительстве (рис. 1). Они предназначены для устройства наливных гидроизоляционных покрытий и упругих покрытий легкоатлетических дорожек, спортплощадок, кортов. Эластомерные покрытия образуют бесшовный монолитный ковер непосредственно на поверхности основания при температуре окружающей среды. Композиции представляют собой низковязкие суспензии. Их переработка осуществляется по свободнолитьевой технологии непосредственно на месте применения. Получаемый материал адгезионно связан с основанием, свободен от внутренних напряжений и может быть уложен слоем требуемой толщины за одну операцию нанесения. По морозостойкости и гидролитической стабильности композиции на основе диеновых олигомеров превосходят кровельные материалы на основе высокомолекулярных насыщенных каучуков: этиленпропи-ленового, бутилового, хлорсульфополиэтилена. Упруго-эластические свойства материала покрытий обеспечивают оптимальное биомеханическое воздействие в системе «стопа человека — эластичная опора». Они не оказывают отрицательных воздействий на костно-мышечный аппарат легкоатлетов, выдерживают длительные и интенсивные тренировочные нагрузки. Покрытия отличаются высокой стойкостью к атмосферному старению, сохраняют упруго-эластические свойства в интервале температур от -40 до +80°С, разрешены к применению как в открытых, так и в закрытых сооружениях. По комплексу спортивно-технических свойств материал покрытий не уступает материалам аналогичного назначения, применяемым в мировой практике. По комплексу свойств разработанные композиции соответствуют уровню мировых стандартов и являются экологически безопасными. Наливные гидроизоляционные покрытия сохраняют свои характеристики при температуре от
-400 до +800°С. Они используются на центральных стадионах многих областных центров России, в спортивных сооружениях ведущих специализированных центров подготовки по игровым видам спорта, закрытых легкоатлетических манежах, цирковых аренах (рис. 2) и т. п. За последние пять лет новыми эластичными материалами покрыта площадь свыше 500 тыс. кв. метров.
Гидроизоляционные композиции используются для изготовления кровельных покрытий, герметиков и строительных мастик. Текучесть композиций регулируется в зависимости от условий применения, что дает возможность устройства гидроизоляции на поверхностях с любым уклоном при температуре от 5° С и выше. Благодаря высокой адгезии, морозо- и атмосферостойкости, гидролитической стабильности покрытия могут использоваться в любых климатических зонах. При получении и эксплуатации покрытий вредные вещества не выделяются. Состав композиций и конструкция покрытия обеспечивают пожаробезопасность кровли по требованиям стандарта Российской Федерации.
Разработанные композиции пригодны не только для изготовления наливных покрытий. Они могут использоваться в качестве клеящих и антикоррозионных мастик, герметиков бетонных швов, теплоизолирующих, звукопоглощающих и уплотняющих материалов, для изготовления эластичных матриц. Их применение открывает новые возможности комплексного решения технических, экономических и экологических проблем, возникающих при использовании полимерных материалов в строительстве.
Кафедрой «Аналитическая, физическая химия и физико-химия полимеров» под руководством член-корреспондента РАН, д. х. н., проф. И. А. Новакова проводятся научные исследования в направлении синтеза биологически активных веществ, мономеров и модификаторов полимерных материалов- квантово-химического и спектроскопического исследования строения молекул- разработки полимерных композиционных материалов- исследования свойств солевых систем и разработки рабочих тел химических источников тока. Осуществляются исследования в области охраны окружающей среды, направленные на раз-
работку методов анализа вредных веществ, созданию высокоэффективных коагулянтов и флокулянтов, рекуперации отходов производства. Ведутся работы по разработке методов концептуального анализа и синтеза систем, по использованию новых информационных технологий для моделирования процессов в химико-технологических системах.
В результате исследований разработаны способы получения различных функциональных производных адамантана, в том числе обладающих биологической активностью. Реализован способ получения 1,3-бис (карбоксиметил)адамантана на заводе «Био-химреактив» (г. Олайне, Латвия). Предложены способы получения диаминопроизводных адаманта-на, полиимидов и сополиимидов на их основе с повышенной термостойкостью и гидролитической стойкостью, обладающих высокими диэлектрическими характеристиками. Разработаны сополиимидная пленка «АПМ» в качестве термостойкого электроизоляционного материала с повышенной устойчивостью к действию растворов щелочей и модифицированное полиамидное волокно для изготовления корда с повышенной механической прочностью, превосходящей немодифицированные аналоги в 1,5 раза.
