Інноваційні дослідження професора Г.Я. Андрєєва у галузі пресових та теплових з'єднань

Размещено на http://www.allbest.ru/

Інноваційні дослідження професора Г.Я. Андрєєва у галузі пресових та теплових з'єднань

Наталія Шелкунова

У статті висвітлено перші дослідження Г.Я. Андрєєва у галузі пресових та теплових з'єднань. Визначено чинники, які сприяли поглибленому вивченню питань надійності сполучення вісь-колісна пара. Виявлено, що на початковому етапі професійного становлення вченого, пріоритетне місце зайняв унікальний напрям машинобудівної галузі - складання-розбирання з'єднань з натягом. Встановлено, що результати досліджень науковця дали поштовх для подальших удосконалень технологічного процесу складання-розбирання.

Ключові слова: професор Г Я. Андрєєв, історія науки, провідний напрям, пресові з'єднання, надійність сполучення, теплові з'єднання, впровадження результатів наукових досліджень.

The first researches of G. Andreev in the field of press and thermal connections are reflected in the article. The factors helping by the deep study of the questions of the pair axis-wheeled connection's reliability are defined. It is discovered that on the initial stage of the scientist's professional formation the assembling-sorting out of connections with tightly as the unique direction machine-building industry took priority place. It is set that the results of G. Andreev's researches gave a shove for the subsequent improvements of technological process of assembling and sorting out.

Keywords: Professor G. Andreev, Science History, Leading Direction, Press Connections, Reliability of Connection, Thermal connections, Introductions of the Results of Scientific researches.

У другій половині 50-х рр. ХХ ст. розпочався новий етап науково-технічної революції (НТР). Однією з визначальних ознак НТР стало те, що наука безпосередньо перетворилася на продуктивну силу: вона спонукала пошук нових технічних рішень, сприяла появі нових галузей техніки, нових виробничих циклів. У її розвитку переважав інтегральний шлях, коли новий напрям виникав на межі інших, іноді досить різнорідних. У той час виокремився новий напрям машинобудівної галузі - індукційно-теплове складання-розбирання з'єднань з гарантованим натягом, започаткований д. т. н., професором - Георгієм Яковичем Андрєєвим. Вивчення розвитку окремих напрямів промисловості в Україні, дослідження історії розвитку української індустрії у цілому дозволяють узагальнити досвід з управління науково-технічним розвитком держави. Історичний аспект досліджень у напрямку складання пресових і теплових з'єднань з гарантованим натягом в Україні взагалі не вивчався. Тому, метою статті стала спроба відновити історичну картину перших досліджень у галузі пресових і теплових з'єднань з натягом професора Г. Я. Андрєєва. професор андрєєв з'єднання

На початку ХХ ст. поштовхом для вивчення процесів у з'єднаннях з натягом став стрімкий розвиток мережі залізниць, а також, паровозобудування. Адже залізничний транспорт залишався достатньо надійним, потужним та швидким засобом пересування. Характерним прикладом з'єднань з натягом є пресова посадка коліс на локомотивні та вагонні вісі залізничного транспорту.

Попередніми дослідниками-практиками проведено велику роботу з удосконалення механічної запресовки колісних пар. Незважаючи на значну експериментальну роботу, проведену в розрізі чинників, що впливають на процес запресування та міцність сполучення, збереглися доволі суперечливі судження. М. П. Зобнін зазначив, що повне дотримання встановлених тодішньою інструкцією Міністерства шляхів сполучення умов при формуванні колісних пар забезпечує отримання надійного пресового з'єднання. У межах цих умов є низка варіантів натягу, якості поверхні, якості мастила та ін., що відповідають вимогам достатньої міцності пресового з'єднання. У цих же межах є також варіанти, що не відповідають вимогам необхідної міцності з'єднання колеса з віссю. Унаслідок цього в експлуатації нерідко спостерігається сходження центрів з вісей, запресування яких зроблено за вказівками інструкції [6, с. 6]. М. М. Кобрін вказував, що зусилля запресування служить основним показником міцності пресового з'єднання при формуванні колісних пар [7]. А. Б. Корона обґрунтував, що максимальне зусилля запресовування можливо вважати надійним критерієм для оцінки експлуатаційної міцності сполучення з натягом при цеховому контролі [6]. Він також встановив, що у процесі складання нерухомих пресових сполучень нерідко відбуваються ушкодження - задири посадочних поверхонь. У його роботі рекомендується для підвищення якості і міцності пресових сполучень забезпечувати посадочні поверхні обох деталей приймальними фасками.

