Научные стремления 2011-1

Литературные источники

1.Уголовный кодекс Республики Беларусь от 9 июля 1999 г. N 275-З Принят Палатой представителей 2 июня 1999 года, одобрен Советом Республики 24 июня 1999 года

2.Военно-политический и научно-технический журнал N2, 2002 год, «БОЕВОЕ ЭЛЕТРОШОКОВОЕ ОРУЖИЕ» Михаил Сильников.

3.Интернет ресурс http://ultra.tamb.ru/electroshock.html.

4.Интернет ресурс http://gunroom.chat.ru/elektro.htm.

W.P. Brunin, A.N. Kovalenko

THE ELECTROSHOCK WEAPON, AS SELF-DEFENSE MEANS

Faculty of internal troops formation establishment «Military academy of Byelorussia», Minsk

Summary

The electroshock weapon — the weapon, which principle of action it is based on direct action of the electric category on the live purpose. Belongs to the class of the weapon of not lethal action (ОНД). It allows to secure the life and health. To use it it is necessary only for life and health protection, in cases defined by the law.

631

УДК 620.2

И.И. Вегера, А.И. Михлюк

РАЗРАБОТКА И ОСВОЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА УНИВЕРСАЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА,

ОБЛАДАЮЩЕГО ВЫСОКИМ К.П.Д. И НИЗКИМ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ

ГНУ «Физико-технический институт НАН Беларуси», Минск

В настоящее время в суммарном потреблении тепло- и энергоресурсов предприятиями промышленности Беларуси, доля производств с применением операций нагрева в газовых, электрических печах и индукционных установках составляет свыше 10 процентов, причем процессы с

использованием индукционного нагрева занимают менее одного процента. Применение индукционного нагрева имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными нагревательными устройствами. Это, прежде всего, высокий к.п.д. и компактность индукционных установок, позволяющих встраивать их в линии механической обработки, высокая производительность операций нагрева, формирование на поверхности деталей термически упрочненных слоев, обеспечивающих повышение эксплуатационных характеристик и специальных свойств. Следует отметить, что индукционный нагрев чаще всего применяют при проведении операций ковки, штамповки, прессования, объемной и поверхностной термической обработки металлов и сплавов. Весьма эффективно применение индукционного оборудования при создании плавильных устройств небольшой емкости.

Термообработка при индукционном нагреве более экономична и менее трудоемка и по качеству готовых изделий не уступает, а в ряде случаев и превосходит процессы печной обработки. При индукционном нагреве резко сокращается время нагрева, окисление и обезуглероживание поверхности деталей, снижается коробление деталей при закалке, что позволяет существенно уменьшить припуски на механическую обработку. При поверхностной индукционной закалке вместо цементации в сотни раз сокращается длительность процесса, снижается трудоемкость и стоимость упрочнения, в несколько раз снижаются затраты электроэнергии, отпадает необходимость использования природного газа, минеральных масел, асбеста, жаропрочных и жароупорных материалов, устраняются выбросы в окружающую среду применяемых вредных веществ и продуктов их распада.

Однако необходимо отметить, что темпы расширения области применения индукционного нагрева сдерживаются проблемами приобретения современного оборудования, необходимостью разработки или корректировки технологических процессов, позволяющих обеспечить высокое качество выпускаемой продукции и снижения себестоимости. Не менее остро для республики стоят проблемы замены или модернизации оборудования, нагревательных устройств, совершенствования технологических процессов термической обработки.

632

На сегодняшний день на промышленных предприятиях Республики Беларусь в наличии находится и используется около 500 высокочастотных преобразователей. Причем около 50% из них это машинные генераторы, 38% ламповые, 10% тиристорные и 3% транзисторные генераторы. Основное количество индукционного оборудования (около 50%) сосредоточено на крупных промышленных предприятиях, таких как МТЗ, МАЗ, Борисовский завод «Автогидроусилитель», Гомсельмаш, Белкард и др. Анализируя количественный состав генераторов, имеющихся в настоящее время в республике по годам выпуска следует отметить, что в данный момент на предприятиях используется оборудование, произведенное в период с 1956 года по 2008 год. Тревожной остается статистика физического состояния индукционного оборудования на предприятиях республики. Около 70% генераторов имеют 100% износ, 20% - износ более 50% процентов и 10% - износ менее 50%. Поэтому в настоящее время перед промышленными предприятиями стоит очень важная задача по модернизации и замене имеющегося индукционного оборудования выработавшего свой ресурс. При этом речь должна идти не о замене физически изношенного, а о приобретении современного оборудования нового поколения к которому относятся транзисторные и тиристорные преобразователи. Они имеют более высокий к.п.д. (выше 95 %) по сравнению с машинными (к.п.д. 75 %) и ламповыми (к.п.д. 70 %), меньшие размеры (от 1/3 до 1/10 объема ламповых генераторов), большой срок службы силовых транзисторов и тиристоров (при сроке службы генераторных ламп от 4000 до 6000 часов), низкий расход охлаждающей воды.