Разработана и внедрена на ОАО «Латекс» (г. Волжский Волгоградской области) опытная технология получения ^^(пента-диилиден)дифенила-мина — ускорителя вулканизации латекса на основе натурального каучука. Предложена резиновая смесь для изготовления длиннопрофильных изделий (губчатых и монолитных уплотнителей для окон, дверей и багажников автомобилей) с применением 1,5-бис (азо^фенил-пентана в качестве промотора адгезии.
В области получения полимерных материалов с пониженной горючестью выполняются исследования по синтезу фосфорсодержащих мономеров акрилового ряда (Р — 6−7%, С1 — 14−26%), в результате которых предложена и реализована в промышленности технология получения высокоактивного в реакции (со)полимеризации фосфорсодержащего диметакрилата. С применением этого мономера разработана огнестойкая полиэфирная композиция для стеклопластиков с пониженной горючестью, нашедших применение в судостроении. С целью повышения стойкости разработанных стеклопластиков к возгоранию предложено нанесение на их поверхность огне- и термозащитного материала, не распростаняющего пламя и имеющего стойкость к термоокислительной деструкции до температуры 400−450°С. Разработан способ получения фосполиола (содержание фосфора 9,5−10,5%, спиртовых групп — 8−11%) на основе промышленных продуктов для получения жестких пенополиуретанов с пониженной горючестью (К. И. — 24−25%).
Предложены новые способы получения катодных и анодных материалов и конструкций химических источников тока с литиевым анодом и расплавленным электролитом, полимерные литийсодержащие твердые электролиты для высокоэнергоемких химических источников тока с литиевым анодом.
Предложена и разработана методика рентгенофлуоресцентного анализа металлов с использовани-
ем предварительного сорбционного концентрирования для контроля промышленных стоков на содержание ртути (II), цинка и железа (III).
Разработан способ получения оксидного пигмента (содержание оксида цинка 80%) из отходов гальванических производств, который может быть использован в качестве активатора процесса вулканизации в резинотехнической промышленности и в качестве пигмента при производстве лакокрасочных материалов. Разработаны рецептуры резиновых технических изделий с применением отходов «спандекса».
Разработана технология получения коагулянта на основе гидроксихлорида алюминия для подготовки воды, получен гигиенический сертификат на подготовку воды хозпитьевого назначения и на очистку оборотной воды. Организовано производство коагулянта на АООТ «Волжский азотно-кислородный завод». Для разделения дисперсных систем в технологии водоподготовки, очистки сточных вод промышленных предприятий и обогащения руд и минеральных соединений методом флотации предложен в качестве высокоэффективного реагента полимерный комплекс органо-минеральной природы.
Разработана технология производства катионного флокулянта КФ-91 и организовано его промышленное производство с участием НПП «КФ» и ОАО «Волжский оргсинтез» (г. Волжский Волгоградской области).
Разработаны программно-методический комплекс по анализу и синтезу химико-технологических систем, комплекс программ для расчета ангармонических колебаний многоатомных молекул, методики дисперсионного анализа суспензий и эмульсий с применением программ на ЭВМ.
Одной из основных экологических проблем является накопление отходов производств. В то же время многие отходы имеют ресурсную ценность и могут быть использованы для изготовления материалов и изделий различного назначения.
В случае низкой опасности для окружающей среды и здоровья человека или в случае применения технологических приемов, понижающих токсичность отходов, можно говорить об инвестиционной привлекательности отходоперерабатывающих технологий. В ряде случаев отходы сами могут быть направлены на решение экологических проблем, связанных с ликвидаций загрязнения окружающей среды.
Одной из таких областей в природоохранной деятельности является ликвидация аварийных разливов нефти на воде и почве.
Волжским политехническим институтом (филиалом) ВолгГТУ под руководством д. т. н., проф. В. Ф. Каблова было разработано семейство нефтепоглощающих материалов на основе отходов производства резиновой промышленности.
Нефтепоглощающий диффузионно-сорбционный материал экологического назначения «Нефте-поглотитель ЭкоДС-1» предназначен для сбора нефти, нефтепродуктов с поверхности воды и грунта, а также может применяться для устранения загрязнений аварийных разливов различных органических
ИННОВАЦИИ № 6 (83), 2005
ИННОВАЦИИ № 6 (83), 2005
Рис. 3. Нефтепоглощающие диффузинно-сорбционные материалы «ЭкоДС»
веществ на территории нефтехимических и химических производств, нефтебазах, заправочных станциях, прудах-накопителях.