М.П. Новіков звернув увагу, що зусилля запресування є основною величиною, що характеризує міцність сполучення з гарантованим натягом [9]. А. М. Мелькунов та А. Ф. Замкевич визнавали, що у технологічному процесі запресування з'являється великий відсоток браку [9, с. 27]. Л. П. Манюк у своїй роботі привів класифікації причин появи браку [8, с. 17]. В. А. Добровольський зазначив, що при посадці під пресом, у процесі просування однієї деталі в іншу, поверхневі шари, які стикаються, піддаються згладжуванню та руйнуванню [4, с. 335].

Аналіз причин появи цих недоліків та розробка механізмів їхнього усунення перебували у центрі уваги провідних дослідників у галузі збирання-розбирання з'єднань з натягом, зокрема у деталях вісь-колісна пара. Найбільш негативні наслідки мали риси та задири, що утворювалися у процесі запресування. Збільшення напруги під час експлуатації вісі при знакозмінних навантаженнях сприяло їхньому руйнуванню, а саме - зламу осей від втоми. Такі поломки негативно впливали на роботу залізничного транспорту, наслідками цього ставали значні матеріальні збитки і навіть людські жертви. Тому не випадково Г Я. Андрєєва зацікавили питання надійності та довговічності сполучення: вісь - колісна пара. Як фахівець, який тривалий час працював на виробництві, він поставив перед собою завдання зробити найміцніше з'єднання без допомоги додаткового кріплення.

У 1950 р. Г Я. Андрєєв перейшов на викладацьку роботу до Харківського інженерно-економічного інституту. Це дало змогу безпосередньо розпочати розробку питань міцності з'єднань з натягом та поглиблено вивчати процеси складання-розбирання. Його наукова робота розпочалася з дослідження пресових з'єднань і з'єднань з термовпливом для транспортного та важкого машинобудування. Аналізуючи науковий доробок своїх попередників - фахівців залізничної справи, Г Я. Андрєєв виявив велику кількість суперечностей. Це стало поштовхом для досконалого вивчення та експериментального визначення причин недостатньої ефективності механічного запресування деталей на гідравлічних пресах. Вивчаючи міцність пресового з'єднання на прикладі сполучення вісі з колісним центром, Г Я. Андрєєв визначив чинники, що впливають на якість та надійність з'єднань з гарантованим натягом. Зокрема, виокремив найважливіші з них: брак при запресовці; ненадійність прийнятого критерію контролю міцності пресового з'єднання колісних пар та зусилля запресовування, яке залежить від багатьох чинників.

Результатом теоретичних та практичних досліджень Г Я. Андрєєва стало обґрунтування ідей щодо ненадійності загальновживаного та, фактично, єдиного на той час методу контролю міцності пресових з'єднань осі з колісним центром. Цей метод застосовувався шляхом запису запресувального тиску приладом у вигляді діаграми P=f(l), що відповідала інструкції Міністерства шляхів сполучення ЦВ/2029 [3, с. 10]. Ця діаграма, висвітлювала осьовий тиск, який виникає при запресовуванні вісі в маточину колісного центру на всій її довжині. Теоретична діаграма (рис. 1) показувала запресовування ідеальних поверхонь, що сполучаються. Реальні поверхні відрізнялися від ідеальних і фіксувалися на діаграмі наростанням зусилля запресовування. Ці зусилля чутливі до будь-яких змін властивостей посадочних поверхонь сполучення, що відображаються у зміні форми діаграми (рис. 2). Тобто, фактичний процес запресовування різко відрізнявся від теоретичного. Тому, при однаковому натягу з'єднань, спостерігається значне розсіювання величин зусиль, що характеризує процес запресовування [3, с. 10].