Второй не менее важной задачей является разработка новых перспективных технологий индукционной термической обработки различных деталей и заготовок для замены устаревших энергозатратных технологий печного нагрева.

Для решения данных задач был проведен мониторинг наличия, технического состояния и применения оборудования индукционного нагрева более чем на 60 предприятиях Республики Беларусь, а так же изучена потребность данных предприятий в модернизации и приобретении нового оборудования. Кроме того, сделан обзор современного оборудования индукционного нагрева отечественного и импортного производства и разработаны типовые технологические процессы индукционного нагрева, а также методики расчета их эффективности. Было показано, что при замене существующих физически и морально устаревших ламповых и машинных преобразователей ТВЧ на транзисторные или тиристорные только за счет экономии электроэнергии при работе на холостом ходу и под нагрузкой срок окупаемости нового оборудования составляет от 1,5 до 3 лет.

Проведена классификация типовых процессов индукционного объемного и поверхностного нагрева, разработаны типовые технологические процессы индукционного нагрева, а также методики расчета их эффективности. Разработаны рекомендации по выбору индукционного оборудования для реализации типовых процессов объемного и поверхностного нагрева. Описаны

633

методики расчета частоты и мощности преобразователя частоты в зависимости от необходимой глубины нагрева.

Созданы методики по расчету и проектированию индукторов и даны рекомендаций по изготовлению индукторов обладающих высоким к.п.д. Ведутся работы по созданию электронного каталога индукторов.

Для разработки новых технологий индукционной обработки машиностроительных деталей и различных полуфабрикатов, изучены особенности механизма и кинетики фазовых и структурных превращений, процессов рекристаллизации и фазовой перекристаллизации высокопрочных сталей и сплавов, их механические и эксплуатационные свойства в зависимости от режимов нагрева и охлаждения. По результатам, которых разработаны новые технологические процессы и оборудование.

1.Технологический процесс и индукционное оборудование термической обработки сыпучих материалов (литой дроби и стружки).

2.Технологический процесс и оборудование объемно-поверхностной закалки ряда зубчатых колес ведущего моста автомобиля МАЗ изготовленных из стали пониженной прокаливаемости. Данный процесс внедрен вместо энергозатратной и длительной химико-термической обработки деталей из легированных дорогостоящих материалов.

3.Индукционные установки и технологии термической обработки стального круглого и профилированного длинномерного проката.

4.Технологии и оборудование поверхностной закалки различных деталей автомобиля МАЗ, таких как ступица шестерни, кулак поворотный, полуось и.т.д.

Внедрение данных научных разработок в производственный процесс на ОАО «МАЗ» позволило получить ежегодный экономический эффект около

1178 тыс. у.е., при этом снижение энергозатрат составило: электроэнергии 2925 тыс. кВт/ч; природного газа 1562 тыс. м3. Кроме того новые технологии позволили значительно повысить свойства и качество выпускаемой продукции

иснизить применение дорогостоящих материалов.

В настоящее время в рамках ГНТП «Технологии и оборудование машиностроения» (подпрограммы «Технологии машиностроения») под руководством академика Гордиенко А.И. в ФТИ НАН Беларуси совместно с ОАО «МАЗ» и ОИМ НАН Беларуси ведутся работы по 2 заданиям.

1. Создание энергосберегающей технологии и комплекса автоматизированного индукционного оборудования для нагрева под пластическую деформацию на горизонтально-ковочной машине. Данная технология и комплект автоматизированного технологического оборудования для производства деталей номенклатуры ОАО «МАЗ», позволит получить экономию топливноэнергетических ресурсов в 3,8 раза и повысить качество выпускаемых деталей за счет исключения угара и обезуглероживания металла. Начиная с 2013 года по данной технологии будет выпускаться около 400 000 деталей в год на сумму 130 млн. долларов, в том числе на экспорт около 100 млн. долларов.