«ЭкоДС-1» выгодно отличается от известных сорбционных материалов, т. к. производится на основе дешевого сырья, что делает материал весьма доступным по цене по сравнению с зарубежными аналогами.
Материал «ЭкоДС-1» имеет вид пористых пластин толщиной 5−15 мм. В отличие от порошкообразных сорбентов он легко собирается с поверхности воды и грунта и легко утилизируется. Сбор нефтепродуктов осуществляется путем наложения материала на загрязненную поверхность (рис. 3). При толщине слоя нефтепродуктов, сопоставимых с толщиной материала, в течение первых 15 минут собирается не менее 90% нефтепродуктов. Максимальный эффект очистки достигается за 0,5−1 час. За это время слой нефти практически исчезает с поверхности воды.
После использования материал «Нефтепоглоти-тель ЭкоДС-1» может быть утилизирован и использован в качестве наполнителя для изготовления гидроизоляционных покрытий- его можно вводить в резиновые смеси, использовать в качестве топливного материала.
Разработан целый ряд технологических решений по утилизации кубовых аминосодержащих отходов производства анилина и морфолина — антикоррозионные полимерные покрытия, модификаторы резин, высокоэффективные клеи, гидроизоляционные покрытия, ремонтные составы дорожных покрытий при допускаемой температуре ремонтных работ от + 20 до -10°С (рис. 4) и напольные покрытия для производственных помещений с особо жесткими условиями эксплуатации.
На основе кубовых отходов получены агрессиво-стойкие покрытия «ЭПОЛ» и огнезащитное покрытие «ЭПОЛ-03».
Антикоррозионное покрытие «ЭПОЛ» — эмаль защитная (рис. 5), созданная на основе эпоксидной смолы и специальных модификаторов. Время отверждения — 8 часов при температуре 600 °C. При-
Рис. 4. Ремонт дорожных покрытий
меняется в промышленном строительстве и в нефтехимической индустрии. Имеет пониженную стоимость по сравнению с аналогами.
Огнезащитное покрытие «ЭПОЛ-03» предназначено для защиты изделий и конструкций от воздействия пламени и высоких температур, имеет хорошую адгезию к металлическим, деревянным поверхностям, высокую водо-, атмосферостойкость, стойкость к кислотам и щелочным средам.
Важно отметить, что большая ресурсная ценность данного вида отходов и большие объемы их использования в случае применения разработанных технологий позволяют упростить технологическую схему производства целевых продуктов, исключив ряд операций по сжиганию отходов.
Основным научным направлением кафедры «Материаловедение и композиционные материалы» ВолгГТУ, возглавляемой заслуженным деятелем науки РФ, д. т. н., проф. Ю. П. Трыковым, является разработка теоретических основ оптимального конструкторско-технологического проектирования и изготовления с использованием комплексных технологий, включающих взрывное воздействие, новых компози-
Рис. 5. Антикоррозионное покрытие «ЭПОЛ»
ционных материалов и изделий на основе металлических, полимерных и порошковых систем с повышенными и уникальными физико-механическими свойствами для практического использования в высокотехнологичных отраслях промышленности. На базе накопленных фундаментальных знаний получены металлические многослойные композиты, обладающие повышенной жаропрочностью, надежностью и трещиностойкостью при воздействии эксплутаци-онных нагрузок. Созданы научные основы конструирования и изготовления полимерных, металлополимерных и порошковых материалов и изделий с учетом активации взрывом и напряженно-деформированного состояния композиционных систем.
Значительное место в исследованиях кафедры занимает создание на основе впервые разработанных комплексных технологий нового класса конструкционных материалов — слоистых интерметаллидных композитов систем титан-железо, алюминий-магний, медь-алюминий, ниобий-железо, титан-алюминий и др., обладающих широким спектром ценных свойств:
а) стабильной прочностью соединения слоев на уровне прочности основных металлов в состояниях после сварки взрывом, горячей прокатки и стабилизирующей термообработки-
б) высокой жаропрочностью, в 5−15 раз превышающей жаропрочность исходных материалов-
в) высокими теплозащитными свойствами за счет значительного уменьшения коэффициента теплопроводности. Слоистые интерметаллидные материалы могут быть использованы в криогенной технике, энергетическом оборудовании, теплозащите летательных аппаратов.
