eng ch


Loading


Send this page to a friend Повідомити про помилку. 15-02-2017 11:15

КОРОТКИЙ ОПИС
ЗАКІНЧЕНИХ ДЕРЖБЮДЖЕТНИХ НДР

(ПРОПОНУЮТЬСЯ ДЛЯ ПЕРЕДАЧІ НА КОМЕРЦІЙНІЙ ОСНОВІ)

   Download brief description (eng.)

1. Розробка наукових основ і принципів керування активністю нанокаталізаторів та дослідження нових каталітичних систем

(науковий керівник – Гранкін В.П., д-р фіз.-мат. наук, проф.)

На сьогоднішній день більш 80 % процесів органічного синтезу і нафтохімії є процесами з використанням гетерогенних каталізаторів, а з урахуванням обсягу виробленої продукції кількість каталітичних процесів перевищує 95 %. Сучасні нанокаталізатори дозволяють проводити процеси зі швидкістю, більшою на порядки, що дає можливість різко підвищити продуктивність діючих виробництв. У роботі показано, що ще більша ефек-тивність може бути у спеціально вирощуваних із використанням нанотехнологій каталізаторах зі системою нанорозмірних металевих структур на поверхні матриці-носії.

Розроблено наукові основи теорії управління активністю нанокаталізаторів та принципи конструювання каталітичних наноструктур на поверхні нанокаталізаторів. Доказано, що ефективними є нанокаталізатори з розподіленими функціями нанодільниць на поверхні, одні з яких відповідають за процеси активації реакції, а інші – за процеси релаксації за високоефективним електронним каналом акомодації енергії реакції.

2. Розробка наукових і технологічних основ одержання активованих шлаків із вторинної сировини для чорної металургії

(науковий керівник – Троцан А.І., д-р техн. наук, проф.)

Розроблено основні положення сучасної теорії металургійних шлаків, які полягають у тому, що металургійні шлаки в рідкому стані є асоціантами певного складу, існуючими у заданому температурному інтервалі; структурно-хімічний стан металургійних шлаків можна визначити на полігональних діаграмах станів у всьому інтервалі концентрацій твердих і рідких вихідних компонентів. Отримані результати дозволяють оптимізувати технологічні параметри ковшової обробки залізовуглецевих розплавів присадними матеріалами з вторинної сировини і підвищити екологічну безпеку на підприємствах чорної і кольорової металургії.

Створено нові рецептури шлакоутворюючих і рафінувальних матеріалів із вторинної сировини для шлаковой обробки металургійних розплавів, які реалізуються при ви-робництві синтетичних шихтових і рафінувальних матеріалів для підприємств України. Наукові результати роботи розширюють технологічні можливості переробки промислових відходів чорної і кольорової металургії та їх використання при виробництві чавуну і сталі та покращенні екології на металургійних заводах.

Розроблено технічні умови на періклаз-порошок, синтетичні сплави і компакт-матеріали, а також нові сплави, брикети, порошкові дроти, які охороняються патентами України і застосовуються в сталеплавильному виробництві.

3. Розвиток наукових основ та розробка функціональних сплавів для експлуатації в умовах ударно-абразивного зношування в корозійно-активних середовищах

(науковий керівник – Ткаченко Ф.К., д-р техн. наук, проф.)

Мета роботи – розвиток наукових принципів легування сплавів для забезпечення високої стійкості до ударно-абразивно-корозійного зношування з наступною розробкою нових функціональних металевих матеріалів, призначених для використання в умовах поєднання ударно-абразивного зношування з агресивною дією водяних корозійно-активних розчинів технологічного призначення.

Показано, що вирішальний вплив на опір зносу справляє мікроструктурний фактор, а не хімічний склад сталі. Встановлено, що максимальну зносостійкість сталі забезпечує аустенітно-мартенситна структура з переважною долею (65 – 75%) залишкового аустеніту. Деформаційне мартенситне перетворення аустеніту при зношуванні підвищує зносостійкість сталей. Запропоновано хімічний склад нових функціональних економнолегованих сталей з підвищеним рівнем властивостей та режими їх термообробки. Сталі мають економне легування, тобто у їх хімічному складі відсутні Ni, Mo, W, а кількість хрому знижена у 12-20 разів у порівнянні з вітчизняними та зарубіжними аналогами – нержавіючими або зносостійкими сталями.

Розроблені сталі за співвідношенням «ціна – зносостійкість» є набагато кращими у порівнянні з відомими корозійностійкими сплавами різних структурних класів. Співставлення ефективності використання доцільно виконувати із застосуванням статистичної функції «бажаності», яка являє собою інтегральний показник економічної ефективності використання матеріалу в різних корозійно-активних середовищах.
Результати роботи мають практичну цінність для гірничо-металургійної та інших галузей промисловості.

4. Математичне моделювання процесу межового тертя при прокатці

(науковий керівник – Капланов В.І., д-р техн. наук, проф.)

Мета роботи – створення моделі процесу межового тертя для ефективного керування процесом прокатки тонких штаб з широким сортаментом по геометричним розмірам і маркам сталі на основі теорії тонколистової прокатки.
У роботі теоретично пояснені явища, які відбуваються на розділяючій поверхні, і створено наукову класифікацію режимів тертя. Дана характеристика кожному елементарному виду тертя і приведені моделі граничного тертя на основі головного фактору - формування і вдосконалення шару поверхнево-активних компонентів, що створюють інте-гральну систему опору відносного ковзання частинок деформованого металу. Класифікація режимів тертя базується на найважливішій ролі поверхнево-активних речовин, динаміці дії їх на металеву поверхню, починаючи від фізичної адсорбції, потім протікаючого процесу хемосорбції, латентного періоду формування граничних шарів і, таким чином, створюючи радикально якісно новий молекулярно-фізичний шар.

Дане наукове і більш точне визначення порівняно молодій міждисциплінарній науці трибоніці як комплексній науці, що об'єднує, систематизує і узагальнює основні закономірності тертя, зносу і змащування технічних систем, пов'язана з суміжними галузями фундаментальної науки.

Вперше розроблено математичні моделі граничного тертя для умов листової про-катки на безперервних станах. Базові математичні моделі дозволяють досліджувати процес тертя в широкому діапазоні зміни швидкості прокатки та оптимізувати режим про-катки, заснований на цілком достовірній закономірності зміни коефіцієнта тертя залежно від швидкості прокатки.

Фундаментальні розробки режимів тертя при тонколистовій прокатці в умовах високошвидкісної деформації можуть використовуватися для розвитку наукових уявлень про контактну взаємодію робочих валків з прокатуваною смугою, дозволяють вперше розроблену теорію високошвидкісної прокатки застосувати для розрахунку основних параметрів при отриманні супертонких штаб на багатоклетевих безперервних станах.

Результати досліджень мають евристичну цінність і є важливими при розробці нових конструкцій прокатних станів, створенні спеціальних прокатних агрегатів-автоматів, що відрізняються високими техніко-економічними показниками листопрокатного виробництва, а також дозволяють здійснити науковий підхід до освоєння технології безперервної і безкінцевої тонколистової холодної прокатки з швидкістю до 60-75 м/с.

5. Створення ресурсозберігаючих технологій, які забезпечують використання внутрішніх резервів самих сплавів для підвищення їх властивостей

(науковий ке-рівник – Малінов Л.С., д-р техн. наук, проф.)

Мета роботи – підвищення механічних властивостей і зносостійкості низько- та еко-номнолегованих сталей до рівня, який дорівнює або перевищує аналоги, що містять нікель та інші дорогі елементи.

У ХХІ столітті одним із найважливіших наукоємних напрямів в матеріалознавстві є створення в сплавах метастабільних структур, що здібні до самоорганізації в процесі навантаження. Це дозволяє створювати в матеріалах можливість адаптуватися до зовнішнього впливу та суттєво підвищувати властивості в процесі навантаження на 20 %, а зносостійкість у 1,5 рази.

Для великої групи сталей, які широко застосовуються у промисловості (09Г2С, 10Г2ФБ, ЕН36, 20ГЛ, 20ГФЛ, 14Г2, 30ХГСА, 35ХМЛ, 35ХМФЛ, 60С2), розроблено енергозберігаючі технології термічної обробки (нормалізація, гартування, у тому числі ізотермічне та переривчасте), які передбачають нагрів у міжкритичний інтервал температур та одержання багатофазних структур, що містять в багатьох випадках метастабільний аустеніт, дозволяючий реалізовувати ефект самогартування при навантаженні. В результаті забезпечується рівень механічних властивостей та зносостійкості більш високий, ніж досягається у теперішній час традиційними термообробками.
Показано перспективність здобуття регулярної неоднорідної структури диферен-ційованими обробками, що поєднують загальну і локальну дію на матеріал із використанням для останнього джерел концентрованої енергії. Це дозволяє в одному матеріалі отримувати різні за хімічним складом, структурою та властивостями ділянки, розташовані в заданій послідовності. Поєднання об'ємної і локальної обробок дає можливість набути в матеріалі високих механічних властивостей, а також різні фізичні характеристики (феромагнітність та парамагнітність, неоднакові коефіцієнти лінійного розширення), що відкриває нові можливості для здобуття ефективних матеріалів з регулярною неоднорідною структурою.

Перевага нових технологій перед існуючими вітчизняними та зарубіжними аналогами полягає в тому, що вони забезпечують матеріалам можливість самопідвищення властивостей при експлуатації. Розроблені технології не потребують капітальних витрат при впроваджені у виробництво, і це дуже важливо. Вони можуть бути використані на ба-гатьох металургійних та машинобудівних підприємствах України зі значним економічним ефектом.

6. Інтенсифікація агломерації руд і концентратів за рахунок керування газодинамічними, тепло- і масообмінними процесами

(науковий керівник – Кривенко С.В., канд. техн. наук, доц.)

Мета роботи – інтенсифікація агломераційного процесу зі збільшенням висоти агломераційного шару на агломашинах та значним зростанням продуктивності агломашин за рахунок підвищення якості огрудкування агломераційної шихти.

Розроблено систему комплексного аналізу аглодоменного виробництва, яка складається з чотирьох розрахункових модулів: складу агломераційної шихти і агломерату; техніко-економічних показників агломераційного виробництва; матеріального і теплового балансу доменної плавки; зміни собівартості чавуну. Показано, що оптимальні витрати компонентів агломераційної і доменної шихт, а також технологічні параметри виробниц-тва, отримані в результаті розрахунків, забезпечують максимальний сумарний економічний ефект аглодоменного виробництва.

Створено систему управління якістю огрудкування шихти з використанням методу технічного зору, що дало можливість в потоці визначати гранулометричний склад сипкого матеріалу та параметри спікаємого шару. Розроблений спосіб безперервного контролю гранулометричного складу та характеристик шару огрудкованої агломераційної шихти сприяє впровадженню у виробництво математичного моделювання шару з визначенням параметрів процесу агломерації для використання нових способів управління. Одночасне регулювання швидкості обертання огрудкувача та витрат води на зволоження дозволило оптимізувати роботу огрудкувача. Дослідження в промислових умовах розробленої системи управління огрудкуванням показали можливість підвищення продуктивності агломашин на 4 %.

Розроблено новий спосіб спікання агломерату за рахунок одночасного використання попереднього підігріву шихти та збагачення киснем повітря, що дозволило суттєво підвищити продуктивність агломераційного процесу за рахунок усунення недоліків кожного з цих способів спікання при їх використанні окремо. При температурі попереднього підігріву до 120 °С та вмісті кисню в повітрі, що всмоктується в шар, до 25 % продуктивність аглопроцесу підвищується на 230 %. Новий спосіб спікання дозволяє зменшити питомі викиди монооксиду вуглецю в атмосферу.

Впровадження нового способу завантаження агломераційної шихти з використанням керованої сегрегації дозволило підвищити продуктивність агломашин за рахунок покрашення порожності шару. При ступеню сегрегації 0,72 вертикальна швидкість спікання зростає на 48%. Одночасно даний спосіб завдяки конструктивним особливостям дає можливість уникнути деформації завантажувального лотка та зменшити вертикальну нерівномірність завантаженого шару по гранулометричному складу.

Результати роботи можуть бути використані в металургійній, хімічній промисловості, а також у виробництвах, де існує переробка сипких матеріалів.

7. Основи автоматизованого синтезу та оптимізації конструкції шарнірно-зчленованих стрілових систем портальних кранів

(науковий керівник – Суглобов В.В., д-р техн. наук, проф.)

Метою роботи є розвиток теорії синтезу стрілових систем портальних кранів, практичне використання якої націлено на автоматизацію процесу розрахунку і проектування кранів і на цій основі створення портальних кранів нового покоління з більш якісними технічними характеристиками і зниженими показниками енергоспоживання та метало-місткості.

90% вантажопідйомних кранів і машин України вже відпрацювали свій нормативний технічний ресурс і підлягають заміні. Згідно даним Міністерства транспорту України для заміни портальних кранів у морських та річних портах України необхідні кошти у сумі більш ніж 3,5 млрд.грн. Зараз розрахунок та синтез врівноважувальних пристроїв стрілових систем портальних кранів не має явних рішень і виконується графоаналітичними методами. Значний обсяг такої роботи не дозволяє розглянути значну кількість варіантів для вибору оптимального рішення, а недостатня точність методу не забезпечує отримання економічно привабливого варіанту конструкції врівноважувального пристрою. Все це приводить до збільшення потрібної потужності двигунів механізму зміни вильоту стріли та збільшення маси рухомої противаги.

Експлуатаційні характеристики, енергоспоживання й металоємність портальних кранів значною мірою залежать від оптимального синтезу стрілової системи й системи зрівноважування. Визначено вимоги до стрілових систем i систем зрівноваження для якісної й кількісної оцінки їхньої якості. Запропоновано й обґрунтовано критерії оцінки якості для синтезу й оптимізації конструкції стрілових систем i систем зрівноваження. Розроблено математичні моделі стрілових систем i систем зрівноваження. Розроблено алгоритми програм оптимізації стрілових систем i систем зрівноваження, що засновані на моделюванні еволюційного процесу. Це, так званий, «генетичний алгоритм», що пред-ставляє новий напрямок в алгоритмiцi. Для багатокритерійної оптимізації стрілових систем i систем зрівноваження використаний метод багатомірних статистичних сит (ММС) – статистична сепарацiя.