634

2. Создание технологии и комплексной технологической установки для поверхностной термообработки деталей автомобильной техники. Данная энергосберегающая технология и комплексная технологическая установка для поверхностной термообработки деталей номенклатуры ОАО «МАЗ», позволит получить экономию около 100 тыс. долларов в год за счет сокращения потребления электроэнергии, и повысить качество выпускаемых деталей за счет повышения эксплуатационных свойств. Начиная с 2013 года по данной технологии будет выпускаться около 140 000 деталей в год на сумму около 40 млн. долларов, в том числе на экспорт около 30 млн. долларов.

Данный комплексы индукционного оборудования будут включать в себя: современный преобразователь частоты на транзисторной основе, нагревательную установку с полной автоматизацией, программируемый блок системы управления и контроля. Подобный комплекс в 2011 году был изготовлен на базе ГНУ «ФТИ НАН Беларуси» и поставлен для термообработки длинномерных станин на РУП «МЗОР» в настоящее время происходит его наладка и испытания. Кроме того на базе ГНУ «ФТИ НАН Беларуси» в 2011 году планируется создание сертифицированного производства универсальных индукционных установок и дополнительного оборудования, а так же разработка современных технологических процессов обработки различных деталей.

Литературные источники

1. Обработка изделий машиностроения с применением индукционного нагрева // Гордиенко А.И., Гурченко П.С., Михлюк А.И., Вегера И.И. – Минск : Белар. Навука. – 2009.

– 287 с.

I.I. Vegera, A.I. Mihlyuk

DEVELOPMENT AND IMPLEMENTATION OF PRODUCTION OF GENERALPURPOSE EQUIPMENT DESIGNED FOR INDUCTION HEATING THAT IS

CHARACTERIZED BY HIGH EFFICIENCY AND LOW POWER CONSUMPTION.

Physical-Technical Institute of NAS of Belarus, Minsk

Summary

The paper is devoted to production of new induction-heating technologies and equipment that are used for surface heat treatment of parts and heating of semi-finished products before carrying out subsequent deformation.

635

УДК 655.222.3

С.К. Грудо, С.В. Медведев, С.А. Барташевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОПОЛИМЕРНЫХ ПЕЧАТНЫХ ФОРМ ЗА СЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФОТОПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА

Белорусский государственный технологический университет, Минск

Введение. При большом разнообразии торговых марок флексографских пластин, выпускаемых различными компаниями как BASF, DUPONT, Oy Pasanen & Co и др., стоит отметить, что все они обладают сходными свойствами, а их обработка осуществляется по схожим технологиям. Суть технологического процесса изготовления флексографских печатных форм (ФПФ) заключается в воздействии УФ-излучением на молекулы фотоинициатора. Поэтому традиционный аналоговый процесс изготовления ФПФ, в основе которого лежит такое химическое явление, как полимеризация, включает в себя шесть последовательных технологических этапов, три из которых являются экспонированием. К новым способам флексографских печатных форм можно отнести цифровую технологию «Computer-to-Plate» (CtP). Эта технология в настоящее время получает все большее распространение из-за значительного повышения качества выпускаемой продукции. Технология CtP использует специально разработанные фотополимерные пластины с черным масочным слоем. Данный процесс отличается от традиционного лишь принципом прямой цифровой записи растровой структуры на масочном слое без применения негатива [1].

Но, несмотря на схожесть обоих технологических процессов, анализ полученных печатных форм показал отличие их качественных и эксплуатационных свойств, к примеру, крутизной граней для печатающих элементов форм, размером минимального печатного элемента растрового изображения. Кроме того, важной задачей создания рельефной растровой структуры формы является придание ей гомогенных свойств, обладающих высокими печатноэксплуатационными характеристиками. На это направлена операция дополнительного экспонирования. Однако она не позволяет повысить физикомеханические и эксплуатационные свойства за счет более полной полимеризации и дополнительной сшивки полимерных цепочек.

Целью исследования является повышение эксплуатационных свойств цифровых ФПФ путем улучшения их физико-механических показателей. Проанализировав имеющиеся поверхностные, химические или механические способы модификации свойств полимерных материалов, был определен способ модификации – воздействие УЗ-колебаниями. Стабилизацией свойств полученных ФПФ является дозирование энергетических параметров УЗ-колебаний с целью деструкции слабых π-связей в двойных связях атомов углерода (С=С), что позволяет «включить» вторичный процесс полимеризации между образовавшимися микрорадикалами. Это позволит увеличить дополнительную сшивку звеньев фотополимерных композиций.