Для аэрокосмической техники и энергетических систем внедрены включающие сварку взрывом, обработку давлением и термическую обработку комплексные технологии получения многослойных заготовок из алюминиевых и титановых сплавов, обеспечивающих высокую удельную прочность и гарантированную надежность при транспортных перегрузках- трехслойных обечаек (труб) из высокопрочных сталей с наружной и внутренней плакировкой из стали 12Х18Н10Т, обладающих равнопрочностью со-
единения слоев нержавеющей стали и обеспечивающих высокую эксплуатационную надежность летательных аппаратов при динамических нагружениях- трехслойных коаксиальных мембран из магнитных и немагнитных сталей диаметром 40−105 мм, обладающих минимальными усилиями занижения, низкой инерционностью срабатывания, высокой циклической прочностью- высокотемпературных многокомпонентных припоев систем Т -ЫЬ-У, 2г-Т1-У^е- У-Ра-№, Си-№-У-Т1-гг, Fe-У-NЬ.
Для металлургического и инструментального производств, деревоперерабатывающих предприятий разработаны и внедрены комплексные технологии изготовления биметаллического и многослойного режущего и штампового инструмента с рабочей кромкой из упрочненного термомеханическим методом плакирующего слоя, дискретная или плавно изменяющаяся геометрия которого обеспечивает благоприятное распределение рабочих нагрузок, и основным слоем из углеродистых или низколегированных сталей практически любой толщины (более 100 мм). Предложенные конструкции инструментов и технологии их производства, включающие сварку взрывом и термомеханическую обработку, в 1,5−2 раза повышают их долговечность, в 4−5 раз снижают расход дорогих и дефицитных инструментальных сплавов, в ряде случаев позволяют отказаться от дорогостоящей операции переточки инструмента.
Открытие сотрудниками кафедры нового явления — взрывной активации полимеров — позволило впервые решить проблему надежного соединения адгезионно-инертных термопластов как между собой, так и практически со всеми известными материалами (металлами, керамикой) при создании слоистых и наполненных композитов. Технологии взрывного прессования позволяют получать композиционные материалы на основе перспективных трудноперера-батываемых, термостойких полимеров (фторопласта, полиэтилена, фенилона, полисульфона, полиими-дов) с любой степенью наполнения, использовать активированный полимер (Ф-4, СВМПЭ) в качестве прослойки для повышения прочности в многофункциональных сложных композитах и при создании покрытий. Разработаны технологические приемы
1
Л'- %
ЩШ-
ИННОВАЦИИ № 6 (83), 2005
ИННОВАЦИИ № 6 (83), 2005
Рис. 7. Сверхпроводящие элементы из иттриевой ВТСП-керамики
получения фторопластовых композитов с металлическими (медь, бронза, алюминий, железо) и неметаллическими порошками с любой (от 5 до 90−95%) степенью наполнения (рис. 6), установлены оптимальные режимы взрывной обработки и спекания композиций, обладающих более высокими свойствами по сравнению с аналогичными, что существенно влияет на работоспособность в условиях эксплуатации. Созданы направляющие металлополимерного полоза гидрозатворов гидроэлектростанций из четырехслойного композиционного материала, обладающие эксплуатационной надежностью в диапазоне температур от -78 до +100°С, и сегментные подшипники для тяжелонагруженных узлов сухого трения, работоспособные при скоростях скольжения до 5 м/с в интервале температур −150… +200°С при диаметре вала от 100 до 600 мм. Низкий коэффициент трения, высокая износостойкость и устранение хла-дотекучести достигаются за счет оптимизации конструкции разработанных материалов, рабочие слои которых представляют собой композицию из Ф-4 и порошков бронзы. Повышение адгезии между фторопластом и металлом позволило разработать технологии получения и внедрить на химических предприятиях созданные с использованием активированных взрывом материалов композиционные мембраны из фторопласта-4 и фторопласта-2 диаметром от 80 до 220 мм, обладающие более высокой работоспособностью (до 1000 циклов) по сравнению с аналогичными мембранами промышленного изготовления (20−100 циклов) и требуемой коррозионной стойкостью в водных растворах кислот и щелочей концентрацией до 90% при температурах до 100 °C.