Розроблено програми автоматизованого синтезу та оптимізації стрілових систем i систем зрівноваження, а також інструкції споживача цих програм. Виконано зрівняльні розрахунки параметрiв діючого крана i удосконаленого за рахунок використання програм оптимізації, дана оцінка економічного ефекту і наведено відомості про впровадження програм.

8. Розробка ресурсозберігаючих порошкових матеріалів із недефіцитних по-рошків феросплавів і металів для електродугового напилення покриттів з високими триботехнічними характеристиками

(науковий керівник – Роянов В.О., д-р техн. наук, проф.)

У нашій країні і за кордоном останніми роками поширюються дослідження металізації з використанням порошкових дротів, що є вельми перспективним, оскільки дозволяє варіювати в широкому діапазоні хімічний склад напилених покриттів, а також змінювати енергетичний стан потоку розплавлених частинок металу, забезпечуючи протікання екзотермічних реакцій між компонентами порошкового дроту, що зумовлює задані властивості покриттів. Але для одержання покриттів із високими триботехнічними характеристиками використовуються дорогокоштуючі дефіцитні порошки карбідів, нітридів, боридів металів, що провокує високу ціну покриттів і обмежує їх використання.
Наукова новизна даної роботи полягає у вирішенні питань по застосуванню високопродуктивного способу металізації для отримання робочого шару з потрібними відпо-відно до умов експлуатації властивостями, які можуть бути отримані при використанні недефіцитних матеріалів і забезпечити підвищення триботехнічних характеристик, а також удосконалення процесу дугової металізації з метою енергозбереження при використанні пульсуючого розпилюючого потоку.

Розроблено склад порошкового дроту і технічні умови на промислове виготовлення порошкового дроту і устаткування для металізації. Створено технологію металізації робочого шару підвищеної якості і затверджено відповідну технологічну інструкцію. Встановлено закономірності впливу на структуру металу легуючих компонентів, які підвищують триботехнічні властивості напиленого шару.
Удосконалено основні теоретичні і технологічні положення по питанню впливу особливостей плавлення матеріалів на формування високоякісного робочого шару і службові характеристики покриттів. Надійність сплавлення основного металу з наплавленим збільшена у 1,5…2 рази за рахунок екзотермічних процесів, а службові характеристики покриттів підвищені на 40…60%. Крім того, за рахунок отримання покриттів з мінімальними припусками на механічну обробку, досягнуто значну економію напилюваних матеріалів при менших енергетичних витратах.

Результати роботи можуть бути використані для створення оптимальних умов одержання робочого шару необхідної якості способом електродугової металізації при економії дорогокоштуючих компонентів, а також при розробці високоефективного устаткування, матеріалів і технологічних процесів.

9. Розробка економічних зносостійких сплавів і способів зміцнення, заснованих на створенні гетерофазних метастабільних станів

(науковий керівник – Чейлях О.П., д-р техн. наук, проф.)

Мета роботи – розробка економічних зносостійких метастабільних сплавів, які не містять гостродефіцитних легуючих компонентів, а також створення способів зміцнення, заснованих на формуванні гетерофазних метастабільних станів для підвищення механічних і експлуатаційних властивостей зносостійких матеріалів, поверхневих шарів та деталей, що швидко зношуються.

Вперше запропонована систематизація можливих варіантів термоциклічної обробки, що включає нові схеми обробок зі змінними температурними параметрами (патент України № 48647). Систематизовано можливі варіації гетеро-фазово-структурних метастабільних комбінацій і модифікацій для конструкційних і інструментальних сталей, зносостійких білих і сірих чавунів у поверхневих зміцнених шарах, що дозволяють цілеспрямовано використовувати переваги деформаційних фазових перетворень для самозміцнення у процесі експлуатації та підвищення їх властивостей.

Розроблено конкурентоспроможні сталі, зносостійкі чавуни і наплавлювальні матеріали, які не містять гостродефіцитні легуючі компоненти (Ni, Mo, Nb, W), є значно де-шевшими на $200…2300/т та одночасно мають підвищений комплекс механічних і експлуатаційних властивостей. Запропоновано також нові технології термічної та термоциклічної обробок, які забезпечують створення метастабільних станів і зміцнюючий ефект у процесі експлуатації. Нові матеріали і технології мають інноваційну привабливість для впровадження у виробництво.
Результати роботи можуть використовуватися на металургійних, машинобудівних і ремонтно-механічних підприємствах України й інших країн. Перспективними є ринки збуту, такі як Єгипет, Польща, Угорщина, Російська Федерація (металургійні підприємства).

10. Створення наукових основ плазмової мікротрибології

(науковий керівник – Самотугін С.С., д.т.н., професор)

Метою роботи є підвищення трибологічних властивостей поверхневого шару дета-лей та інструменту плазмовою модифікацією шляхом встановлення залежностей між тех-нологічними параметрами плазмової поверхневої обробки, структурою, фазовим складом модифікованих шарів та механізмами їх зношування та руйнування.

Плазмовий струмінь є високоефективним джерелом енергії для поверхневої моди-фікації сталей та сплавів. Завдяки більшій загальній потужності (від 30 КВт) плазмовий струмінь перевершує інші джерела енергії, а саме лазерний та електронний промені, за розмірами модифікованої зони, товщина якої при плазмовій обробці складає до 5 мм, а ширина – до 15 мм. Це значно поширює область практичного використання новітніх тех-нологій поверхневої модифікації за рахунок обробки великогабаритних виробів, а також дає можливість значно поширити різновиди поверхневої модифікації, наприклад, за раху-нок утворення модифікованих поверхневих шарів з дискретною (неоднорідною) будовою. Таким чином формуються засади керованого впливу на трибологічні характеристики мо-дифікованих поверхневих шарів стосовно особливостей експлуатаційного навантаження виробів і специфіки реалізації різноманітних механізмів зношування.
У роботі проведено дослідження процесу формування на сталях та сплавах моди-фікованих шарів суцільної або дискретної будови при обробці висококонцентрованим плазмовим струменем та розроблено методичні основи визначення їх експлуатаційних властивостей (зносостійкості, тріщиностійкості). Досліджено механізми фазових та струк-турних перетворень сталей та сплавів при плазмовій поверхневій модифікації, триболо-гічні характеристики, механізми зношування та руйнування поверхневих модифікованих шарів на деталях та інструменті у дослідно-промислових умовах. Розроблено методичні основи досліджень трибологічних характеристик та механізмів зношування модифікова-них поверхневих шарів у залежності від умов експлуатації деталей та інструменту; мето-дичні основи розробки технологічних процесів нанесення модифікованих шарів дискрет-ної будови для досягнення найбільш високих трибологічних характеристик; методику оцінки, математичну модель та програму розрахунків характеристик напружено-деформованого стану модифікованих шарів дискретної будови при зовнішньому контакт-ному навантаженні.

Інноваційна розробка має економічне обґрунтування та інвестиційну привабливість і не має аналогів в Україні. Вона може знайти використання в таких галузях як металургія, машинобудування, сільське господарство, харчова та переробна промисловість.

11. Підвищення якості електроенергії з метою зменшення втрат в електричних мережах 10-330 кВ великого промислового центру

(науковий керівник – Жежеленко І.В., д.т.н., професор)

Метою проекту є проведення досліджень в області якості електричної енергії і ре-активної потужності, оптимізації режимів споживання електроенергії, розробка практич-них рекомендацій щодо вирішення задач енергозбереження, нормалізації показників елек-тромагнітної сумісності.

На сьогоднішній день на промислових підприємствах спостерігається значне збільшення кількості та сумарної потужності перетворювачів частоти. Питання електро-магнітної сумісності перетворювачів частоти, електрообладнання електричних мереж та інших електроприймачив є недостатньо вивченим, на практиці спостерігаються ефекти, які не можуть бути пояснені сучасною теорією.

В процесі наукового дослідження було проаналізовано інформацію стосовно стану розподільних електричних мереж України, динаміки змін споживання електроенергії та структури і характеру навантажень, основних причин виникнення втрат електричної енер-гії, взаємозв'язку між зниженням якості електроенергії і зростанням її втрат. Також про-аналізовано методики оцінки часткового внеску споживача й енергосистеми в значення по-казників якості електроенергії. Було проведено дослідження зв'язку між значеннями ко-ефіцієнтів спотворення синусоїдності кривих напруг і струмів та додатковими втратами, що виникають за рахунок таких спотворень. У результаті цих досліджень була розроблена спрощена методика оцінки додаткових втрат на стадії експлуатації за виміряними значен-нями коефіцієнтів спотворень синусоїдності.
Результати роботи можуть бути впроваджені в електропостачальних організаціях України в межах Державної програми енергозбереження, у науково-дослідних установах та організаціях, що займаються проблемами якості електроенергії та компенсації реактив-ної потужності, надають послуги по підвищенню ефективності функціонування систем електропостачання підприємств. Результати роботи можуть бути також використані на промислових підприємствах з високими вимогами до стабільності та безперервності тех-нологічних процесів, в системах електропостачання з високим рівнем електромагнітних завад, зумовлених роботою нелінійних, несиметричних і різко змінних навантажень.

12. Створення наукових основ процесу розкислення та модифікації якісної сталі

(науковий керівник – Казачков Є.О., д.т.н., професор)

Метою роботи є виявлення закономірностей реакцій між розчиненими в рідкій ста-лі киснем, алюмінієм, кальцієм та сіркою, співвідношення їх концентрацій в умовах рів-новаги і в процесі взаємодії у сталерозливальному ковші; отримання більш детальної ін-формації стосовно процесів розкислювання та модифікування рідкої сталі з використан-ням нових експериментальних даних та використання отриманих даних дослідження з ме-тою поліпшення якості сталей, які виплавляються на металургійних підприємствах Украї-ни.

У роботі зроблено термодинамічний аналіз системи Fe-Al-Si-Mg-Ca-O-S в умовах рівноваги. Встановлено, що в умовах рівноваги цієї системи в алюміній-розкислених ста-лях НВ мають складний характер і залежать від вмісту O, S і Ca. Запропоновано термоди-намічну модель, яка передбачає утворення подвійних оксидо-сульфідних включень, що виникають при відповідних реакціях між O, S і Ca. В роботі встановлено, що оптимальна концентрація алюмінію в сталі залежить від вмісту сірки в металі.

Проведено необхідні розрахунки та побудовано діаграми поверхонь розчинності компонентів в металі для систем: Fe-Al-Ca-O, Fe-Ca-Si-O, Fe-Ca-Al-Si-O, Fe-Mg-Al-Si-Ca-C-O. Виконано термодинамічний аналіз процесу комплексного розкислювання рідкого за-ліза алюмінієм та кальцієм з урахуванням концентрацій компонентів, та виконано розра-хунки складів продуктів взаємодії алюмінію та кальцію з киснем у складному розплаві на основі заліза. Зроблено термодинамічний аналіз складу продуктів розкислення сталі Al та Са та розраховано активності Al2O3 та СаО у складі продуктів розкислення. На підставі розробленої удосконаленої методики термодинамічного розрахунку си-стеми залізо-розкислювач-модифікатор-кисень в умовах рівноваги виконано термодина-мічні розрахунки для складних систем залізо-розкислювач-модифікатор-кисень.

Досліджено морфологію, склад, розподіл за розмірами та числом включень при комплексному розкислюванні сталі алюмінієм, кальцієм і магнієм; розраховано склад та розмір продуктів взаємодії модифікаторів Ca та Mg при використанні у позапічній обробці сталі.
Результати дослідження є основою для розробки технології розкислення якісної сталі, для якої необхідне отримання низького вмісту неметалевих включень визначеного типу. Отримані результати використано при розробці вдосконаленої технології розкис-лення та модифікування сталі для магістральних трубопроводів, до якої висуваються під-вищені вимоги щодо низького вмісту неметалевих включень.

13. Дослідження та розробка нових способів підвищення технічного ресурсу клітей прокатних станів

   Download (eng.)

(науковий керівник – Іщенко А.О., д-р техн. наук, проф.)

Мета НДР – підвищення технічного ресурсу роботи листових прокатних станів у металургійній галузі шляхом розробки новітніх технологій відновлення вузлів, які швидко зношуються, за допомогою композитних матеріалів.

Традиційно, як у вітчизняній, так і у зарубіжній практиці відновлення таких габаритних деталей, як станини листових прокатних станів та подушки прокатних валків, використовується метод наплавлення з подальшою механічною обробкою вироблених опорних поверхонь. По-перше, така технологія не рекомендується виробниками металургійного обладнання, бо наплавлення може привести до появи термічних напружень у цій деталі та вірогідного втомного руйнування габаритної деталі. З іншого боку, механічна обробка потребує спеціальних верстатів, які можуть встановлюватись у отворах станини та виконувати обробку опорних наплавлених поверхонь з однієї позиції. Це не легко зробити, і тому таке відновлення дуже дороге, наприклад, відновлення тільки однієї станини стану 1700 коштує більш 1,0 мільйона гривень за рахунок використання спеціально розробленого для цієї роботи верстата. Окрім того, сам процес наплавлення та механічної обробки є досить довгим і потребує до 7-8 діб на виконання всього комплексу робіт. Запропонована технологія відновлення згаданої вище кліті стана 1700 з використанням композитних матеріалів по собівартості не перевищує 100,0 тис. грн. і може бути виконана за 3-4 доби. Таке скорочення строків виконання відновлюючих робіт дозволяє отримати значний економічний ефект.

Розробку впроваджено при відновленні опорної поверхні направляючої відрізної секції трубоелектрозварювального стану ВН 60-nc АТ ВКП "Металіст" (м. Макіївка) та при відновленні отворів станин чистових клітей № 5, 6, 7 прокатного стану 1700 ПАТ «ММК ім. Ілліча». Крім того, розроблені технології відновлення передано на ліцензійній основі 6 підприємствам.

Можливе використання новітніх технологій для вирішення ремонтних проблем у багатьох галузях. Наприклад, у гірничодобувній галузі доцільно їх використання у кар’єрах по видобутку та переробці рудної сировини та каміння, в яких досить часто виходять з ладу подрібнювачі сировини. Демонтувати їх та відправляти на механічний завод або завод-виробник не вважається доцільним через їх велику вагу та габарити. Розроблені технології відновлення за допомогою композитних матеріалів пропонується передавати підприємствам на ліцензійній основі з подальшим технічним супроводом виконання відновлювальних робіт.

14. Дослідження та удосконалення портових навантажувачів з метою підвищення експлуатаційної надійності та працездатності

   Download (eng.)

(науковий керівник – Суглобов В.В., д-р техн. наук, проф.)