636

Материалы и методы исследования. ИК-спектроскопия исследуемых фотополимерных пластин фирмы DUPONT марки Cyrel DPU (для цифрового экспонирования) позволило установить, что исследуемые образцы относятся к синтетическим каучукам. Этот полимер широко используется для изготовления флексографских печатных форм. Как известно, прочность связей между отдельными атомами определяет физико-механические свойства материалов. Для изменения этих свойств необходимо приложить энергию УЗ-колебаний больше, чем энергия π-связи (266 кДж/моль), но меньше энергии ζ-связи (348 кДж/моль). Таким образом энергетическое условие полной средней УЗ-энергии

водном моле вещества: 266 кДж/моль≤Е≤348 кДж/моль.

Врезультате воздействия УЗ-колебаний в фотополимерных формах происходит разрыв π-связей и появляются свободные валентности, а макромолекулы полимера превращаются в макрорадикалы, имеющие в различных точках полимерной цепи незамещенные валентные связи. Таким образом, можно добиться дополнительной сшивки звеньев ФПФ, что позволит улучшить физико-механические свойства ФПФ. Для определения энергии УЗколебаний было использовано уравнение гармонических колебаний распространения волны вдоль оси ординат, преобразовав которое получили выражение для полной энергии в одном моле вещества:

колебаний на степень сшивки фотополимерной композиции была спроектирована и изготовлена экспериментальная установка, состоящая из стальной опорной плиты и рабочего акустического инструмента УЗ-облучения, выполненного в виде плиты из материала Д16Т, на рабочую поверхность которой посредством УЗ-преобразователей подводятся от УЗ-генератора электрические высокочастотные сигналы. Форма акустического инструмента для УЗ-облучения [2] рассчитывалась исходя из длины инструмента L и его оптимального профиля поперечного сечения F(z) по формуле (2) и (3).

Для обработки УЗ-колебаниями использовались тестовые образцы, изготовленные из формных пластин Du Pont Cyrel DPU с записью на них 50%- ной растровой структуры. Запись растровой структуры и вся последующая обработка проводилась на технологическом оборудовании «ФЛЕКСО ФОРС» по известной цифровой технологии. Тестовые фотополимерные образцы были разделены на четыре группы, не считая контрольной. Каждая из четырех групп подвергалась УЗ-облучениям с частотой 38 кГц на экспериментальной установке в течение 5, 10, 15 и 20 минут соответственно. Контрольные образцы УЗ-

637

облучению не подвергались. Испытания на износостойкость проводились на специальной машине марки МИ-2 с использованием соответствующей стандартной (ГОСТ 426-77) методики [3]. Для количественной характеристики пространственной сетки полимеров использовался метод равновесного набухания. Некоторые результаты испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты испытаний и измерений тестовых фотополимерных образцов

Выводы. По результатам проведенной работы разработан и оформлен способ воздействия на фотополимерные формы УЗ-колебаниями, позволяющий целенаправленно влиять на их физико-механические свойства, улучшать их печатно-технические качества. Однако, как видно из приведенных результатов избыточное облучение свыше 17 минут приводит к деструкции полимерных цепей. Это объясняется тем, что количество средней энергии УЗ-колебаний в расчете на 1 моль вещества увеличивается, превышая граничные условия воздействия УЗ-энергии на полимерные связи, что приводит к разрушению обоих видов связей.

Литературные источники

1.Надирова, Е.Б. Цифровые технологии в формных процессах глубокой и флексографской печати / Е.Надирова – М.: Издат-во МГУП, 2006. – 72с.

2.Негров, Д. А. Влияние энергии УЗ-колебаний на структуру и свойства полимерного композиционного материала на основе ПТФЭ: автореф. дис. на соискание учееной степени к.т.н.: 05.02.01 / Д.А. Негров; Омский государственный технический университет – Омск,

2009. – 20 с.

3.ГОСТ 426-77. Резина. Метод определения сопротивления истиранию сетки вулканизаторов: метод. указания/ Г. Т. Доровских, Н. Н. Отчаянный. – Л, –1969. – 22 с.

S.K. Grudo, S.V. Medvedev, S.A.Bartashevich

INCREASE OF OPERATIONAL CHARACTERISTICS OF PHOTOPOLYMERIC PRINTING FORMS AT THE EXPENSE OF CHANGE OF PHYSICOMECHANICAL

PROPERTIES OF THE PHOTOPOLYMERIC MATERIAL

Belarusian State Technological University

Summary

The problems, concerning photopolymeric forms composition and the processes which are taking place during polymerization of composition of photopolymeric plates are observed in the paper. In work the explanation of physical and chemical processes which take place in a photopolymeric composition at influence of ultrasonic fluctuations to experimental confirmation of the stated theoretical bases of process also is offered.