Чинник браку при запресовці вчений досліджував статистичними та аналітичними методами протягом 1950-1951 рр. на Луганському тепловому заводі та на заводах Донецького залізничного округу, у 1953 р. - на Коломенському машинобудівному заводі, а пізніше, у період з 1957 до 1965 рр. на Уралвагонзаводі м. Нижній Тагіл [3, с. 9, 13, 14 ]. Ці дослідження виявили значно вищий відсоток браку через невідповідність прийнятій схемі діаграми. Тобто, через наявність

високого або низького тиску у процесі запресування, а також через поштовхи та задири.

Науковець провів низку експериментів, вивчаючи чинники, що впливають на зусилля запресовування, а саме: наявність стружки, шорсткість посадочних поверхонь, розміри і форми фаски, швидкість запресовування, наявність мастила під час запресовування. Метою досліджень було визначення залежності зусилля запресування та радіальної і тангенціальної напруги на поверхнях, що сполучалися, від наявності мастила. Тому, Г Я. Андрєєв, здійснив спроби запресовування із застосуванням авіаційного мастила, ртутної мазі та без мастила з двома величинами натягу: 0,02 мм і 0,006 мм. У ході експерименту на підставі дослідних і розрахункових даних було визначено коефіцієнти тертя при запресовці у двох дослідах. Результати експериментів підтвердили гіпотезу Г Я. Андрєєва про вплив мастила на міцність з'єднання. Так, при відповідному підборі мастила і інших чинників, що впливають на зусилля запресування, можна, по-перше, отримати необхідну величину запрессовочного зусилля, але без надійної експлуатаційної міцності сполучення. По-друге, забезпечити значну величину зусилля запресування, яка за технічними умовами вважається браком. Фактично таке сполучення може бути цілком надійним і задовольняти вимогам експлуатації, тому що напруга маточини колеса перебуває в допустимих межах [3, с. 19-20].

Отже, такі недоліки, як прийнятий метод контролю якості пресових з'єднань локомотивних і вагонних колісних пар, брак при запресовуванні та ушкодження поверхонь, що сполучаються, на думку Г Я. Андрєєва, криються у самому недосконалому чинному технологічному процесі формування колісних пар [3, с. 4]. Усе це спонукало вченого до дослідження та розробки прогресивних технічних рішень, а саме до нового підходу у формуванні колісних пар та розробки нового технологічного процесу із застосуванням термовпливу.

У результаті проведених теоретичних і експериментальних досліджень на масштабних і натуральних зразках із 1950 р. до 1953 р., Г Я. Андрєєв запропонував тепловий метод складання деталей щодо формування колісних пар рухомого складу залізничного транспорту. Перші результати цієї роботи оприлюднено у статті: «Нове у виробництві колісних пар» у газеті «Червоний прапор» 17 листопада 1951 року. У 1953 р. вчений отримав авторське свідоцтво «Спосіб формування залізничних, трамвайних і інших колісних пар» [1]. Метою нового винаходу стало усунення ушкоджень поверхонь, що сполучалися, підвищення надійності і міцності з'єднання колеса з віссю, при одночасному зменшенні натягу та прискоренні виробничого процесу. Відповідно до винаходу, формування колісних пар здійснювалося безпресовим, безшпонковим з'єднанням, шляхом установки холодної осі (при цеховій температурі) в отвір маточини колеса, розширений нагрівом на 0,18-0,25 % його номінального діаметру. Це відповідало номінальному діаметру вісі, яка вставлялася. Колеса нагрівалися в електронагрівальній печі за 25-30 хвилин до температури 180-250°С. Контроль температури відбувався автоматично, за допомогою теплового реле. Дослідник переконливо довів, що на зрушення та прокручування міцність теплового з'єднання значно вища, ніж у пресового.

Досвід наукової діяльності стимулював зростання вченого. Тому 1953 р. Г Я. Андрєєв захистив кандидатську дисертацію за темою: «Дослідження міцності нерухомих з'єднань осі з колісним центром» [2]. Після захисту кандидатської дисертації дослідник не лише не припинив свою наукову працю, але й сприяв практичному втіленню своїх розробок у виробництво.