Мета НДР – дослідження напружно-деформованого стану елементів вантажопідйомника портових автонавантажувачів та проектування вантажопідйомного механізму нового покоління з більш якісними технічними характеристиками, з можливостями широкого рознесення вертикальних рам для гарної видимості оператора та зменшення динамічної складової навантажень на елементи вантажопідйомника.
Під час проведення досліджень використано розроблену математичну модель для визначення динамічних навантажень при русі автонавантажувача по нерівностях шляху.

Дослідження показали, що на пошкодження металоконструкцій вантажопідйомників автонавантажувачів і на знос шасі значно впливають:

  • горизонтальні навантаження, що діють в контакті колесо-перешкода і направлені перпендикулярно шляхам руху автонавантажувача;
  • ударні навантаження, що виникають під час проходження шасі місцевими нерівностями (залізничні переїзди, виступаючі головки рейок на причалі, вибоїни дорожнього полотна тощо), мають істотне значення для навантажувачів, що переміщаються із значною швидкістю, більше 15 км/год.

Розроблено та опробовано нові технічні рішення для зниження рівня ударного навантаження внутрішньої рами і каретки вантажопідйомника і підвищення їх довговічності. Запропоновано внесення змін у вузол кріплення рухомих роликів вантажопідйомника і його каретки. Найбільш доцільною виявилась конструкція для вантажопідйомників, що має профіль рам у вигляді «С-образу». У такого профілю збільшено внутрішній простір, що дозволило ввести в конструкцію розподіляючий і демпфуючий пристрій і знизити радіальне додаткове навантаження. У катках вантажопідйомників застосовано сферичні підшипники кочення.

Запропоновано конструкцію балансирного візка, яка значно знижує ударні навантаження і забезпечує необхідну довговічність металоконструкції вантажопідйомника автонавантажувача, понижує навантаження на опори за рахунок застосування пружних елементів.
Розроблені балансирні пристрої та засоби зменшення навантаження на опори рухомої рами вантажопідйомника автонавантажувача впроваджено на автонавантажувачах морського порту Маріупольського судноремонтного заводу та ТОВ «Техрембуд». Створену конструкцію вантажопідйомного механізму на ліцензійній основі запропоновано також для застосування на автонавантажувачах типа «СМВ», «Кальмар» і «Сису».

Результати роботи можуть використовуватись при проведенні вантажно-розвантажувальних робіт у різних галузях промисловості (морський та річковий транспорт, машинобудування, металургія та ін.).

15. Механізм інноваційного розвитку промислового регіону на основі пріоритетного використання внутрішніх ресурсів

   Download (eng.)

(науковий керівник – Логутова Т.Г., д-р екон. наук, проф.)

Мета НДР – обґрунтування та розробка теоретичних положень, методологічних підходів, науково-практичних рекомендацій і проектів документів щодо формування організаційно-економічного механізму управління інноваційною діяльністю промислового регіону на основі використання внутрішніх ресурсів.

Запропоновано діючий механізм управління інноваційним розвитком регіону, до складових якого віднесено:

  1. організаційний механізм,
  2. інформаційно-аналітичний центр для накопичення, аналізу та контролю інноваційних проектів і надання консалтингових послуг менеджерам, інвесторам і авторам проектів,
  3. механізм використання інтелектуальних інвестицій різнопрофільними підприємствами. Досліджено потенційні можливості використання коштів внутрішніх ресурсів, фінансових посередників для впровадження інноваційних перетворень у регіоні.

Відмінними рисами отриманих результатів є наступне: розроблений організаційно-економічний механізм управління інноваційним розвитком регіону пропонує розв’язання проблем ресурсного забезпечення регіональних інноваційних перетворень, головним чином, за рахунок внутрішніх ресурсів вітчизняних інвесторів. Реалізація механізму використання інтелектуальних інвестицій дозволяє впровадити у промисловому регіоні вітчизняні розробки науковців, у тому числі, з енерго- і ресурсозбереження, започаткувавши на першому етапі використання безвитратних організаційно-технічних заходів.

Результати роботи рекомендовано використовувати при організації процесу інноваційних перетворень, у першу чергу, з промисловості. Запропонований регіональний інформаційно-аналітичний центр дозволить скоординувати дії регіональних інвесторів, забезпечити інвесторів та менеджерів необхідною інформацією щодо реалізації інвестиційно-інноваційних процесів у регіонів.

Розроблений механізм комерціалізації інтелектуальних інвестицій із залученням ресурсів вітчизняних банків та міжнародних фінансово-кредитних установ дозволить реалізувати наукові розробки вітчизняних вчених, що сприятиме інноваційному розвитку регіону та зробить можливим підвищення його інвестиційної привабливості.

Результати роботи впроваджено у діяльність «УКРЕКСІМБАНКУ» при побудові стратегії інвестування реального сектору економіки України; використано Управлінням комунальних ресурсів Донецької міської ради при розробці програми економічного і соціального розвитку м. Донецька на 2012 рік та основних напрямків розвитку на 2013-2014 роки, а також враховано при розробці інноваційної стратегії ПАТ «Азовмаш».

16. Розробка наукоємних ресурсозберігаючих способів поверхневого зміцнення металовиробів створенням метастабільних фазово-структурних модифікацій

   Download (eng.)

(науковий керівник – Чейлях О.П., д-р техн. наук, проф.)

Мета НДР – підвищення комплексу фізико-механічних та експлуатаційних властивостей сталей та чавунів, надійності та довговічності металовиробів, що дозволяє економити та зберігати дефіцитні і дороги сплави та легуючі компоненти, підвищувати продуктивність виробництва. Об’єктом дослідження були поверхневі шари металовиробів зі сталей та чавунів, що зміцнювались з використанням розроблених способів та технологій (наплавлення, термічної, хіміко-термічної, плазмової обробок та їх комбінацій).

У процесі досліджень науково обґрунтовано системи (Fe-Cr-Mn, Fe-Mn з невеликими добавками Si, N, Ti, V), принципи і параметри економного ресурсозберігаючого легування наплавлювальних матеріалів, наплавленого металу і зміцнюваних поверхневих робочих шарів, які забезпечують створення метастабільних фазово-структурних модифікацій (мартенситно-аустенітних, аустенітно-мартенситних, аустенітних з карбідами та карбонітридами) для підвищення властивостей сталей, чавунів, наплавлених шарів та металовиробів.

Розроблено фізико-математичну модель формування фазового складу, мікроструктури і регулювання метастабільності аустеніту під впливом легуючих елементів в наплавлених і зміцнюваних поверхневих шарах, що дозволило прогнозувати і управляти структуроутворенням і властивостями, створювати економнолеговані метастабільні сплави і поверхневі фазово-структурні модифікації з підвищеної зносостійкістю.
Створено нові економнолеговані наплавлювальні порошкові дроти, які забезпечують формування наплавлених метастабільних Fe-Cr-Mn сталей різних структурних класів: аустенітного, аустенітно-мартенситного і мартенситно-аустенітного з підвищеним рівнем механічних властивостей і зносостійкості.

Відмінними рисами та перевагами розроблених матеріалів фазово-структурних поверхневих модифікацій є їхня метастабільність, ступінь якої регулюється за допомогою легування, способів та технологічних параметрів різноманітних обробок. Це дозволяє керувати кінетикою протікання деформаційних фазових перетворень у процесі випробувань зносостійкості та за експлуатаційних умов, а за оптимальних структурі та об’ємі цих перетворень досягати суттєво підвищених показників властивостей та зносостійкості в порівнянні з традиційними відомими матеріалами.

В умовах сухого тертя метала по металу (з розігрівом поверхні тертя) відносна зносостійкість розроблених наплавлених Fe-Cr-Mn сталей (20Х8Г6СТАФ та 20Х12Г9СТАФ) була в 1,6…2 рази вище, ніж хромонікелевої, а в умовах абразивного та ударно-абразивного зношування - в 1,5…1,7 рази вище, ніж у наплавленої дорогої сталі 08Х20Н10Г7СТ (яка містить 10 % Ni та 20 % Cr).
Розроблено склад і технологію термічної обробки економнолегованого зносостійкого чавуну, що дозволило регулювати ступінь метастабільності аустеніту і підвищити зносостійкість і довговічність в умовах інтенсивного ударно-абразивного зношування у поєднанні з розігрівом. У порівнянні з чавунами на Fe-V-Cr-С та Fe-Cr-Ni-С основах (які містять до 10 % V і 9…10 % Ni) виробництва Японії, розроблений у ДВНЗ «ПДТУ» чавун ЧХ14Г6Т після оптимальних режимів термообробки відрізняється підвищеною в 1,5…2 рази абразивною зносостійкістю.

Виробничі випробування дослідно-промислових партій змінних деталей металургійного устаткування, що швидко зношуються (проводки кулепрокатних станів, лопатки дробометних машин, молотки зернодробарок, захисні плити жолобу агломашин) із розроблених наплавлених сталей і чавуну з використанням ресурсозберігаючих технологій поверхневого зміцнення наплавленням, цементацією і термообробкою, показали підвищену в 1,5…2 рази зносостійкість у порівнянні з серійними.

Розроблені наплавлювальні матеріали не містять гостродефіцитних в Україні та дорогих компонентів (Ni, Mo, W, Nb), значно меншу кількість хрому як їхні дороги аналоги (наприклад, наплавлювальний дріт Св-08Х20Н10Г7СТ), одночасно мають більш високі властивості. Це дозволяє економити 100…110 кг металевого нікелю на 1 т наплавленого металу. Вартість розробленого наплавлювального порошкового матеріалу значно менш (на ~1700-1800 дол. США на 1 т.) у порівнянні з відомим матеріалом, який виробляється у Німеччини та Росії.

Розроблені наукоємні ресурсозберігаючі технології поверхневого зміцнення рекомендовано до впровадження у виробництво в ПАТ «МК «Азовсталь» з очікуваним економічним ефектом 914 тис. грн. (електродугове наплавлення розробленим порошковим дротом).
Виробничі випробування дослідно-промислової партії лопастей дробометів із сталі 20ГЛ, оброблених за запропонованою технологією, показали підвищення довговічності в 1,7…2 рази у порівнянні з серійними. Дослідно-промислова партія молотків зернодробарок зі сталі 25 була термооброблена за новою технологією (наскрізна цементація та гартування) та проходить виробничі випробування на ДКУ СФГ «Віктор» (Україна, Запорізька обл.), передбачається підвищення довговічності деталей в 2,6…3 рази.

З метою підвищення зносостійкості та довговічності захисних плит жолобу агломашин розроблено новий (оптимальний) склад зносостійкого чавуну ЧХ14Г6Т та технологію термічної обробки. Дослідно-промислова партія плит зі зносостійкого чавуну ЧХ14Г6Т проходить виробничі випробування в умовах ПАТ «Маріупольський металургійний комбінат імені Ілліча», строк яких вже перевищує термін експлуатації серійних плит (чавун ЧХ15Г4ТЛ).

Результати роботи можуть використовуватись в металургійній, машинобудівній промисловості, сільгоспмашинобудуванні, на ремонтно-реноваційних підприємствах. Розроблена науково-технічна продукція (економнолеговані наплавочний дріт, зносостійкий чавун, нові технології поверхневого зміцнення) є конкурентоспроможною і має інвестиційну привабливість, оскільки дозволяє без додаткових витрат економити дуже дефіцитні та дорогі легуючи компоненти (Ni, Mo, Nb, V, W), що входять до складу відомих аналогів, та водночас суттєве підвищувати механічні та експлуатаційні властивості виробів.

17. Створення ресурсозберігаючих матеріалів для реновації деталей та підвищення їх довговічності за рахунок реалізації ефекту самогартування при навантаженні

   Download (eng.)

(науковий керівник – Малінов Л.С., д-р техн. наук, проф.)

Мета НДР – створення економних ресурсозберігаючих матеріалів, забезпечуючих підвищення довговічності відновлювальних деталей у порівнянні із рівнем, який досягається використанням аналогічних, але значно цінніших матеріалів, що містять нікель та інші дорогі елементи. Практичні задачі, на вирішення яких був спрямований проект – розробка нових матеріалів та зміцнювальних технологій на основі формування багатофазних структур (мартенсит, бейніт, карбіди, карбонітриди та їх поєднання), однією з основних складових яких є метастабільний аустеніт, який зазнає при навантаженні динамічні деформаційні мартенситні перетворення, реалізуючи ефект самогартування при навантаженні.

Вперше розроблено нові наплавлювальні матеріали, які не містять дорогих легувальних елементів, на Fe-Mn-C, Fe-Cr-Mn-C основах, що дозволяють реалізувати у шарі наплавленого металу ефект самогартування при охолодженні та/або навантаженні. Розроблені наплавлювальні матеріали для реновації деталей мають економне легування. До останнього часу дуже мало вивчена можливість використання для реновації деталей економнолегованих матеріалів, які були б орієнтовані на сировинну базу України, багатої покладами марганцевої руди. Саме марганець забезпечує одержання метастабільного аустеніту в структурі наплавленого матеріалу та його самотрансформацію в процесі навантаження. Це при значно менших витратах дозволяє підвищувати зносостійкість деталей при різних умовах навантаження та, відповідно, їх довговічність. Розроблені режими термічної та хіміко-термічної обробки наплавлювальних матеріалів значно скорочують тривалість процесу обробки і, відповідно, витрати газу та електроенергії. Застосування нових наплавлювальних матеріалів для відновлення опорних роликів барабанів охолоджування і огрудкування агломерату забезпечило підвищення довговічності роликів у 1,5 – 2 рази. Очікуваний економічний ефект становить при цьому 300,0 тис. грн.

Виконана робота відповідає світовому рівню, оскільки створення матеріалів із метастабільною структурою, що самоорганізується в процесі експлуатації, є одним із самих перспективних напрямів у матеріалознавстві ХХІ століття. Такі матеріали здібні адаптуватися до експлуатаційних навантажень та суттєво підвищувати свою довговічність.

Результати виконаної роботи можуть бути широко впроваджені у металургії, машинобудуванні, гірничодобувній, транспортній та інших галузях. Дуже ефективним може бути їх використання на ремонтних підприємствах міжгалузевого профілю.

18. Морський мобільний біореактор для отримання біометану з сапропелевих мулів Азовського моря

(науковий керівник – Волошин В.П., д-р техн. наук, проф.)

Мета НДР – дослідження біогазової продуктивності Азовського моря і створення ефективної технології та обладнання для отримання біогазу в його акваторії з перспективою економії енергоресурсів і впровадження екологічно безпечної поновлювальної енергії.