638

УДК 51-76; 612.741.1; 612.76

Н.С. Давыдова, А.Н. Осипов, М.М. Меженная

ДИСТАНЦИОННАЯ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ДИАГНОСТИКА ДВИГАТЕЛЬНЫХ НАВЫКОВ ЧЕЛОВЕКА

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Минск

Введение. Двигательные навыки человека, как высшая ступень владения двигательным действием, имеют исключительно большое значение в учебной, трудовой, бытовой и физкультурно-спортивной практике [1]. Задача комплексного структурного и функционального анализа движений человека является актуальной для медицины (двигательная реабилитация, клиническая биомеханика, протезирование), спорта (спортивная медицина, эффективное обучение, выявление оптимальных двигательных режимов, прогнозирование двигательной одаренности у детей) и профессионально-трудовой деятельности (эффективные трудовые навыки).

Целью представленной работы является разработка методики и программно-технических средств дистанционной структурно-функциональной диагностики двигательных навыков и оценки двигательных способностей человека. Работа выполняется при поддержке гранта Министерства образования Республики Беларусь «Метод и технические средства дистанционной функциональной диагностики двигательных навыков спортсменов на основе многоканальной электромиографии».

Основная часть. Любой двигательный навык может быть рассмотрен как иерархическая функциональная система, включающая несколько уровней управления движением [2]. Управление движениями в организме основано на формировании в центральной нервной системе двигательных программ и их передаче по эфферентным путям к мышцам. Для изучения такой функциональной системы необходимы методы, которые связаны с непосредственной регистрацией управляющих сигналов, поступающих к мышцам в процессе двигательной активности. Наиболее удобным, простым и безболезненным из таких методов является многоканальная интерференционная электромиография. Метод электромиографии позволяет исследовать биоэлектрические потенциалы, возникающих в скелетных мышцах при возбуждении мышечных волокон. При интерференционной электромиографии отводят так называемую суммарную электромиограмму (ЭМГ), образующуюся в результате интерференции колебаний потенциалов многих двигательных единиц, находящихся в области отведения. Так как любой двигательный навык имеет постоянный рисунок возбуждения мышц [3], то возможно построение иннервационной структуры движения, которая представляет собой устойчивые сочетания активности мышц, используемые в конкретном движении.

Между тем, для комплексного анализа двигательного навыка необходимо сопоставление иннервационной структуры движения с пространственновременными характеристиками выполняемых действий. Пространственно-

639

временная структура движения позволит разбивать исследуемую двигательную деятельность на отдельные фазы и далее исследовать его не целиком, а по частям. В зависимости от типа исследуемого движения в качестве методов построения такой структуры двигательного упражнения могут быть использованы как видеосъемка, так и подография. Подография (регистрация моментов отрыва и касания различных отделов стопы с опорой) позволяет построить пространственно-временную структуру для упражнений, связанных с такими локомоциями как ходьба, бег, прыжки. Видеосъемка, хотя и является менее точным методом (обладает меньшим разрешением по времени) позволяет представить информацию в наглядной и интуитивно понятной для тренера или исследователя форме.

На рисунке 1 представлен принцип комплексного исследования движений человека на базе описанных выше методов. Данный подход к изучению двигательных навыков человека позволит, во-первых, определить последовательность включения мышц в процессе выполнения движения, вовторых, исследовать распределение усилий работающих мышц по фазам движения, в-третьих, установить мышечные группы, преимущественно обеспечивающие рассматриваемую двигательную деятельность.

Рисунок 1 – Принцип исследования двигательных навыков человека

В соответствии с поставленной в работе задачей и выбранными методами анализа движений человека разработана программно-техническая система многоканальной электромиографии и подографии с возможностью синхронной видеосъемки движений [4]. Разработанная система полностью автономна, имеет малые габариты и вес, высокую чувствительность и беспроводную связь с персональным компьютером. Технические и конструктивные решения измерительных датчиков позволяют исследовать движение человека в естественных условиях на расстоянии до 100 м от персонального компьютера, обеспечивая при этом получение достоверной информации об иннервационной и пространственно-временной структуре движения.

Также разработана методика анализа сигналов многоканальных электромиограмм и подограмм, регистрируемых в процессе выполнения

640