Методы численного моделирования ударно-волновых процессов и экспериментальные исследования межчастичных взаимодействий при взрывном прессовании порошковых композиций позволили создать антифрикционные, высокотемпературные сверхпроводящие, резистивные и сверхтвердые композиты. Для авиационных двигателей, высоконагруженных насосов, компрессоров, гидросистем разработана тех-
Рис. 8. Сваренные взрывом трех- и пятислойные титаноалюминиевые композиционные плиты для изготовления корпусов антенно-фидерных устройств космической техники
нология взрывного прессования торцевых антифрикционных уплотнений из никелированного порошка графита, предназначенных для длительной эксплуатации без смазки в агрессивных средах при высоких температурах и скоростях трения, обладающих повышенными технологическими свойствами. Создана с помощью ударно-волнового прессования высокотемпературная сверхпроводящая (ВТСП) керамика в виде крупногабаритных и сложных по форме изделий, обладающих по сравнению с промышленными аналогами повышенными технико-экономическими и служебными свойствами за счет 2−3-х кратного повышения рабочего ресурса (рис. 7).
Шлифовальные абразивные круги для заточки спиральных сверел из быстрорежущих сталей, полученные взрывным прессованием, обеспечивают по сравнению со полученными по традиционной технологии 1,5−2,0-кратное увеличение удельного съема металла, 2-кратный рост стойкости абразивного инструмента, высокую работоспособность при повышенных глубинах резания.
Сварка взрывом является приоритетным научным направлением кафедры «Оборудование и технология сварочного производства», возглавляемой д. т. н., проф. В. И. Лысаком. Характерной особенностью процесса плакирования взрывом является возможность соединения между собой металлов, сварка которых другими способами практически невозможна. Высокая производительность процесса сварки взрывом позволяет получать высококачественные композиционные материалы, себестоимость которых на 30−50% ниже аналогичных, изготовленных другими способами (наплавкой, пакетной прокаткой и др.). На базе накопленных фундаментальных знаний разработаны научные основы формирования соединения при высокоскоростном соударении металлов, впервые сформулирован и развит энергетический подход к формированию равнопрочных соединений при сварке взрывом, раскрыт энергетический баланс и кинетика изучаемого процесса. Создана концептуальная методологическая модель системного автома-
Рис. 9. Изготовленные с помощью сварки взрывом крупногабаритные композиционные корпуса нефтехимических аппаратов и трубные доски теплообменного оборудования АЭС
тизированного решения комплексной триединой задачи «материал-технология-изделие», реализованной в виде проблемно ориентированной САПР, позволяющей выполнять интеллектуальные процедуры синтеза внутренней структуры СКМ, рассчитывать и оптимизировать внешнюю «архитектуру» композитного узла, выбирать технологическую схему изготовления СКМ, обеспечивая при этом оптимальные параметры процесса.
Значительное место в исследованиях по сварке взрывом на кафедре заняли разработки наукоемких комплексных технологических процессов получения новых композиционных изделий и узлов для космической техники. Так, для РКК «Энергия» и НПО им. Лавочкина были изготовлены партии уникальных композиционных материалов из биметаллов ти-тан+алюминий, титан+магний, магний+алюминий с промежуточными специальными прослойками и без них, предназначенных для получения переходных элементов топливной аппаратуры и корпусов антеннофидерных устройств космических аппаратов (рис. 8).
Непосредственное плакирование эффективно, а в ряде случаев является безальтернативным вариантом при изготовлении крупногабаритных многотон-
Рис. 10. Сваренные взрывом медно-алюминиевые токоподводящие узлы и переходные элементы энергетического оборудования
нажных трубных решеток теплообменных аппаратов из сочетаний материалов высоколегированная коррозионностойкая сталь+низкоуглеродистая конструкционная сталь, титан+сталь, латунь+сталь и др. (рис. 9). Эти сваренные взрывом биметаллические трубные решетки уже длительное время безотказно эксплуатируются на АЭС «Харагуа» (Куба), «Козлодуй» (Болгария), «Ловииза-2» (Финляндия), «Ленинградская» (Россия), на ряде химических предприятий России. Для ОАО «Норильский никель» были изготовлены сваркой взрывом крупногабаритные биметаллические плиты медь+нержавеющая сталь, используемые в шлаковых желобах печей, что позволило увеличить их срок службы более чем в 10 раз и значительно снизить себестоимость по сравнению с медными секциями.
На кафедре сварочного производства разработаны новые конструкции сваренных взрывом биметаллических медно-алюминиевых токоподводящих элементов силовых электроцепей (рис. 10), внедренные в акционерных обществах «Волгоградэнерго», «Аст-раханьэнерго», «Саратовэнерго», «Пермьэнерго», на московском заводе «Электрощит» и позволяющие существенно снизить бесполезные потери электроэнергии в контактных узлах, а также повысить их надежность и в несколько раз увеличить срок эксплуатации.