Величезний авторитет ученого набув визнання не лише в УЗПІ, а серед фахівців у провідних центрах машинобудування. Поступово формувалися плідні та взаємовигідні зв'язки науковця з колективом учених не лише у Харкові, але й за його межами. З 1953 р. Г Я. Андрєєв налагодив зв'язки з Центральною науково-випробувальною лабораторією (ЦНВЛ) транспортного машинобудування, заснованою у 1947 р. на Коломенському паровозобудівному заводі. У 1956 р. на базі ЦНВЛ створено Всесоюзний науково-дослідний тепловозний інститут (ВНДТІ) з колективом якого вчений тривалий час підтримував тісні взаємозв'язки [11, с. 1]. Задля детального вивчення теплового збирання та розбирання колісного центра на вісь та встановлення постійного контакту з ЦНВЛ Всесоюзний науково-дослідний інститут залізничного транспорту (ВНДІЗТ) призначив старшого наукового співробітника механічної лабораторії ВНДІЗТ Льва Михайловича Школьника [11, с. 1-2]. Л. М. Школьник був одним із провідних фахівців у галузі транспортного матеріалознавства. Під його керівництвом виконані великі комплексні дослідження з підвищення надійності та довговічності відповідальних деталей рухомого складу та верхньої будови шляху, створені нові технологічні процеси зміцнення деталей методами поверхневої пластичної деформації та комбінованими способами. Л. М. Школьник проводив дослідження міцності осей за допомогою накатування [13, с. 185, 187]. Дослідження теплового з'єднання колісного центру з віссю представляло інтерес для ВНДІЗТ, тому що для зміцнення вісі та підматочиної частини колеса використовувалося механічне зміцнення - накатування роликами. Г. Я. Андрєєв у процесі досліджень порівняв утомну міцність теплових і пресових з'єднань та зробив висновки: утомна міцність теплових і пресових з'єднань однакова; використання накатування роликами підматочиної частини вісі збільшує утомну міцність у 1,5-2 рази. Операція запресування при зміцнених роликами вісей представляла низку труднощів. Тому, теплове складання коліс, у яких посадочні поверхні оброблено накатуванням, дозволили усунути випадки поломок вісі у частині, яка була недоступна до зовнішнього огляду.

У 1954-1955 рр. Всесоюзний науково-дослідницький тепловозний інститут (ВНДТІ) провів додаткові дослідження теплового та пресового з'єднань, зокрема виконав роботу з випробування вісей на втому. Дослідні роботи з формування колісних пар із використанням теплового методу проводилися на натуральних зразках, а випробування - у лабораторних умовах на стендах. Отримані результати дозволили прийняти рішення про виготовлення дослідної партії вантажних вагонів із колісними парами, сформованими за новим методом [10, с. 4].

Тому, наприкінці 1956 р. за ініціативою директора Уралвагонзаводу І. В. Окунева та керівника експериментального сектору відділу головного конструктора заводу А.М. Хорхорина, Г Я. Андрєєвим, спільно з представниками ВНДТІ, сформовано на Уралвагонзаводі перший дослідний маршрут із 200 колісних пар, з'єднаних тепловим методом. У процесі формування дослідної партії колісних пар за пропозицією Г. Я. Андрєєва та за його керівництва проведено низку додаткових досліджень із поглибленого вивчення процесу сполучення колісного центру із віссю. Метою випробувань стало остаточне вирішення питання щодо впровадження теплового методу у серійне виробництво.

У березні 1958 р. на Уралвагонзаводі (м. Нижній Тагіл) відбувся огляд державною комісією досліджуваного маршруту, відповідно до раніше затвердженої програми досліджень [12, с. 1]. Результати, отримані ВНДТІ, підтвердили висновки Андрєєва про переваги теплового методу формування колісних пар. Працівники ВНДТІ і Уралвагонзаводу брали участь і в подальших дослідженнях теплового методу, зокрема, у формуванні та оглядах колісних пар дослідних маршрутів, що дало у цілому позитивні результати.