Вперше в Україні систематизовано результати досліджень біогазової продуктивності Азовського моря. Щорічне газовиділення з поверхні мулового дна Азовського моря складає близько 10 м32. Після проходження водних шарів більшість домішок біогазу розчиняється у воді (СО2, H2S та ін.) і на поверхню надходить біогаз з високим вмістом метану (СН4). Біогаз з донного мулу безбарвний, прозорий, без запаху, добре горючий, ІЧ-Фур'є спектроскопія показала відсутність у ньому сірководню (H2S).

Розроблено технологічні рекомендації та інструкції щодо методик і технологій збору біометану. Створено дослідно-промислову установку для отримання і компримування метану з донних мулів Азовського моря, відпрацьовано способи видобутку і переробки метану.

Результати НДР важливі для розуміння проблем переходу на біоенергетику в майбутньому і можуть становити інтерес для компаній паливно-енергетичного комплексу. Застосування альтернативних, екологічно-безпечних та відновлюваних джерел енергії призведе до зменшення викидів метану в атмосферу та дозволить економити традиційні енергоресурси при заміні їх на біогаз. Біогаз з мулистих відкладень Азовського моря може бути включено як альтернативне джерело енергії в енергобаланс України.

19. Розробка і впровадження програмного комплексу з технологій вдування порошкоподібних матеріалів у розплави й агрегати

(науковий керівник – Харлашин П.С., д-р техн. наук, проф.)

Мета НДР – розробка програмного комплексу з новітніх способів транспортування і вдування порошкоподібних матеріалів у розплави і металургійні агрегати з подальшим впровадженням результатів на підприємствах чорної металургії.

Об`єктами застосування розробленого програмного комплексу є пилетранспортні системи для подачі пиловугільного палива (ПВП) у горн доменних печей, паливні форсунки, які встановлено на доменних печах, де впроваджується пиловугільне паливо, горіння палива у фурменому вогнищі установки для глибокої десульфурації чавуну в ковші та розбризкування шлаку на футеровку кисневого конвертора.

При виконанні НДР створено програмний комплекс технологічних моделей, які дозволяють на високому рівні спрогнозувати і вдосконалити роботу металургійного обладнання, оптимізувати технології вдування технологічних порошків у розплави й агрегати. Розроблена науково-технічна продукція дозволяє здійснювати розрахунки:

  • системи пневмотранспорту з високим завантаженням порошками при рівноважній течії газової суспензії;
  • системи розгалуженого пневмотранспорту при рівноважному потоці газової суспензії;
  • двохшвідкісної течії дисперсної суміші в системі пневмотранспорту;
  • транспортної системи від живильників до розподільника комплексу пиловугільного вдування палива у доменні печі;
  • пилепроводів від розподільника до фурми гарячого дуття комплексу ПВП;
  • форсунок для подачі пиловугільного палива у доменну піч;
  • поля швидкостей і температур при подачі технологічних порошків і пиловугільного палива у високотемпературну зону з урахуванням горіння вугілля;
  • фурм для подачі порошків, які містять магній, в установці для глибокої десульфурації чавуну в ковшах;
  • взаємодії газопорошкового азотного струменя зі шлаком при розробці раціональних способів нанесення гарнісажу на футеровку конвертера;
  • двохшвідкісної, двохтемпературної монодисперсної течії в інжекційній фурмі сталерозливного ковша;
  • двохшвідкісної, двохтемпературної полідисперсної течії у ковшовій фурмі з нестаціонарним теплопідводом;
  • нанесення жужільного гарнісажу на футеровку кисневого конвертера з одночасним уведенням в азотні струмені вогнетривких порошків.

Широке впровадження нового програмного комплексу на металургійних підприємствах дозволить значно поліпшити існуючі і розробити нові технології з радикального зниження витрат коксу (з 500 до 250 - 300 кг/т чавуну), на базі ковшової десульфурації чавуну (вдуванням гранульованого магнію і вапна) зменшити до наднизьких значень вміст сірки, одержати низьколеговані сталі з поліпшеними ха-рактеристиками, підвищити стійкість футеровки конвертерів у 3-4 рази, вдвічі знизити енерговитрати на транспортування вугільних та інших порошків у високощільному потоці, який подається у доменні печі, при мінімальних капіталовкладеннях модернізувати сучасне металургійне обладнання. Усе це призведе до істотного підвищення якості металопродукції та її конкурентоспроможності, забезпечуючи суттєве ресурсо- та енергозбереження.

20. Синтез, фізико-хімічні та адсорбційні властивості унікальної сполуки – тетрамеркурметану

(науковий керівник – Капустін О.Є., д-р хім. наук, проф.)

Мета НДР – розробка методів синтезу тетрамеркурметану з різних органічних речовин, визначення оптимальних умов синтезу, вибір найбільш відповідних реагентів, а також вивчення фізико-хімічних, адсорбційних та каталітичних властивостей цієї сполуки.

Об’єкт дослідження – тетрамеркурметан, або меркарбід, який є унікальною твердою основою, ртутьорганичною сполукою, всі протони якої (пов'язані з атомом вуглецю) заміщені атомами ртуті.

Результати досліджень структури меркарбіду засвідчили, що він являє собою полімер, в основі якого лежить тетрамеркурірованний атом вуглецю. Тетрамеркурметан володіє основними центрами помірної і високої сили, що визначає його каталітичні властивості в основно-каталітичних реакціях оксіетіліровання і альдольної конденсації. В основно-каталітичних реакціях меркарбід веде себе як активний основний гетерогенний каталізатор з високою основністю активних центрів, не проявляючи ситових властивостей по відношенню до вихідних речовин.

Показано, що тетрамеркурметан – це дивна речовина, яка володіє наступними перевагами: вона може бути легко синтезована, унікально хімічно стабільна, може функціонувати достатньо довго як іонообмінник або основний гетерогенний каталізатор, легко регенерується і стабільна в агресивних середовищах.

Зроблено висновок про доцільність використання тетрамеркурметану та його похідних як селективних сорбентів та каталізаторів основно-каталітичних процесів на підприємствах хімічної та нафтохімічної промисловості. Також, завдяки їх унікальної термічної та хімічної стабільності, вони є неперевершеними сорбентами для радіоактивних речовин.

21. Забезпечення електромагнітної сумісності перетворювачів частоти та мережі живлення з метою оптимізації їх енергетичних показників

(науковий керівник – Жежеленко І.В., д-р техн. наук, проф.)

Мета НДР – поліпшення електромагнітної сумісності, динамічних характеристик і підвищення енергетичної ефективності перетворювачів частоти частотно-регульованого електропривода за допомогою сучасних алгоритмів керування; наукове обґрунтування схемних рішень, що дозволяють забезпечити норми якості електроенергії мережі живлення та енергоефективність частотно-регульованого електропривода.

Проведено обґрунтування необхідності урахування впливу частотно-регульованого електропривода на рівень електромагнітних завад у електричних мережах та впровадження засобів забезпечення електромагнітної сумісності електропривода та іншого обладнання. Розроблено математичні, імітаційні та комбіновані імітаційні моделі частотно-регульованого електропривода та окремих його елементів: випрямлячів, інверторів, безпосередніх перетворювачів частоти, перетворювачів частоти з ланкою постійного струму, двигунів. Наукова новизна розроблених моделей полягає в урахуванні наявності інтергармонік у вхідному струмі перетворювачів, впливу імпульсних та високочастотних завад на роботу перетворювачів, урахуванні нелінійності частотної характеристики мережі живлення. Зі застосуванням розроблених моделей проаналізовано залежності спектрального складу (включаючи інтергармонійні складові) струмів перетворювачів і напруг у мережі живлення від параметрів системи та режимів роботи перетворювачів. Розроблені моделі призначені для оцінки впливу електромагнітних завад на режими роботи частотно-регульованого привода та впливу самого електропривода на роботу іншого електротехнічного обладнання. На підставі моделювання та експериментів у промислових умовах зроблено висновок о необхідності обовязкового урахування інтергармонійних складових при визначенні втрат електричної енергії та виборі корегуючих пристроїв.

Шляхом моделювання та експериментів отримано оцінки спектру високочастотних складових напруги, які генеруються перетворювачем частоти з ланкою постійного струму, при різних режимах його роботи та стратегіях модуляції. Розроблено алгоритм оцінки втрат потужності та температури у найбільш нагрітій точці електролітичного та плівкового конденсаторів ланки постійного. Наукова новизна запропонованого алгоритму полягає в урахуванні високочастотних складових напруги та нерівномірності нагріву діелектрика.

Розроблено методику оцінки втрат електроенергії в елементах електричних мереж, що викликані зниженням якості електроенергії при роботі частотно-регульованого електропривода. Визначено зони раціонального застосування фільтро-компенсуючих пристроїв за наявністю інтергармонік, що дозволило розробити методичні рекомендації з вибору й експлуатації коригувальних та компенсуючих пристроїв.

Результати роботи можуть бути впроваджені в електроенергетиці, зокрема при проектуванні або модернізації систем електропостачання підприємств зі значною кількістю та сумарною встановленою потужністю перетворювачів частоти частотно-регульованого привода. Методики розрахунків втрат електричної енергії також можуть бути застосовані при аналізі режимів роботи систем електропостачання з метою їх оптимізації та забезпечення норм електромагнітної сумісності. Впровадження методик не потребує додаткових капітальних вкладень. Обсяг коштів, необхідних для впровадження фільтро-компенсуючих пристроїв в значній мірі залежить від кількості та потужності перетворювачів частоти та рівня напруги і може коливатися в межах від 0,2 млн. грн. до 10 млн. грн. для одного підприємства.

22. Визначення елементарних стадій взаємодії атомних часток з поверхнею та розробка «атомного зонду» для діагностики поверхні

(науковий керівник – Гранкін В.П., д-р фіз.- мат. наук, проф.)

Мета НДР – дослідження взаємодії атомних часток теплової енергії з поверхнею твердих тіл, у тому числі з системою квантових центрів з локалізованими електронами і наноточок, побудова механізмів електронного збудження поверхні, а також розробка нових принципів визначення заповнення поверхні атомами у відносних одиницях (з чутливістю до 10-8 моношару), зокрема, у динамічних умовах.

Наукова новизна та значимість отриманих наукових результатів

Розроблено наукові основи люмінесцентного контролю концентрації атомів на поверхні, що адсорбуються із газової середи та плазми, в вільно-радикальних технологічних процесах, таких як епітаксія напівпровідників, гетерогенний каталіз, плазмохімія. Створено принципи атомного зондування для діагностики заповнення поверхні атомами («атомний зонд»). Функціонально «атомний зонд» схожий на тунельний мікроскоп, але більш чутливий, простий в експлуатації і може бути використаний для досліджень швидкопротікаючих процесів та процесів електронної акомодації енергії гетерогенних хімічних реакцій. Підвищення чутливості зондування досягається за рахунок переведення твердого тіла в електронно-збуджений метастабільний стан шляхом попередньої дії на поверхню іонізуючим випромінюванням, наприклад ультрафіолетовими (УФ) квантами, що призводить до збільшення виходу квантів хемілюмінесценції на декілька порядків величини. Запропонований спосіб може підвищити чутливість методу до 5 порядків величини, тобто краще за 10-8 моношару в динамічному режимі. Такого підходу сьогодні у світі не існує і його вперше запропоновано у ДВНЗ «ПДТУ». Розроблено оригінальні методики експерименту. Серед них є унікальні, а саме – спостереження люмінесценції поверхні, яка збуджується у хімічній реакції та окремих її актах (адсорбція, рекомбінація радикалів та ін.). Створена нова вакуумна установка, у якій можливо дослідження гетерогенної хемілюмінесценції, фотолюмінесценції, хемостимульованої та термостимульованої люмінесценції, збудження зразків атомами різного сорту та плазмою В установці реалізовано також можливо найбільш чутливий і точний на сьогодні спосіб визначення коефіцієнта рекомбінації атомів чи радикалів на поверхні зразка із використанням ефекту накопичення Рамцею.

Побудовано моделі квантових механізмів високоефективної електронної акомодації на нанокаталізаторах і твердих тілах з системою квантових точок та нанорозмірних структур.

Значимість отриманих результатів полягає в тому, що дослідження електронних процесів на поверхні твердих тіл під час хемозбудження є необхідними для подальшого розвитку уявлень про механізми гетерогенної хемілюмінесценції, хемоемісії та інших явищ електронного збудження твердого тіла у актах зіткнення низькоенергетичних атомних часток із твердим тілом.

Відповідність отриманих наукових результатів сучасному рівню досліджень в даній галузі

У ДВНЗ «ПДТУ» відкрито нове явище – високоефективна електронна гетерогенна акомодація енергії хімічної реакції, яке полягає у збільшенні швидкості реакції на кілька порядків величини та інтенсивності хемілюмінесценції за рахунок збудження електронної системи напівпровідника. Вперше на основі відкритого явища показано, що електронний канал акомодації може виступати в якості інструмента для визначення заповнення поверхні атомами із газової фази та плазми. Для ряду досліджень (адсорбція атомів, дисоційована адсорбція молекул та ін.), приладів (лазери, хімічні та газові лазери), а також у гетерогенному каталізі, плазмохімії, космічних дослідженнях та ін. важливо знати заповнення поверхні атомами та слідкувати за концентрацією атомів на поверхні. Найкращим інструментом для визначення заповнення поверхні атомами є розроблений за кордоном тунельний (атомно-силовий) мікроскоп. Але його не можна використати для визначення заповнення поверхні атомами малого діаметру (водню, кисню, азоту та ін.) і заповнення поверхні при протіканні хімічної реакції. В цьому випадку використовуються атомні ваги на основі п’єзокварцу, але у цьому випадку не можна розлічити атоми або молекули на поверхні.

Величина інтенсивності люмінесценції напівпровідника говорить про швидкість електронної акомодації. У силу своєї високої чутливості люмінесцентний метод (у т.ч. метод хемостимульованої люмінесценції та метод хемілюмінесцентного зондування поверхні імпульсними потоками окремих компонентів реакції суміші) дозволяє судити о детальних шляхах реакції на мікрорівні та природі інтермедіантів.