Новые энергосберегающие технологии изготовления с помощью сварки взрывом токоподводящих анодных и катодных узлов электролизеров, внедренные на ОАО «Волгоградский алюминий», позволили не только увеличить в 2−3 раза срок службы контактных узлов, но и снизить потери электроэнергии более чем в 5 раз. Все эти научно-технические разработки были отмечены серебряной и бронзовой медалями ВДНХ.
Разработка новых методов повышения надежности, технического уровня и конкурентоспособности различных машин и оборудования с использованием лазерного излучения и износостойких покрытий является приоритетным научным направлением, возглавляемым д. т. н., проф. Е. И. Тескером.
Особенностью процесса лазерного воздействия является придание поверхностным слоям высокона-груженных деталей уникальных физико-механических и физико-химических свойств, которые невоз-
ИННОВАЦИИ № 6 (83), 2005
ИННОВАЦИИ № 6 (83), 2005
Рис. 11. Разработки кафедры используются на предприятиях ОАО «Каустик», ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепере-работка», ООО «Астраханьгазпром», ОАО «Химпром» (а — штоки дозирующих насосов с защитным полимерным покрытием- б — лопатка турбины, восстановленная лазерной наплавкой- в — детали насосно-компрессорного оборудования)
можно получить другими методами при тех же производственно-энергетических затратах.
С использованием лазерного излучения можно осуществлять (рис. 11):
> упрочнение локальных участков поверхностей деталей, подверженных изнашиванию и разрушению при эксплуатации-
> получение на поверхностях деталей композиционных слоев с новыми характеристиками-
> модифицирование поверхности детали с целью получения на поверхностях дешевых конструкционных сталей специальных слоев со свойствами высоколегированных сталей-
> восстановление изношенных поверхностей с получением свойств, превышающих эксплуатационные свойства новых изделий, в том числе и импортного производства, при этом достигается значительное снижение эксплуатационных затрат и себестоимости ремонта-
> формирование специальных полимерных многофункциональных покрытий, обеспечивающих значительное повышение износостойкости при эксплуатации в агрессивных средах.
На базе фундаментальных и прикладных исследований разработаны научные основы лазерной обработки различных конструкционных материалов, позволяющие получать поверхностные слои с широким комплексом эксплуатационных свойств. Разработаны теория, методы расчета несущей способности и управления свойствами высоконагруженных деталей, работающих в условиях многофакторного воздействия. Изучены и описаны кинетика и механизм изнашивания и разрушения поверхностных слоев, упрочненных различными методами, разработаны новые методы испытаний и экспресс-контроля качества деталей после лазерного упрочнения.
Большое внимание в исследованиях процессов лазерного воздействия на различные материалы уделяется последующему внедрению в производство новых ресурсосберегающих и импортозамещающих технологий.
Так, например, для ООО «ЛУКОЙЛ-Волгоград-нефтепереработка» с использованием разработанных новых технологий была восстановлена работоспособность одноцилиндровых установок американского производства, используемых для определения октанового числа выпускаемого топлива. Для предприятий нефтегазового комплекса выполнены работы по восстановлению роторов турбокомпрессоров произ-
водства Framatome, деталей насосов Frackmaster, Clextral и других. Для ФГУП «Салют» разработана принципиально новая технология восстановления лопаток турбин из жаропрочного сплава. Разработаны и используются в промышленности новые лазерные технологии обработки различных полимерных материалов, обеспечивающие формирование защитных и антифрикционных покрытий на металлических и неметаллических материалах, повышение негорючести и других свойств.
На кафедре «Теоретическая эксплуатация и ремонт автомобилей» сложилось единое научное направление «Разработка конструкции, технологии изготовления и диагностирование автомобильных автоматизированных тормозных систем», которое возглавляет заслуженный деятель науки РФ, д. т. н., проф. А. А. Ревин. Испытания современных тормозных систем — сложная и многогранная задача, связанная с определенными трудностями и материальными затратами.
Существующие стандарты требуют специальных режимов проведения испытаний, что еще больше усложняет работу специалистов над созданием и применением новых тормозных систем.
Проведение приемочных испытаний на полигонах является довольно кропотливой работой, да и сами полигоны, обладающие практически всеми видами дорожных покрытий, являются уникальными сооружениями. В нашей стране, например, этим требованиям соответствует только НИЦИАМТ.