Отже, на початку 50-хх рр. ХХ ст. розпочалося виокремлення нового інноваційного напряму у галузі складання-розбирання з'єднань з гарантованим натягом. Доробок науковців-практиків цієї галузі, отримав суперечливі оцінки. Недоліки, які впливали на якість з'єднання негативно позначалися на роботі залізничного транспорту. У зв'язку з цим, Г. Я. Андрєєв провів власні теоретичні та експериментальні дослідження. Результатом наукового пошуку стало обґрунтування того, що переважна більшість недоліків криється у самому технологічному процесі. Характерною ознакою діяльності Г. Я. Андрєєва стало новаторство, пошук нових підходів та способів вирішення практичних завдань. Наукові праці вченого на початковому етапі заклали міцний теоретичний фундамент у галузі пресових та теплових з'єднань з гарантованим натягом. Результати досліджень науковця, дали поштовх для подальших удосконалень технологічного процесу складання-розбирання. Тобто, пріоритетним у діяльності вченого став прикладний характер досліджень.

Отже, ще в 50-хх рр. ХХ ст. визначився провідний напрям діяльності Г Я. Андрєєва як науковця, якому він присвятив усі свої дослідження. Учений сам усвідомлював, що його перші наукові досліди сприяли розгортанню подальшому науковому пошуку. Уже перші наукові праці та експерименти стали важливою епохою у формуванні унікального напряму машинобудівної галузі - складанню-розбиранню з'єднань з натягом.

Література

1. Авторское свидетельство № 109792 СССР МПС 20d 623: Способ формирования железнодорожных, трамвайных и других колесных пар / Г. Я. Андреев (СССР). - № 909/491934; заявл. 26.09.1952; опубл. 14.11.1957.

2. Андреев Г. Я. «Дослідження міцності нерухомих з'єднань осі з колісним центром»: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Г. Я. Андреев; Харьк. инженер.-эконом, ин-т. - X., 1953. - 20 с.

3. Андреев Г Я. Тепловая сборка колесных пар: [монография] / Г. Я. Андреев. - X.: Изд-во Харьк. гос. ун-та, 1965. - 227 с.

4. Добровольский В. А. Детали машин / В. А. Добровольский. - К.: Госизтехлит УССР, 1950. - 778 с.

5. Зобнин Н. П. Обработка и запрессовка колесных пар / Н. П. Зобнин. - М.: Трансжелдориздата НКПС, 1944. - 92 с.

6. Корона А. Б. Исследование влияния чистоты посадочных поверхностей на прочность сопряжения с натягом / А. Б. Корона // Автомобильная промышленность - № 8. - 1947. - С. 95-106.

7. Кобрин М. М. О запресовке колесных пар / М. М. Кобрин // Весник машиностроения - 1952 - № 3. - С. 27-35.

8. Манюк Л. П. О качестве запрессовки колес / Л. П. Манюк // Транспортное машиностроение - 1938. - № 12. - С. 14-21.

9. Мелькунов А. И. К вопросу о запрессовке тендерных осей / А. И. Мелькунов, А. Ф. Занкевич // Транспортное машиностроение - 1938. - № 14. - С. 25-32.

10. Особиста колекція Г Я. Андрєєва. Лист № 417 від 30.03.1954 от МТ ТМ СССР Центальной научно-исследовательской лаборатории доценту института тов. Андрееву Г. Я. - Арк. 1.

11. Особиста колекція Г Я. Андрєєва. Лист № 540518/6 від 18.05.1956 Андрееву Г Я. от начальника Технического управления Министерства Путей сообщения - В. Самохвалова и начальника Технического управления Министерства транспортного машиностроения - М. Щукина. - Арк. 1.

12. Особиста колекція Г. Я. Андрєєва Лист № 39 10.01.1957 «Всесоюзного научно-исследовательского тепловозного института (ВНИТИ) директору ХГИ - Емельянову Д. С.» - Арк. 2.

13. Ученые ВНИИЖТа (к 85-летию института) / [Под ред. доктора техн. Наук А. Л. Лисицына]. - М.: Интекст, 2003. - 224 с.

Размещено на Allbest.ru