Люмінесценція є наслідком електронного збудження твердого тіла енергією реакції рекомбінації атомів на поверхні з атомами із пучка та несе інформацію про саму поверхню (унаслідок різниці у спектрах люмінесценції об’єму та поверхні твердого тіла), про заповнення поверхні атомами та про газове оточення. Люмінесценція, що виникає при взаємодії нормованого зондуючого потоку з атомами на поверхні, є високочутливим інструментом та може бути використана для реєстрації атомів на поверхні при заповненні від 10-8 до 1 моношару. Час вимірювання концентрації атомів на обраній ділянці поверхні менш за секунду. Можлива область робочих тисків атомного зонду 10-10 – 10-3 Тор в режимі сканування пучка по поверхні, та 10-3 – 100 Тор при визначенні інтегральної концентрації атомів на всій поверхні зразку твердого тіла. Цей підхід вперше запропоновано у ДВНЗ «ПДТУ».

Практична цінність результатів НДР

Нерівноважні процеси взаємодії низькоенергетичних атомних часток із поверхнею та енергообмін в елементарних актах взаємодії газ - тверде тіло визначають поведінку каталітичних структур, напівпровідникових приборів, опто- і мікроелектроніки, захисних поверхонь спускаємих космічних апаратів і можуть бути високочутливим інструментом дослідження твердого тіла та елементарних актів енергообміну в системах газ - тверде тіло. На цій основі розроблено нові принципи та методи визначення заповнення поверхні атомами у відносних одиницях (з чутливістю до 10-8 моношару), зокрема, у динамічних умовах протікання хімічної реакції рекомбінації атомних часток із плазми на поверхні дослідного матеріалу, що неможливо зробити існуючими методами. Створений «атомний зонд» може бути використано в мікро- та наноелектроніці, плазмохімії, гетерогенному каталізі, у наукових дослідженнях, де є необхідним контроль концентрації атомів на поверхні напівпровідникових структур.

23. Імплементація парадигми сітілогістичних рішень ефективної транспортної мережі в умовах раціонального природокористування

(науковий керівник – Губенко В.К., д-р техн. наук, проф.)

Предмет дослідження – транспортні системи, що забезпечують життєдіяльність великого промислового центру, включаючи взаємодію фізичних, екологічних, економічних проблем міського та промислового транспорту в умовах його випереджаючого росту і обмеженого транспортного простору.

Мета НДР – пошук варіанту взаємодії бізнес структур і муніципальних органів управління транспортом для забезпечення оптимального обслуговування виробництва і населення великих промислових районів при одночасному зниженні екологічного впливу, забруднення повітря викидами, зменшення споживання енергії та заторів на дорогах.

У роботі запропоновано і застосовано нову наукову парадигму сітілогістики, що базується на теоретичних методах системного моделювання, дорожньої і екологічної безпеки, методології креативних логістичних ланок, методу рекреації і адаптації до транспортного середовища поліцентральних районів і зон відпочинку городян міста.

Отримано наступні наукові результати:

  • принципово новий спосіб вирішення складної наукової, науково-технічної проблеми сітілогістики, що сприятиме розвитку наукової галузі транспорту та споріднених галузей екології та економіки; результати мають інвестиційну привабливість;
  • механізм гармонізації процесів економіки і екології, які вважаються антагоністичними, за рахунок того, що місто звільняється від великої кількості транспорту, і в той же час підвищується продуктивність транспортних засобів;
  • механізм стабільного забезпечення якості постачання міських інфраструктур з високою економічністю міського транспорту;
  • методи і технології розробки логістичних мереж, ланцюгів та їхніх ланок в таких суміжних галузях економіки, як сільське господарство, енергетика і транспорт;
  • за рахунок імплементації сітілогістичної парадигми принципово новий спосіб рішення науково-технічної проблеми – звільнення міста від великої кількості транспорту, із збереженням історично сформованого просторового порядку.

На базі отриманих результатів досліджень та розробленої моделі процесу функціонування транспортно-пересадочного вузла громадського пасажирського транспорту у крупних муніципальних утвореннях реалізовано блок практичних рекомендацій щодо визначення раціональних параметрів взаємодії пасажирського транспорту загального користування у транспортно-пересадочному вузлі «Левада» м. Харкова. Це дозволило скоротити час пересування пасажирів через транспортно-пересадочний вузол «Левада» на 2054 пас. год. за один місяць. Очікуваний річний соціально-економічний ефект складає 238,7 тис. грн.
Розроблено логістичну модель вибору технології перевезення вантажів у міських умовах з використанням коефіцієнту екологічності, ресурсного підходу та задач цільового конфлікту для пошуку оптимальної інтенсивності переробки вантажів по ланцюгам технологічних ліній, яку впроваджено в роботу залізничної станції «Маріуполь-порт». Результатом впровадження є загальне скорочення реального часу перебування транспортних засобів в системі обслуговування станції «Маріуполь-порт» на 5-10%, зі зниженням собівартості переробки на 3-5 %. Передбачуваний річний економічний ефект від зниження витрат на виконання маневрових операцій по станції «Маріуполь-порт» складає 28500 доларів США.

У рамках виконаної НДР розроблено програмний продукту "Система управління розподілом руху", який в свою чергу був створений на базі об'єктно-орієнтованої мови програмування С ++ у візуальному середовищі Embarcadero RAD Studio XE, що використовуються в додатку бази даних, створених в середовищі InterBase 2009. Завданнями, що вирішує програмний продукту є: інтеграція міста Маріуполь та його муніципальних транспортних систем (на прикладі комунального-підприємства «Маріупольське трамвайне-тролейбусне управління», м. Маріуполь) в єдине ціле; розвиток культури; використання логістики всіма владними структурами міста; раціоналізація матеріальних і соціальних потоків в муніципальному господарстві; максимізація завантаження виробничих потужностей підприємств муніципального господарства; економія матеріальних ресурсів на всіх стадіях матеріального потоку; оптимізація витрат на виробництво і реалізацію готової продукції і послуг населенню; зниження викидів токсичних і парникових газів у навколишнє середовище від діяльності транспортних систем. Результатом впровадження є загальне скорочення реального часу на прийняття рішень в системі управління рухомого складу в умовах міського середовища на 5-10% від існуючих показників. Використання розроблених методів та практичних рекомендацій дозволило зменшити час простою транспортних засобів у міських мережах при обслуговуванні пасажиропотоків на 540 пас. год. у місяць, збільшити їх енергоефективність на 3% від існуючих нормативів та зменшити викиди парникових газів на 5% від існуючих показників.

24. Розробка наукових і технологічних основ створення енергоефективних зварювальних джерел живлення з інтегрованими функціями активної фільтрації вищих гармонік

(науковий керівник – Гулаков С.В., д-р техн. наук, проф.)

Предмет дослідження – негативний вплив інверторних зварювальних джерел на мережу живлення та пошук шляхів його зменшення, що пов’язане із:

  1. використанням у випрямлювачах джерел живлення тиристорів, що спотворюють форму кривої вхідного струму. Це призводить до підвищення втрат електроенергії, порушенню режимів роботи інших споживачів енергії, підключених до цієї мережі (електродвигуни, трансформатори та ін.);
  2. великим споживанням реактивної потужності, зумовленим особливостями конструкції сучасних джерел живлення (зварювальні трансформатори з підвищеним розсіюванням, наявністю магнітних шунтів, дроселів насичення та ін.), що використовуються у промисловості.

Мета НДР – створення принципово нових концепцій і методів підвищення енергетичної ефективності електричних джерел живлення, зниження втрат електроенергії за рахунок значного зменшення або уникнення спотворень форми кривої струму, що споживається; зниження масогабаритних параметрів джерел живлення; суттєва економія електротехнічних матеріалів.
При виконанні НДР здійснено дослідження впливу зварювальних інверторів на мережу живлення і формування рекомендацій та методик його зменшення; створено математичні моделі взаємодії інверторних джерел та мережі живлення. При дослідженнях використані методи теорії сигналів, методи спектрального аналізу дискретних сигналів (швидке перетворення Фур’є, рекурсивне дискретне перетворення Фур’є), методи теорії автоматичного регулювання для аналізу та синтезу аналогових та імпульсних систем автоматичного керування.

При створенні експериментальних зразків джерел живлення застосовані сучасні засоби силової електроніки (швидкісні силові транзистори та діоди, засоби цифрової обробки сигналів), спеціальні схеми побудови імпульсних перетворювачів, в основу яких покладено світові розробки.

Розроблений аналізатор електроенергії дозволяє вимірювати наступні параметри і показники: середньоквадратичний струм і напругу, частоту, активну, реактивну та повну потужність, коефіцієнт потужності, cos φ на основній частоті, середньоквадратичний струм і напругу основної гармоніки, коефіцієнт амплітуди напруги і струму, коефіцієнт гармонік напруги і струму.

Розроблено підхід до підвищення ефективності паралельного активного фільтру у складі електротехнічного комплексу, що полягає в розподілі задач між основним інвертором та додатково введеною до складу активного фільтру коригувальною ланкою, яка підключена до інтерфейсного фільтру. Розроблена система управління додатковою коригувальною ланкою з негативним зворотнім зв’язком по вихідному струму фільтру та низькою чутливістю до зміни параметрів інтерфейсного фільтру, досліджена її стійкість. Ефективність роботи запропонованих алгоритмів перевірено і доведено за допомогою математичного моделювання та на експериментальному зразку.

Запропоновано схемне рішення пристрою компенсації реактивної потужності на основі батарей конденсаторів зі ступеневим перемиканням, яка підключена до мережі через послідовний активний фільтр. Це дає можливість “ізолювати” батарею конденсаторів від вищих гармонік напруги мережі та забезпечити плавне регулювання реактивної потужності. Отримані вирази для вибору оптимального співвідношення ємностей ступенів батареї конденсаторів.

Розроблено концепцію побудови зварювальних джерел живлення для TIG зварювання з використанням послідовних активних фільтрів низької напруги. Це дає можливість стабілізувати режим горіння зварювальної дуги і використовувати для TIG зварювання низькочастотні трансформатори з жорсткою зовнішньою характеристикою.

Наукова новизна проекту полягає в розробці нових підходів до створення енергоефективних інверторних зварювальних джерел живлення, в яких використовується пряме перетворення електричної енергії на високій частоті і які мають активну корекцію коефіцієнта потужності. Новим з наукової точки зору є концепція інтеграції функцій паралельного активного фільтру в джерело живлення. Це стало можливим завдяки розробці алгоритму керування високочастотним силовим перетворювачем таким чином, що, окрім формування заданої вихідної ВАХ, він на підставі аналізу форми кривої напруги мережі в реальному часі формує вхідні струми таким чином, щоб знизити спотворення форми кривої напруги цієї мережі. Розроблено методи керування перетворювачем, які дозволяють коректно виконувати функцію активної фільтрації за умов неповної інформації про нелінійні навантаження в мережі.

Новизна технічних рішень і методів управління, які були розроблені під час виконання проекту, підтверджена більше ніж двадцятьма патентами України на винаходи.

Розробки авторів відповідають світовому рівню, технічні рішення, запропоновані авторами, дозволяють створити джерела живлення з безпосереднім перетворенням, що мають оптимізовану топологію перетворювача зі зменшеною кількістю силових компонентів та спрощеним внаслідок цього алгоритмом керування. Це дозволяє зменшити собівартість джерела та дозволить створювати джерела живлення, що відповідають європейським нормам якості електроенергії IEC 61000 та нормам електромагнітної сумісності EN 55015. Крім того, завдяки інтеграції у джерела живлення функцій активної фільтрації вищих гармонік стає можливою часткова компенсація негативного впливу нелінійних навантажень на якість напруги мережі живлення.

Практична цінність результатів НДР – за рахунок використання перетворення енергії на високій частоті на 20 – 30 % покращуються масогабаритні параметри джерел живлення, майже вдвічі скорочуються втрати енергії в перетворювачі та досягається суттєва економія електротехнічних матеріалів. При зварюванні запропоновані джерела живлення дозволяють застосовувати технології контрольованого переносу електродного металу, що дозволить підвищити якість MIG/MAG зварних з’єднань; використання спеціальної форми вихідного (зварювального) струму дозволить підвищити стійкість електрода та дасть можливість керування параметрами зварного шва під час TIG зварювання.

Проект спрямований на енергозбереження і імпортозаміщення наукоємних технологій.

Економічний ефект зумовлено зниженням втрат електродного металу при MIG/MAG зварюванні і зменшенням обсягу механічної обробки шва після зварювання за рахунок застосування технології контрольованого переносу електродного металу. Економічний ефект, пов’язаний з нормалізацією показників якості електроенергії (ЯЕ) відповідно до стандартів IEC 61000-3-2, ГОСТ Р 51317-2006, може досягати значних рівнів за рахунок виключення штрафних санкцій за зниження ЯЕ. Для України обчислити економічну ефективність за цим параметром неможливо за відсутності штрафних санкцій за знижену ЯЕ, оскільки в Україні діє застарілий стандарт ЯЕ – ГОСТ 13109-97, в якому не нормується спектральний склад струму навантажень.

Потенційними замовниками результатів НДР і розробленої техніки є підприємства машинобудування, суднобудування, авіаційної і космічної техніки, у т.ч. підприємства, що займаються створенням, виробництвом і модернізацією військової техніки.

25. Розробка ресурсозберігаючих процесів термічної обробки легованих сплавів з карбідною евтектикою з метою підвищення їх технологічних і експлуатаційних властивостей

(науковий керівник – д-р техн. наук, проф. Єфременко В.Г.)

Мета проекту – розробка високоефективних ресурсозберігаючих способів термічної, термодеформаційної та поверхневої обробки (пом’якшувальної та зміцнювальної) високолегованих білих чавунів та сталей ледебуритного класу для забезпечення підвищеного комплексу технологічних та експлуатаційних властивостей.

При виконанні НДР реалізовано концепцію управління кількісними та якісними характеристиками аустенітної фази (первородної, дестабілізованої, залишкової) шляхом максимального використання ефекту виділення вторинних карбідів з аустеніту (або їх зворотного розчинення в аустеніті) при дестабілізуючій термічній обробці з метою регулювання властивостей та схильності g-фази до фазових перетворень на подальших етапах термічної, механічної обробок та в умовах експлуатації.

В ході виконання роботи отримано ряд результатів, які становлять наукову новизну та мають важливе значення для розвитку теорії твердофазних перетворень у високовуглецевих сплавах з карбідною евтектикою, зокрема:
1. Вперше побудовано діаграми «Time-Temperature-Transformation» високотемпературного виділення вторинних карбідів з первородного аустеніту в Fe-C-Cr-Mn(Ni, Cu)-Mo(V) чавунах; показано, що виділення вторинних карбідів у чавунах, які містять 13-20 % Cr і сумарно 3-6 % Mn, Ni, Cu, Mo, відбувається з максимальною швидкістю при ~950 оС і завершується впродовж 2-2,5 годин витримки;
2. Отримано нові дані відносно впливу дестабілізуючої термічної обробки на мікроструктуру та фізико-механічні властивості сталей та чавунів з карбідною евтектикою;
3. Вперше отримано дані щодо кінетики зміни стану (фазового та розмірного) вторинної карбідної фази, яка виділяється при розпаді первородного аустеніту в високо вуглецевих Fe-C-Cr-Mn(Ni,Cu)-Mo(V) сплавах;
4. Вперше отримано дані щодо зміни хімічного складу аустеніту у високохромистих чавунах внаслідок виділення вторинних карбідів при дестабілізуючій термічній обробці;
5. Вперше визначено кінетику та механізм зневуглецювання у високохромистих чавунах при 1100-1150 оС в окислювальній атмосфері; вперше виявлені особливості механізму розчинення евтектичних карбідів хрому при зневуглецюванні, які полягають в зародженні та розвиненні в карбідах канальчастих пор, орієнтованих вздовж довгої вісі карбідів;
6. Вперше побудовано діаграми «Time-Temperature-Transformation» для перетворення первородного, збідненого (дестабілізованого) та залишкового аустеніту в означених сплавах в субкритичному інтервалі температур;
7. Вперше виявлено ефект гальмування перлітного перетворення у високохромистих чавунів, легованих підвищеною кількістю аустеніто-утворюючих елементів, який ініціюється виділенням вторинних карбідів при дестабілізації;
8. Показано можливість прискорення процесів коагуляції та сфероідізації карбідів, що утворюються при розпаді мартенситу в загартованому високохромистому чавуні, за рахунок застосування термодеформаційного впливу при термоциклічний обробці;
9. Виявлено ефект підвищення на 23 % абразивної зносостійкості високохромистого чавуну у випадку використання попередньої (пом’якшувальної) термічної обробки та проведення загартування від зниженої (відносно відомого режиму) на ~50 оС температури при скороченій в 4-5 разів витримці, що формує аустенітно-мартенсито-карбідну структуру з підвищеним опором зношуванню.

Переваги результатів НДР над вітчизняними та зарубіжними аналогами:
1. Отримано підвищений рівень оброблюваності різанням та зносостійкості відливок зі сплавів з карбідною евтектикою, розроблено енергоощадні режими їх попередньої (пом’якшувальної) та кінцевої (зміцнювальної) термічної обробки.
2. Розроблено енергоощадні технологічні схеми попередньої (пом’якшувальної) термічної та термодеформаційної обробки високохромистих чавунів та сталей ледебуритного класу, легованих сумарно 3-6 % (Mn, Ni, Cu, Mo), що забезпечують зниження твердості менше 40 HRC і підвищення оброблюваності чавунів лезвійним інструментом при 1,5-2-кратному скороченні тривалості термообробки в порівнянні з вітчизняними або зарубіжними аналогами. Режими запатентовано (патент України № 85134).
3. Розроблено режимі пом’якшувальної термічної обробки, який забезпечує додаткове зниження твердості заготовок чавуну 300Х18Г3М на 10-13 HRC, зростання на 139 % стійкості інструменту, підвищення на 30 % продуктивності праці при операції точіння заготовок. Також забезпечується зниження витрат електроенергії на 22 % за рахунок скорочення тривалості режиму термообробки.
4. Розроблено енергоощадну технологічну схема завершальної (зміцнювальної) термічної обробки, що в порівнянні з вітчизняними та зарубіжними аналогами забезпечує зростання на 23 % абразивної зносостійкості виробів, які пройшли попередню пом'якшувальну термообробку та обробку різанням. Режими запатентовано (патент України № 85133).
5. Розроблено технологію завершальної (зміцнювальної) термічної обробки виробів зі комплексно-легованих високохромистих чавунів та сталей ледебуритного класу, яка відрізняється від відомих аналогів тим, що полегшує чистову обробку різанням загартованої поверхні при високій твердості (до 65 HRC) в об’ємі виробу. На цю технологію подано заявку на отримання патенту.

Галузі економіки, де можуть використовуватися результати НДР (науково-технічна продукція) – машинобудівна та металургійна промисловість. Конкурентоспроможність та інвестиційна привабливість продукції обумовлені отриманням підвищеного рівня технологічних (оброблюваність різанням лезвійним інструментом) та експлуатаційних (зносостійкість) властивостей виробів зі сталі та чавуну, зниженням витрат електроенергії при виконанні їх термічної обробки, підвищенням продуктивності праці при механічній обробці різанням заготовок.

26. Розробка способів підвищення енергоефективності та технічного ресурсу перекачуючого обладнання металургійних та коксохімічних підприємств шляхом використання захисних композитних покриттів

(науковий керівник – д-р техн. наук, проф. Іщенко А.О.)

Мета НДР – підвищення строку служби і коефіцієнта корисної дії (ККД) насосів, що дозволяє заощадити значну кількість електроенергії.

Об'єкт дослідження – технології відновлення перекачувального обладнання підприємств металургійної промисловості, атомної енергетики та житлово-комунального господарства.

З використанням комп’ютерного моделювання проаналізовані та визначені шляхи можливого підвищення зносостійкості захисних матеріалів, які у рамках цієї роботи запропоновані до виробництва на основі розроблених ТУ 24.3-02070812-002:2014. Реалізована гіпотеза відносно можливості використання композитних матеріалів для підвищення абразивної стійкості елементів перекачувального обладнання та відновлення у разі пошкодження та зношування внаслідок дії корозії, кавітації та абразивного середовища.

Впроваджено у виробництво технологію відновлення перекачувального обладнання, яка дозволяє ввести до дії обладнання, що не може бути відновлено традиційними методами. Це дозволило лише при відновленні одного колеса перекачувального насоса ЦН 3000-197 Південноукраїнської атомної станції знизити витрати майже на 300,0 тис. грн., а при відновленні 3-х коліс зекономити 900,0 тис. грн. Окрім того, розроблено нові технології відновлення запірної арматури житлово-комунального господарства, використання яких не тільки в рази дешевше закупівлі нового обладнання, але й дозволяє повністю відновити їх вихідну довговічність, як показала практика їх експлуатації протягом року.

На відміну від відомих у нашій країні та за кордоном способів відновлення та захисту перекачувального обладнання розроблені та впроваджені у виробництво технології дозволяють у 3-10 раз скоротити витрати на ремонт обладнання, підвищити на 2-3% ККД перекачувальних насосів і тим самим підвищити їх енергоефективність.

Розроблені технології мають інвестиційну привабливість, на часткове використання цих технологій продано 4 ліцензії.

27. Очищення стічних вод та запобігання забрудненню водних об'єктів за допомогою аніонних глин

(науковий керівник – д-р хім. наук, проф. Капустін О.Є.)

Мета НДР – забезпечення екологічної безпеки водних об’єктів шляхом зниження вмісту токсичних речовин, а також розробка технічних рішень з очищення стічних вод від органічних і неорганічних забруднювачів до показників гранично допустимих концентрацій (ГДК).

Уперше обґрунтована принципова можливість використання синтезованих сорбентів (синтетичних аніонних глин) для видалення із стічних вод не тільки катіонних, але й аніонних форм металів, сульфідів, органічних сполук, у тому числі й ароматичних.

Ідеї та гіпотези, які реалізовано при виконанні НДР:

  1. Ізоморфне заміщення катіонів у шаруватих подвійних гідроксидів призводить до зміщення електронній щільності, виникнення надлишкового позитивного заряду, отже, до виникнення кислотних центрів.
  2. Наявність на поверхні синтетичних аніонних глин кислотних і основних центрів дозволяє поглинати із забруднених водних об'єктів як органічні, так і неорганічні забруднювачі, як катіонного, так і аніонного типів.

Науково обґрунтовано і досліджено принципову можливість застосування синтетичних аніонних глин для ефективного очищення будь-яких форм забруднювачів. На створених сорбентах під час процесу сорбції можуть протікати як іонний обмін, так і фізична сорбція забруднювачів.

Доведено можливість практичного застосування вивчених сорбентів як для селективного, так і для неселективного видалення забруднюючих речовин (феноли з 0,013 до 0,001 мг/л, нафтопродукти з 8,14 до 0,1 мг/л, сполуки хрому з 31 до 1,2 мг/л).

Уперше визначені та встановлені термічні та кінетичні параметри процесу термічної обробки синтетичних аніонних глин для забезпечення запобігання переходу сорбованих речовин у рідку фазу шляхом утворення шпінелей. Визначено область існування шпінелей (> 600 оС), яка обмежується температурою прожарювання і часом термічного впливу.

Практично підтверджено ефективне використання аніонних глин для сорбційної очистки забруднених стоків. Вартість очищення 1 м3 стоків становить 0,2 €/тону, що значно менше штрафних платежів підприємства за забруднення навколишнього середовища.

Відмінними рисами синтезованих синтетичних аніонних глин від існуючих сорбентів є те, що синтетичні аніонні глини можуть одночасно поглинати як органічні, так і неорганічні забруднювачі, як аніонного, так і катіонного типу. На відміну від мінеральних та вуглецевих сорбентів синтетичні аніонні глини можуть поглинати радикали різної довжини та різної форми.

В результаті проведеної НДР доведено, що залежно від типу переважаючих забруднень можна вибрати найбільш ефективний сорбент. Використовуючи один і той же набір катіонів у шаруватих подвійних гідроксидах, можна створювати як узкоселектівний сорбент, призначений для видалення одного забруднювача, так і сорбент широкого спектру, який поглинає одночасно кілька забруднювачів.

Синтетичні аніонні глини можна отримати з відходів хімічної промисловості, що значно знижує собівартість сорбентів.

Розроблені шаруваті подвійні гідроксиди дешевше наявних на ринку японських і голландських більш, ніж на порядок, що знижує вартість очищення в 8-10 разів.

Розрахована вартість очищення 1 м3 стічних вод, забруднених сульфідами, становить 2,22 Є.

Ці дані важливо зрівнювати з розміром відшкодування збитків, завданих природі, внаслідок скидання забруднюючих речовин у водні об'єкти зі стічними водами з перевищенням встановленого нормативу ГДК. За одним із розрахунків для діючого металургійного підприємства, вартість запропонованих сорбентів значно менше (вартість очищення 183,3 тис. грн.), ніж штрафні платежі підприємства за зараження навколишнього середовища сульфідами (штрафні санкції 26573 тис. грн.).

Вивчено застосування шаруватих подвійних гідроксидів для видалення сполук різної природи та різного розміру. Досліджені сорбенти ефективно очищають промислові стічні води від забруднень, є дешевими сорбентами, а також не існує жодних проблем з утилізацією даних сорбентів, що позитивно позначається на стані навколишнього середовища.

Експериментально доведено, що для видалення нафтопродуктів зі стічних вод найбільш перспективно використовувати сорбційні методи очищення з використанням синтетичних аніонних глин різного складу. Застосування цих сорбентів забезпечує зниження вмісту нафтопродуктів нижче рівня ГДК. Доведено, що синтетичні аніонні глини, шаруваті подвійні гідроксиди різного складу є кращими сорбентами, ніж активоване вугілля, а також вони набагато дешевше за нього.

Розроблено і запропоновано методику видалення фенолів зі стічних вод за допомогою шаруватих подвійних гідроксидів, які є ефективними сорбентами для видалення ароматичних сполук. Варіюючи склад запропонованих шаруватих подвійних гідроксидів, можна видаляти феноли та інші ароматичні вуглеводи нижче рівня ГДК.

Доказано ефективність практичного застосування шаруватих подвійних гідроксидів для видалення ароматичних і нафталінових похідних, що є побічними продуктами виробництва коксохімічної промисловості .

28. Розробка та впровадження програми автоматизованої оптимізації конструкції стрілових систем портальних кранів для зменшення енергоспоживання механізмів.

(науковий керівник – д-р техн. наук, проф. Суглобов В.В.)

Мета НДР – розвиток теорії синтезу стрілових систем портальних кранів, практичне використання якої дозволяє автоматизувати процес розрахунку і проектування кранів і на цій основі створювати портальні крани нового покоління з більш якісними технічними характеристиками, зниженими показниками енергоспоживання на10-12% та металомісткості на 7-9%.

90% вантажопідйомних кранів і машин України відпрацювали свій нормативний технічний ресурс і підлягають заміні. Згідно даних Міністерства транспорту України для заміни портальних кранів у морських та річних портах України необхідні кошти у сумі більш 3,5 млрд. грн. Зараз розрахунок та синтез пристроїв врівноваження стрілових систем портальних кранів на має явних рішень і виконується графоаналітичними методами. Великий обсяг такої роботи не дозволяє розглянути значну кількість варіантів для вибору оптимального рішення, а недостатня точність методу не забезпечує отримання економічно привабливого варіанту конструкції пристрою для врівноваження. Все це приводить до збільшення потрібної потужності двигунів механізму зміни вильоту стріли та збільшення маси рухомої противаги.

Порівняльний аналіз конструкцій пристроїв врівноваження вітчизняних портальних кранів з аналогічними по технічним характеристикам портальними кранами провідних закордонних фірм показують: потужність електропривода механізму зміни вильоту у вітчизняних кранів на 8-10 кВт, а маса рухомої противаги на 10-18 т більше, ніж у закордонних; позитивний ефект у закордонних кранів досягнуто виключно за рахунок більш точних методів розрахунку та синтезу стрілових систем та їх пристроїв врівноваження.

Практика створення портальних кранів показує, що значний вплив на технічні параметри і експлуатаційні властивості крану має тип та технічний рівень стрілової системи і системи врівноваження. Найбільш перспективним і раціональним методом проектування є автоматизований сумісний синтез параметрів стрілової системи і системи врівноваження, який дозволяє провести оптимізацію за критеріями металомісткості, енергоспоживання, маневреності, надійності, економічності.

Існуючі методи проектування не дають рекомендацій з вибору вхідних даних на початковому етапі автоматизованого сумісного синтезу стрілової системи і системи врівноваження. Вхідні дані замовників кранів містять максимальний і мінімальний робочі вилети стріли, висоту підйому вантажу, значення заднього габариту крана. Але цього недостатньо для розрахунків і сумісного синтезу. Значення других параметрів приймаються, базуючись на геометричних показниках кранів-аналогів та досвіду проектування.

При виконанні роботи застосовано теоретичні методи аналізу та синтезу, а також використано методики сумісного оптимального проектування стрілових систем портальних кранів та їх врівноважувальних пристроїв з позицій багатокритеріальної оптимізації та урахування функціональних, конструктивних і експлуатаційних обмежень

Проведені дослідження і отримані результати дозволяють мінімізувати кількість вхідних параметрів при сумісному синтезі стрілової системи і системи врівноваження портальних кранів, що в кінцевому рахунку дає змогу зменшити енергоспоживання механізмів кранів при роботі.

Розрахунковий економічний ефект від впровадження результатів НДР складає 26,0 тис грн. на 1 портальний кран за рахунок зниження енергоспоживання, зменшення матеріаломісткості крану, зменшення витрат на ремонти та обслуговування кранів. З урахуванням наявності у портах України близько 400 портальних кранів, які потребують заміни або модернізації, загальний ефект від використання результатів роботи може перевищити 10 млн. грн.

Програма комплексного оптимізаційного синтезу стрілових систем і систем врівноваження портальних кранів готова до використання

Споживачами результатів НДР можуть бути Міністерство транспорту України, морські та річкові порти України, а також машинобудівні підприємства і організації, які проектують і виготовляють портальні крани.

29. Розробка способів підвищення комплексу властивостей сталей та чавунів, що самозміцнюються при експлуатації

(науковий керівник – д-р техн. наук, проф. Чейлях О.П.)

Мета НДР – підвищення комплексу механічних та експлуатаційних властивостей сталей, економнолегованого наплавленого металу та зносостійких чавунів за рахунок створення та впровадження нових, розроблених способів і технологій зміцнювальних термообробок.

Предмет дослідження – закономірності формування та отримання метастабільних станів аустеніту різної природи у різноманітних сталях та чавунах, реалізації деформаційних фазових (мартенситних) перетворень, що реалізуються в процесі експлуатації та спонукають підвищенню фізико-механічних та експлуатаційних властивостей.

При виконанні НДР реалізована ідея створення метастабільних фазово-структурних модифікацій у поверхневих шарах металевих виробів та цілеспрямованого використання деформаційних фазових перетворень в процесі випробувань зношуванням та експлуатації.
Підвищення окремих властивостей металевих виробів, наприклад, міцністних властивостей і зносостійкості в них, досягається завдяки протіканню при навантаженні в процесі випробувань або експлуатації деформаційних мартенситних γ → α', γ → ε → α' перетворень і утворенню α' і ε' - мартенситів деформації, а в високомарганцевистих сталях – двійників деформації і дефектів упакування. Релаксація напружень, що супроводжує ці перетворення, сприяє підвищенню пластичних та в’язкістних характеристик.

Результатом НДР є нові способи та технології термічної обробки, поверхневого зміцнення з використанням хіміко-термічної обробки, наплавлення метастабільного металу з керованим градієнтом змісту легуючих елементів, структури, ступеня метастабільності та властивостей, використання плазмового струменю, імпульсно-плазмово-іонної обробки, термоциклування тощо. Значимість отриманих результатів полягає в створенні нових технологій об’ємної та поверхневої обробки, які реалізують ефект самозміцнення безпосередньо у процесі випробувань та експлуатації металовиробів, що забезпечує використання прихованих внутрішніх ресурсів самого матеріалу, ресурсозбереження та підвищення продуктивності обладнання.
Переваги розроблених технологій зміцнення перед існуючими вітчизняними та зарубіжними аналогами полягають у наступному:

  • підвищення не менш як в 1,5-2 рази зносостійкості та довговічності деталей обладнання;
  • заміна гостродефіцитних та дорогих матеріалів, які містять нікель, молібден, ванадій, ніобій, вольфрам, на нові економнолеговані матеріали з підвищеними властивостями за рахунок розроблених технологій обробок, конкурентоспроможні перед відомими аналогами та доступні для виробництва;
  • зниження собівартості виробництва;
  • підвищення продуктивності роботи обладнання з використанням деталей, оброблених та зміцнених за розробленими технологіями;
  • керована метастабільність структури за допомогою параметрів обробок та можливість суттєвого самозміцнення поверхневого шару в процесі випробувань зносостійкості та експлуатації, що забезпечує додаткове підвищення зносостійкості, надійності та довговічності металовиробів.

Скориговано склад і технологію термічної обробки економнолегованого зносостійкого чавуну, що дозволило регулювати ступінь метастабільності аустеніту і підвищити зносостійкість і довговічність в умовах інтенсивного ударно-абразивного зношування у поєднанні з розігрівом. Розроблений чавун ЧХ14Г6Т після оптимальних режимів термообробки відрізняється підвищеною в 1,5…2 рази абразивною зносостійкістю в порівнянні з зарубіжними високо- та дефіцитно-легованими аналогами.

Результати роботи рекомендуються для впровадження в металургійній, машинобудівній промисловості, сільгоспмашинобудуванні, ремонтно-реноваційних виробництвах. Розроблені види науково-технічної продукції (економнолеговані наплавочний дріт і зносостійкий чавун, нові технології поверхневого зміцнення) є конкурентоспроможними, мають інвестиційну привабливість, оскільки дозволяють без додаткових витрат економити дуже дефіцитні та дорогі легуючи компоненти (Ni, Mo, Nb, V, W), що входять до складу відомих аналогів, та одночасно суттєво підвищувати механічні та експлуатаційні властивості металевих виробів за рахунок розроблених методів і технологій обробок.

30. Створення наукових основ новітніх інтегрованих технологій градієнтного нано- та мікроструктурування поверхні металообробного інструменту з використанням плазмового нагріву

(науковий керівник – д-р техн. наук, проф. Самотугін С.С.)

Мета НДР – створення наукових основ і фундаментальних положень досягнення якісно нового рівня експлуатаційних властивостей інструментальних матеріалів за рахунок нанесення модифікованих шарів з ультра- і нанодисперсною структурою.

Предмет дослідження – параметри фазового складу, напруженого стану, міцності, зносостійкості і тріщиностійкості інструментальних сталей і сплавів після плазмової поверхневої модифікації.

Вперше створено дислокаційну теорію зміцнення та руйнування модифікованих нано- та ультрадисперсних інструментальних матеріалів, що є підґрунтям для розробки новітніх технологій плазмового модифікування інструменту. Розроблено нові методи нанесення поверхневого модифікованого шару з градієнтною (дискретною) будовою, коли міцні та пластичні ділянки на поверхні інструменту чергуються за визначеною закономірністю. Це дозволяє додатково значно підвищить працездатність модифікованого інструменту за рахунок більш сприятливого розподілу залишкових та контактних напружень. Розроблено методику оцінки впливу градієнтної поверхневої модифікації на напружений стан поверхні інструменту.

Вперше розроблено методологію управління структуроутворенням при плазмовому модифікуванні інструментальних матеріалів з метою одержання у поверхневому шарі ультрадисперсної структури з високим рівнем експлуатаційних характеристик. На підставі системного підходу до аналізу впливу вхідних і вихідних параметрів процесу плазмового модифікування розроблено новітні інтегровані технологічні процеси обробки інструменту та їх програмного управління. Комплексний підхід до досліджень дозволив створити алгоритм синтезу модифікованих шарів з найвищим рівнем механічних властивостей.

Дослідженням встановлено, що при плазмовому модифікуванні при певних умовах на робочій поверхні сталевого або твердосплавного інструменту створюється шар матеріалу з ультра- або нанодисперсною структурою (середній розмір зерна /часток мартенситу або карбідів/ ≈10…100 нм) з якісно іншим рівнем (значновищим) міцності і пластичності. Такий шар має значні розміри (товщина – до 5 мм) і може бути нанесений на інструмент будь-яких габаритів і призначення.

Високі технологічні якості плазмового джерела нагріву (гнучкість, керованість, адаптованість) дозволяють інтегрувати нові технології поверхневої модифікації деталей та інструменту у існуюче виробництво на будь-якій стадії - виготовлення нового обладнання або оснащення, ремонту та відновлення відпрацьованого устаткування. І це практично не впливає на характер технологічних процесів та їх складові. Тому новітні технології поверхневої модифікації інструменту можна вважати універсальними та інтегрованими. Це дає можливість не тільки кардинально поширити номенклатуру зміцнюваних виробів (від дрібних твердосплавних пластинок до великогабаритних валків), а й отримати якісно новий рівень експлуатаційних властивостей модифікованих матеріалів.

Впровадження новітніх технологій плазмової модифікації інструменту є актуальним практично на кожному промисловому підприємстві України, особливо в галузях металургії та машинобудування. Очікуваний річний економічний ефект від промислового використання новітніх технологій складає не менше 500 тис. грн. для кожного підприємства. Термін окупності витрат на впровадження не перевищує 1-2 роки.

31. Дослідження перенапруг в електричних мережах з ізольованою нейтраллю за наявності ферорезонансних явищ

(науковий керівник – д-р техн. наук, проф. Саєнко Ю.Л.)

Мета НДР – підвищення надійності роботи електричних мереж з ізольованою нейтраллю шляхом обмеження дії ферорезонансних перенапруг; прогнозування ризику виникнення ферорезонансу за умов конкретної мережі та розробка рекомендацій щодо корекції топології електромережі задля недопущення появи ферорезонансних перенапруг; наукове обґрунтування алгоритму ідентифікації ферорезонансу та гасіння ферорезонансних перенапруг.

Предмет дослідження – ферорезонансні перенапруги в електричних мережах з ізольованою нейтраллю.

Створено розрахункові моделі, які можуть бути використано під час дослідження ферорезонансних перенапруг, оцінки ефективності пристроїв захисту від ферорезонансу, встановлення діапазону параметрів мережі, за яких можливий розвиток ферорезонансу. Проаналізовано ферорезонансні перенапруги з урахуванням розкиду вебер-амперних характеристик трансформаторів напруги.

Розроблено спосіб визначення вебер-амперних характеристик вимірювальних трансформаторів напруги, який охороняється патентом України. Даний спосіб дозволяє вимірювати характеристику намагничення без використання додаткової вимірювальної обмотки. Крім вихідних даних для моделювання ферорезонансних перенапруг, вебер-амперні характеристики можуть бути використані для оцінки метрологічних характеристик трансформаторів напруги контролю ізоляції (ТНКІ).

Розроблений спосіб ідентифікації та пристрій гасіння ферорезонансу, що базується на гармонійному аналізі напруги нульової послідовності, може бути використано на всіх без винятку вітчизняних чи зарубіжних електричних мережах з ізольованою нейтраллю. На відміну від існуючих, розроблений пристрій здатен гасити як субгармонійні ферорезонансні перенапруги, так і коливання на промисловій частоті чи вищих гармонійних складових.

Запропоновані технічні рішення дозволяють гарантовано ідентифікувати ферорезонанс на тлі інших перехідних процесів та ефективно протидіяти ферорезонансним перенапругам.

Метод прогнозування ризику виникнення ферорезонансу дає можливість в умовах експлуатації за наявності інформації щодо кількості паралельно працюючих трансформаторів напруги та сумарної фазної ємності мережі оцінити ризик виникнення ферорезонансу. Запропонований алгоритм визначення величини баластного опору, виходячи з параметрів мережі, дозволяє оптимально розподілити баластні опори між паралельними ТНКІ, що використовуються та не використовуються в комерційному обліку електроенергії. Це дозволяє попередити зниження точності обліку електроенергії при існування ферорезонансу.

Розроблено методичні рекомендації щодо корекції топології електромережі з урахуванням кількості трансформаторів напруги та ємності мережі.

Результати НДР впроваджено у практику, їх доцільно використовувати у розподільчих мережах з ізольованою нейтраллю та в мережах власних потреб електричних станцій.

32. Підвищення трибологічних властивостей легованих чавунів та сталей ледебуритного класу поверхневим модифікуванням з використанням плазмової обробки

(науковий керівник – д-р техн. наук, проф. Єфременко В.Г.)

Об'єкт дослідження – процеси фазово-структурної модифікації легованих Fe-C сплавів при зміцнювальній поверхневій обробці.

Предмет дослідження – закономірності формування модифікованих поверхневих шарів з підвищеними трибологічними властивостями в легованих чавунах та сталях ледебуритного класу за рахунок поверхневої та об’ємно-поверхневої термічної обробки з використанням плазмового нагріву. Мета – підвищення трибологічних характеристик легованих білих чавунів та сталей ледебуритного класу у 1,2-1,5 рази. В роботі вперше використано підхід, що полягає у застосуванні плазмової обробки поверхні для підвищення трибологічних властивостей таких високолегованих сплавів, як білі чавуни з високим вмістом хрому/ванадію та ливарні сталі ледебуритного класу. До цього часу плазмова обробка по відношенню до цих сплавів не застосовувалась.

При виконанні НДР реалізована ідея поєднання попередньої об’ємної термообробки із поверхневим гартування плазмовим струменем постійної дії для підвищення зносостійкості легованих чавунів та ледебуритних сталей шляхом диспергування структурних складових та отримання гетерогенної метастабільної структури приповерхневих шарів. При реалізації цього підходу було отримані та теоретично узагальнені нові експериментальні дані щодо особливостей механізму структуроутворення у легованих чавунах та сталях ледебуритного класу систем легування Сr-Mn-Ti, Сr-Mn-Ni-Mo-V-Ti, V-Cr-Mn-Ni, Cr-Mn-Ni-Si-B при плазмовому загартуванні без оплавлення та з оплавленням, описані закономірностей впливу температурно-часових параметрів об’ємної/поверхневої термообробки на фазово-структурний стан та зносостійкість сплавів.

До прикладних наукових результатів НДР відносяться технологічні схеми поверхневої зміцнювальної та комплексної поверхнево-об’ємної зміцнювальної обробки білих легованих чавунів та сталей ледебуритного класу із використанням плазмового нагріву сталим та імпульсним плазмовим струменем, які було розроблено на рівні патентів. Відповідні технологічні рішення оформлені у вигляді проектів технологічних інструкцій «Зміцнювальна обробка виробів із білих легованих чавунів та сталей ледебуритного класу з використанням плазмового нагріву поверхні», «Комплексна поверхнево-об’ємна зміцнювальна обробка виробів із білих легованих чавунів та сталей ледебуритного класу з використанням плазмового нагріву поверхні», «Комплексна поверхнево-об’ємна зміцнювальна обробка виробів із білих легованих чавунів та сталей ледебуритного класу з використанням імпульсно-плазмової обробки». Розроблена в ході виконання НДР технологія поверхневої зміцнювальної обробки сталевих та чавунних виробів, що піддаються інтенсивному зношуванню при експлуатації, може застосовуватися на підприємствах машинобудівної та гірничо-металургійної галузей промисловості України, зокрема, при зміцненні робочих органів, елементів та деталей штампувально-ковальского, прокатного та аглодоменного виробництва, металорізального та подрібнювального обладнання тощо. Конкурентоспроможність та інвестиційна привабливість розробок полягає в підвищенні строку експлуатації швидкозношувальних деталей машин на 20-50 %, що знизить витрати, пов’язані із їх заміною та ремонтом.

33. Розробка нових технологій відновлення обладнання турбоагрегатів теплових електростанцій за допомогою композитних матеріалів

(науковий керівник – д-р техн. наук, проф. Іщенко А.О.)

Об'єкт розробки – енергетичне обладнання теплових електростанцій, включаючи турбоагрегати та перекачуюче обладнання.

Предмет дослідження – закономірність поведінки композитних матеріалів в умовах вібраційних навантажень та підвищених температур, методи розрахунку їх несучої здібності, технологічних відмінностей процесу монтажу та відновлення обладнання теплових електростанцій, методи діагностики обладнання.

Мета – скорочення термінів ремонту енергетичного обладнання та підвищення його довговічності, що дозволяє заощадити значну кількість коштів на їх виконання, суттєво скоротить час простоїв обладнання та підвищить строк його експлуатації.

Проведені дослідження дозволили уперше у вітчизняній практиці запропонувати виконувати монтаж великогабаритного обладнання турбоагрегатів теплових станцій та відновлення іншого обладнання за допомогою композитних матеріалів. До цього часу операції забезпечення максимально найбільшого контакту опорних поверхонь фундаментних рам та контактних площин корпусів турбоагрегатів та іншого обладнання виконувались вручну. Дані дослідження дозволяють забезпечити 100 - відсотковий контакт опорних поверхонь та запропонувати способи підвищення несучої початкової здібності композитних матеріалів у 2 – 2,5 рази зі 160 – 180 до 320 – 420 МПА. Ці показники дають можливість використовувати композитний матеріал у самих навантажених конструкціях енергетичного обладнання. Відомості щодо використання таких засобів у закордонній практиці монтажу турбоагрегатів відсутні. Розроблено також інші способи діагностики та відновлення енергетичного обладнання за допомогою композитних матеріалів, зокрема перекачуючого обладнання турбоагрегатів. Так, нова технологія відновлення перекачуючого обладнання енергетичних підприємств дозволяє більш ніж на 50 % підвищити довговічність і ресурс шламових насосів.

Найбільш вагомими результатами, які отримано експериментальним шляхом, є визначення меж несучої здатності композитних матеріалів у разі використання їх в конструкціях опорних елементів важконавантажених машин, схильних до вібраційних навантажень, в умовах підвищених температур, а також розробка напрямів підвищення несучої здібності композитного матеріалу за рахунок конструктивного виконання опорних елементів важконавантажених машин, вузлів турбоагрегатів та перекачуючого обладнання.

Отримані результати мають світову новизну, оскільки використання композитних матеріалів у вирішенні таких важливих і відповідальних робіт по відновленню опорних поверхонь енергетичного устаткування та перекачуючого обладнання раніш були невідоме. Застосування композитів обмежувалось вирішенням завдань щодо відновлення невеликих вузлів, усунення місцевих дефектів, локалізації витоків та використання у системі ЖКГ і тому жодним чином не може порівнюватися з монтажем, наприклад, циліндра низького тиску турбоагрегату ТЕС, вага якого доходить до 70 тонн і працює він у досить складних умовах виникнення вібрацій і температур до 60-70оС. Те ж саме відноситься і до запропонованих технічних рішень з відновлення перекачуючого обладнання, яке працює у тих самих умовах, додатково ускладнених процесами кавітації і інтенсивного абразивного зносу.

Отримані результати дозволяють заощадити значні кошти на скороченні термінів ремонту устаткування, підвищенні його довговічності і надійності, а також за рахунок скорочення витрат у порівнянні з традиційними способами відновлення обладнання.

34. Управління теплообмінними процесами при енергоефективному градієнтному нагріванні заготовок та розробка енергоощадних електротермічних нагрівачів

(науковий керівник – д-р техн. наук, проф. Кухар В.В.).

Ідея розробки полягає в тому, що висока швидкість індукційного нагрівання та можливість регулювання тепловим полем заготовок обумовлює високу енергоефективність електротермічних пристроїв градієнтного нагрівання. Суттєвим недоліком існуючих методів проектування електронагрівальних пристроїв є орієнтування на нагрівання всього об’єму заготовок до однакових температур, навіть при необхідності локальної проробки матеріалу при обробці тиском. В роботі показано, що раціональна форма градієнтної кривої розподілу температур по довжині градієнтно-нагрітої заготовки повинна відповідати (бути еквідистантною) кривій розподілу деформацій або профілю виробу, який отримують на наступній формозмінювальній операції.

Визначення закономірностей протікання енергоефективного теплообміну при градієнтному нагріванні з врахуванням форми кривої температурних градієнтів по довжині заготовки і особливостей нестаціонарної теплопередачі із зміною теплофізичних властивостей матеріалів дозволяє формувати потрібний розподіл температур по довжині або об’єму заготовки. Практична цінність полягає у досягненні суттєвого енергоресурсозбереження і таких техніко-економічних ефектів: а) скорочення на 20…35 % витрат електроенергії через участь меншого об’єму металу у теплообмінних процесах; б) підвищення швидкості нагрівання заготовок перед подальшим куванням, штампуванням або термічною обробкою на 15…25 %, а у випадках високошвидкісного нагрівання в індукторах з перемінним кроком витків – до 3 разів; в) збільшення номенклатури профілів складної конфігурації із відповідним розширенням номенклатури виробів, що виготовляють на одній одиниці виробничого устаткування, зі зменшенням енерговитрат через нагрівання меншого об’єму металу й при спрощенні конструкцій та скороченні витрат на штампову оснастку. Розроблено методику розрахунку мінімально припустимої температури нагрівання зон деформації при градієнтному нагріванні, що дозволяє забезпечити високу стійкість штампового оснащення, виключити його вихід з ладу за крихким руйнуванням і зменшити пікові навантаження на електродвигун пресового устаткування.

Виходячи з практичної цінності наукової розробки, її використання можливе у галузях загального машинобудування, важкого машинобудування, сільськогосподарського машинобудування, автомобілебудування, металургії, приладобудування, при виготовленні кабельної продукції, виробництві вантажопідйомних машин, товарів народного побуту, балонної продукції для попереднього нагрівання заготовок попереду послідовного формування металовиробів операціями кування, штампування і прокатування. Градієнтне нагрівання заготовок доцільно проводити для таких операцій штампування, як осаджування, висаджування, гнуття, поздовжнє згинання, розтягування, обтиск, роздача, витягування, закочування тощо, при цьому штампується ціла низка різнономенклатурних поковок (типу пластини, стрижнів зі стовщенням, стрижнів із загостренням, з зігнутою віссю, з відростками, порожнистих, з листового матеріалу, комплексної складності). Щілинні індуктори для підігріву кромок металопрокату більш ефективно замінять панелі, що віддзеркалюють тепло металу нагрітої штаби, при розташуванні у міжклітьовому просторі безперервних широкоштабових станів, прокатування на яких супроводжується небажаним підстужуванням кромок тонких штаб. Окремо слід відзначити практичну цінність розробки для військово-промислової галузі, а саме для виготовлення стволів, гільз для патронів і снарядів із локальним формуванням горловини патронів і донної частини методами обтиску та закочування із градієнтним підігрівом кінцевих частин трубчастих заготовок.

35. Обґрунтування конструктивних параметрів барабанів стрічкових конвеєрів з метою підвищення довговічності стрічки та зменшення енергоспоживання

(науковий керівник – д-р техн. наук. проф. Суглобов В.В.).

Мета роботи – підвищення довговічності стрічки за рахунок забезпечення її само центрування і стабільного пересування вздовж осі конвеєра та зменшення енергоспоживання на процес центрування стрічки.

На підставі досліджень стійкості руху стрічки із застосуванням центруючих роликоопор встановлено, що стрічка не має чітко вираженого стійкого положення, тому роликоопора володіє просторовим запізненням при поперечному зсуві стрічки, а застосування циліндрично-конічної форми барабанів не тільки не забезпечує повною мірою центрування стрічки, але і сприяє її пошкодженню у зв’язку з появою сили, що розтягує стрічку. Пошкоджуваність стрічки, що пов'язана з її сходами, становить 13-15% всіх випадків відмов конвеєра.

Запропоновано нові конструкції барабанів стрічкового конвеєра, які забезпечують само центрування стрічки під час роботи (барабани вгнутої форми, барабани зі зворотною конусністю, круглою, параболічною формою торцевих ділянок). Науково обґрунтовано ефект само центрування стрічки барабанами такої форми за рахунок створення поперечної сили відповідного напрямку та використання жорсткості стрічки.

Встановлено закономірності взаємодії конвеєрної стрічки з новими конструкціями барабанів з урахуванням її жорсткості (в залежності від типу). Встановлено, що барабани зі зворотним конусом мають центруючі зусилля відносно постійного характеру, а барабани з круглою та параболічною формою торцевих ділянок мають центруючі зусилля змінного характеру, спроможні збільшуватися на 25-30% в залежності від зміщення стрічки.

Усі запропоновані конструкції барабанів при регламентованих кутових відхиленнях транспортерної стрічки в 0,10 забезпечують її надійне центрування навіть при імітації кутового перекосу барабана 3-40. При цьому, додаткові натяжіння в стрічці при її проходженні на торцевих криволінійних ділянках барабана не перевищують 1-2% від номінальних значень.

Розроблені конструкція і методика розрахунку конструктивних параметрів барабанів стрічкових конвеєрів з підвищеним центруючим впливом барабанів на стрічку можуть бути використані у багатьох галузях народного господарства, де використовуються стрічкові конвеєрі: гірничодобувна промисловість, транспортувальні операції на металургійних підприємствах, морських і річкових портах та ін.

За рахунок утримання конвеєрної стрічки на осі конвеєру зменшуються пошкодження кромок стрічки, підвищується її довговічність, суттєво скорочуються трудові витрати на ремонти та відновлення стрічок, зменшуються енергозатрати на процес центрування стрічок. Так, при застосуванні пропонованої конструкції барабанів на 25 конвеєрах середньої довжини 200 м розрахунковий економічний ефект складає близько 1,4 млн. грн. у рік.

36. Розробка нових технологій комплексного зміцнення сталей та чавунів створенням диференційованих метастабільних фазово-структурних шарів

(науковий керівник – д-р техн. наук, проф. Чейлях О.П.).

Мета – підвищення механічних і експлуатаційних властивостей легованих сталей, наплавленого металу та легованих чавунів різного призначення.

Створено нові способи та технології комплексного зміцнення, які поєднують об'ємний (термічна, термоциклічна обробка) і поверхневий (наплавлення метастабільного металу, хіміко-термічна обробка, використання джерел висококонцентрованих енергій та ін.) впливу на матеріал. Вони дозволяють отримати хімічні та фазово-структурні градієнти в поверхневих шарах виробів, які відрізняються диференційованою метастабільністю, що є важливою перевагою перед відомим структуроутворенням. Комплексний характер впливу на матеріал і максимальне використання всіх (по можливості) механізмів зміцнення і формування механічних та специфічних характеристик в одному сплаві забезпечує ефективне управління структурою, кінетикою ДМПЗ (деформаційне мартенситне перетворення при випробуваннях) і властивостями матеріалу в досить широких межах. Ряд зміцнюючих технологій, які зараз широко застосовуються на практиці, модернізовано для реалізації ідеї градієнтного формування мікроструктури, що зумовлює різну ступінь метастабільності і як результат – різну можливість реалізації ДМПЗ, а при оптимальних параметрах – значне підвищення механічних і експлуатаційних властивостей конструкційних матеріалів.

Розроблено ряд нових способів комплексного зміцнення, впроваджено у виробництво технологію поверхневої обробки шестерень зі сталі 20Х2Н4А після цементації з використанням плазмового впливу. Нова технологія забезпечує формування в поверхневому робочому шарі структури високодисперсного мартенситу гартування, карбідів і метастабільного аустеніту, що дозволяє реалізувати в поверхневому шарі ДМПЗ ефект деформаційного само зміцнення. По товщині навуглецьованого шару, зміцненого плазмовим впливом, диференційовано градієнтне змінюється хімічний і фазово-структурний склад, що забезпечує збільшення міжремонтного ресурсу шестерень у 1,5 рази.

Цінність отриманих нових наукових результатів для світової та вітчизняної науки полягає в можливості управління комплексним формуванням фазово-структурних метастабільних градієнтних модифікацій та комплексів в цементованих, наплавлених та мультіповерхневих зміцнених шарах. На основі цього можуть бути створені нові технологічні режими комплексного поверхневого зміцнення багатьох деталей машин, які швидко зношуються.

Переваги розроблених технологій зміцнення перед існуючими:

  • підвищення не менш ніж на 30…50 % зносостійкості і довговічності обладнання, що швидко зношується;
  • заміна дорогих марок сплавів, у складі яких є гостродефіцитні та дорогі легуючі компоненти – нікель, молібден, ванадій, вольфрам, на більш доступні для виробництва, зміцнені за новими технологіями та конкурентоспроможними у порівнянні з дорогими та дефіцитними матеріалами;
  • менша собівартість виробництва;
  • підвищена продуктивність роботи обладнання з використанням деталей, зміцнених за розробленими технологіями;
  • керована метастабільність та можливість суттєвого самозміцнення поверхневого шару в процесі випробувань зносостійкості та експлуатації, що забезпечує додаткове підвищення зносостійкості та довговічності деталей.

Приазовський державний технічний університет
Адреса: вул. Університетська, 7, м. Маріуполь, Донецька область, 87500, Україна

Уповноважена контактна особа:
Рябухін Олександр Васильович - нач


альник відділу маркетингу та інноваційної діяльності
тел. (0629) 44-64-98
факс (0629) 52-99-24, 34-52-94
e-mail: omid@pstu.edu


Invest in Istanbul Turkey hd film izle full dizi izle hd film izle hd film izle dizi izle porno haber guncel haber haberler gundem escort son dakika