Проведение испытаний на стендовом оборудовании в лабораторных условиях дает несомненные преимущества перед полигонными: возможно обеспечение отличной воспроизводимости условий испыта-
Рис. 12. Стенд ВолгГТУ для испытания тормозных систем
Рис. 13. Стенд для испытаний электрогидравлической тормозной системы
ний, а также секретности разработок, проведение испытаний в лаборатории не зависит от погодных условий и времени суток, что позволяет значительно сократить сроки разработки и адаптации новых систем.
К тому же в современных автоматизированных тормозных системах постоянно усложняются и совершенствуются алгоритмы работы, а на реальной дороге практически невозможно точно отследить результат тонкой коррекции алгоритма работы наиболее эффективным методом сравнения состояний, поскольку необходимо идеально воспроизвести условия испытаний.
Обеспечить высокую воспроизводимость испытаний тормозных систем позволяют современные технологии построения стендов, моделирования и проведения испытаний, разработанные в Волгоградском государственном техническом университете (ВолгГТУ) начиная с 70-х годов прошлого века. Уже в то время
Рис. 15. Многоцелевое шагающее шасси для работы на слабых грунтах
Рис. 14. Шагающая опора для многоопорной дождевальной машины
разрабатываемые технологии показали себя с лучшей стороны, и стенд, базирующийся на принципах комплексной технологии моделирования, был внедрен в лаборатории ГосНИИ гражданской авиации и использован при испытаниях тормозных систем самолета ЯК-42.
Так, например, созданный в ВолгГТУ стенд (рис. 12) представляет наиболее полную реализацию разработанных на данный момент технологий.
Наиболее полно реализованная технология моделирования позволяет не только проводить испытания тормозных систем, но и, посадив за руль «реального» водителя, посмотреть, как он будет реагировать на работу системы, т. к. во всех современных нормативных требованиях предусмотрена возможность коррекции траектории движения автомобиля в процессе торможения в определенных пределах.
Рис. 16. Шагающая машина «Восьминог»
ИННОВАЦИИ № 6 (83), 2005
ИННОВАЦИИ № 6 (83), 2005
Для решения отдельных локальных задач проектирования не всегда необходима подобная, наиболее полная реализация, как вышеприведенный стенд. Созданная технология позволяет реализовать стенд под конкретные задачи испытаний с помощью задаваемых «функциональных блоков», т. е. получается своеобразный «конструктор» для лабораторных испытаний тормозных систем. Например, на базе «функциональных блоков» совместно с итальянской группой по исследованию динамики шасси, департамента механики Туринского политехнического института и при технической поддержке FIAT Auto был создан стенд (рис. 13) для отработки технических решений электрогидравлической тормозной системы и поиска путей снижения стоимости путем возможного применения серийно производимых клапанов от гидравлических блоков Bosch ABS 5. 3, который уместился на лабораторном столе.
Таким образом, получившийся «конструктор» позволяет быстро строить стенды любого уровня сложности в зависимости от поставленных задач и помогать в кропотливом труде конструкторам, технологам и испытателям.
Разработанные технологии позволяют решать задачи, касающиеся не только испытаний тормозных систем, но и задачи испытаний динамики шасси автомобиля при внесении изменений в конструкцию и отработке новых идей.
Основное направление научно-исследовательской работы кафедры теоретической механики, возглавляемой д. ф-м. н., проф. Е. С. Брискиным, — разработка многоногих, статически устойчивых шагающих машин. К настоящему моменту имеются законченные основы теории движения как по грунтам с низкой несущей способностью, так и по неорганизованной поверхности. На основе фундаментальных теоретических исследований за последние 20 лет создано несколько модификаций шагающей машины с движителями на основе цикловых механизмов.
Дождевая машина «Кубань» с шагающими движителями (рис. 14), испытания и эксплуатация ко-
Рис. 17. Погрузочно-разгрузочные работы на грунтах с низкой несущей способностью
торой проводились в опытном хозяйстве «Орошаемое» Волгоградской области, при массе шагающей опоры 500 кг и полезной нагрузке 2 т создает давление на грунт 0,3 кг/см2 и перемещается со скоростью 0,067 м/с. Шагающая опора предназначена для передвижения многоопорных дождевальных машин в условиях сильно переувлажненного грунта без образования колеи и может использоваться при внедрении почвосберегающих технологий.
Многоцелевое шагающее шасси (рис. 15) предназначено для работ с различным навесным оборудованием на грунтах с низкой несущей способностью (болота, песок и др.) и на экологически ранимом почвенном покрове (тундра, лес, сельхозугодья). При собственной массе 1600 кг автономное шагающее шасси способно перемещать груз до 3,5 тонн.
Транспортно-технологическая шагающая машина «Восьминог» (рис. 16) предназначена для транспортно-технологических работ в сложных условиях (болота, тундра, песок и др.). Машина снабжена манипулятором грузоподъемностью 1500 кг и бортовым сварочным аппаратом. Масса машины — 3,5 т, масса груза — 2 т, скорость передвижения — 0,067/0,235 м/с, мощность электромеханического привода с питанием бортового дизель-генератора — 16 кВт, ширина колеи — 2,5 м, стопы четырех сдвоенных лямбдаобраз-ных шагающих опор — лыжеобразные размером 0,24×1,6 м, давление на грунт — 0,2 кг/см2, поворот организуется бортовым способом.
Для реализации кинематически точного поворота шагающая машина «Восьминог М» оснащена поворотным кругом, на котором установлены два независимо работающих подъемных движителя (домкрата) с развитой опорной площадью. Это позволяет вывесить машину на домкратах даже на неровной поверхности и повернуть на требуемый угол на поворотном круге. По своим характеристикам шагающая машина «Восьминог М» не уступает машинам, имеющим механизмы шагания с тремя степенями подвижности, а по надежности, простоте конструкции и системы управления превосходит последние и может эффективно применяться в качестве шасси для различного технологического оборудования.
Рис. 18. Ликвидация аварийного разлива нефти на заболоченном участке
Рис. 19. Работа на очистных сооружениях Волжского химкомбината
Отличительная особенность шагающей машины «Восьминог М», разработанной на кафедре теоретической механики Волгоградского государственного технического университета, состоит в продольном размещении на каждом из бортов двух пар лямбда-образных механизмов шагания с одной степенью подвижности, приводимых в движение одним двигателем. Механизмы шагания каждой пары устанавливаются противофазно и образуют один движитель, а на каждом из бортов положения переднего левого механизма и заднего правого идентичны. Движители устанавливаются на несущих балках, с одной стороны шарнирно присоединенных к корпусу машины, а
с другой — упруго подвешенных в вертикальной плоскости. Такая схема позволяет не заботиться о выборе походки и обеспечивает гарантированный контакт с грунтом всех четырех движителей в пределах хода подвески. Вместе с тем, при работе навесного оборудования, например манипулятора, установленного в той части машины, где несущие балки присоединены шарнирно, обеспечивается жесткая связь с грунтом.
Имеется опыт практического использования разработанных шагающих машин в сельском хозяйстве (рис. 14), при выполнении погрузочно-разгрузочных работ на грунтах с низкой несущей способностью (рис. 17), при ликвидации аварийного разлива нефтепродуктов на заболоченном участке с помощью трала из нефтепоглощающего диффузионно-сорбционного материала «Нефтепоглотитель ЭкоДС-1» (рис. 18), работы на очистных сооружениях (рис. 19). Во время испытаний и опытной эксплуатации шагающие машины показали такие преимущества, как экологичность, высокую грунтовую проходимость, значительную профильную проходимость (в режиме специального маневрирования).
По своим функциональным возможностям шагающие машины серии «Восьминог» не уступают зарубежным машинам: и те, и другие имеют хорошую маневренность (вплоть до поворота на месте, при неподвижно стоящих на грунте опорах), проходимость, тягово-сцепные свойства.
Достигнутые результаты в разработке и исследовании шагающих машин отмечены почетными дипломами и золотыми медалями ВВЦ на 1-й и 2-й специализированных выставках «Робототехника» (Москва, ВВЦ, 2004), почетными дипломами и бронзовой медалью ВВЦ на IV Московском международном салоне инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, 2004).
ОАО «Трансфер^
предлагает:
[3 Консультационные услуги по коммерциализации и передаче технологий.
Ш Управление инновационными проектами.
В Подбор технологических решений по запросам промышленных предприятий, подготовку обзоров по рынкам и технологиям.
0 Информационную поддержку новых разработок, включая подготовку публикаций в журнале «Инновации».
Ш Редакционно-издательские услуги по изданию книг, брошюр, каталогов, рекламно-информационных материалов и другой печатной продукции.
Обращаться в редакцию журнала «Инновации»
Тел. /факс: (812) 234−0918- тел. (812) 234−6658. Е-таіІ: transfer@eltech. ru
ИННОВАЦИИ № 6 (83), 2005

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой