поступающему
студенту
выпускнику
Лаборатория
Разрушение ледяного покрова резонансным методом
При действии на лед движущейся нагрузки в ледяном покрове в зависимости от ее скорости будут возникать либо только изгибные, либо только гравитационные, либо колебания обоих видов. Если изгибной волне в пластине сопутствует гравитационная волна в воде, то такую комбинацию волн называют изгибно-гравитационной волной (ИГВ)
При возбуждении волн в сплошном ледяном покрове движущейся нагрузкой под критической или резонансной понимают скорость нагрузки, равную скорости распространения ИГВ. При такой скорости движение нагрузки сопровождается интенсивной подкачкой энергии в колеблющуюся систему, что вызывает увеличение прогибов льда.
Явление возрастания амплитуды ИГВ при таком режиме движения принято называть изгибно-гравитационным резонансом (ИГР).
Резонансное разрушение льда может осуществляться любым транспортным средством, способным к перемещению по ледяному покрову. Следует отметить, что вид источника волн не сказывается на характеристиках резонансных ИГВ и закономерностях их развития, т.к. они в основном определяются характеристиками ледяного покрова и состоянием акватории.
В связи с этим, наиболее эффективным по сравнению с традиционными средствами разрушения льда становится использование амфибийных судов на воздушной подушке (СВП). Вездеходные качества СВП делают возможной их круглогодичную эксплуатацию, а отсутствие у них осадки позволяет разрушать ледяной покров на акваториях любой глубины. Обладая большой скоростью, маневренностью и амфибийностью, СВП могут быстро перемещаться в районы необходимого воздействия на лед. Двигаясь над поверхностью льда, они могут вызывать его разрушение как за счет своего веса, так и за счет возбуждаемых ими в ледяном покрове колебаний достаточной амплитуды.
При маневрировании СВП способно повысить интенсивность волнообразования в ледяном покрове за счет следующих приемов:
- Изменение скорости СВП.
- Изменения курса СВП.
- Резкое увеличение скорости СВП до резонансной
- Зигзагообразное движение СВП.
- СВП в настоящее время - самое производительное и высокоэффективное средство разрушения льда на мелководье. Разру¬шая лед на малых глубинах, где не может работать ни одно другое ледокольное судно, СВП может предотвращать заторообразования и разрушительные наводнения.
Одним из наиболее существенных достоинств резонансного способа является высокая скорость ломки льда, что целесообразно использовать для раннего вскрытия рек и водохранилищ.
Проводка судов во льдах при использовании этого способа может оказаться также эффективной, если при движении с критической скоростью СВП сделает два-три прохода, разрушая и измельчая лед перед сравнительно медленно идущими транспортными судами.
Одним из направлений совершенствования ледокольных средств являются поиски принципиально новых способов реализации разрушения ледяного покрова резонансным методом.
Так ледоразрушающую способность СВП, можно повысить путем одновременного использования для разрушения льда нескольких судов. Как показали эксперименты групповая работа СВП при выполнении ледокольных работ была наиболее эффективной в случае их движения фронтом. При этом их максимальное сближение бортами вплоть до счаливания давало наилучший результат. Движение СВП в кильватер оказалось менее эффективным.
Испытания КВП “Скат” на циркуляции
|
|
Технология и устройство для разрушения ледяного и снежного накатов на поверхности твердого дорожного покрытия
Ледяной и снежный накат, образующийся на дорогах в зимнее время, приводит к росту травматизма и увеличению количества дорожно-транспортных происшествий.
Очистка дорожных покрытий от наката включает в себя две технологические операции: разрушение наката и транспортировку его фрагментов. Основным процессом, определяющим производительность очистки, является отделение от дорожного покрытия фрагментов наката режущим органом очистительных машин.
 |  |
|
Устройство для разрушения ледяного и снежного накатов
на поверхности твердого дорожного покрытия (ЛСН - 2) | |
Одним из перспективных направлений устранения недостатков существующих средств и способов удаления наката и повышения эффективности очистки покрытий может быть использование устройств, работающих в пассивном, т. е. при отсутствии привода, режиме. Они представляют собой диски, посаженные на оси и заключенные в раму. Разрушающие накат усилия создаются вертикальной нагрузкой от силы тяжести устройства и сдвиговыми деформациями, возникающими за счет поворота дисков относительно направления движения.
Характер разрушения наката после прохода устройства ЛСН-2
По поверхности твердого дорожного покрытия, покрытого накатом, при помощи транспортного средства буксируют устройство, выполненное в виде дисков, посаженных с заданным эксцентриситетом на две оси, сопряженные между собой в направлении движения под углом менее 180 градусов, который изменяют в зависимости от характеристик наката: при уменьшении его толщины и прочности угол уменьшают, что приводит к увеличению касательных напряжений, т.е. сдвиговых деформаций. Диски способны пассивно вращаться и катиться по поверхности покрытия от буксирующего их усилия и сил трения между кромками дисков и поверхностью наката.
В процессе движения диски при их внедрении в накат создают нормальные и касательные напряжения, достаточные для отрыва фрагментов наката от дорожного покрытия. Для обеспечения этих условий диски нагружают необходимой вертикальной нагрузкой и разворачивают плоскость дисков на определенный угол по отношению к направлению их поступательного движения. Угол поворота устанавливают таким, чтобы интенсивность (степень) разрушения наката была наибольшей. Режущую кромку дисков предварительно затачивают под углом, при котором происходит максимальная интенсивность скола, т.е. отделение фрагментов наката от поверхности дорожного покрытия.
Известно, что частоты собственных колебаний системы определяются ее параметрами (массой, упругостью и моментами инерции). Поскольку для разрушения наката нормальными и касательными усилиями требуется своя определенная масса нагружающего устройства, преодолевающего сопротивление наката при его разрушении (своеобразную упругость), а при динамическом воздействии на накат устройство в разных направлениях будет иметь различные моменты инерции, то это означает, что собственные частоты устройства в вертикальном и горизонтальном направлениях будут различными. Поэтому для возбуждения резонансных вертикальных и горизонтальных колебаний устройства, увеличивающих их интенсивность, на устройство целесообразно установить два вибратора, работающих независимо друг от друга и возбуждающих в устройстве колебания с частотами, равными собственным частотам собственных колебаний устройства.
Устройство предназначено для его перемещения по поверхности твердого покрытия 1, покрытого ледяным и снежным накатом 2. Устройство выполнено в виде дисковых ножей 3, насаженных на две оси 4, которые при помощи подшипников 5 закреплены каждая на своей раме 6. Рамы при помощи шарнира 7 и балки 8 заключены в общий каркас, состоящий из рам 6 шарнира 7 и балки 8, на котором жестко с ним закреплены вибраторы 9, способные возбуждать вертикальные и горизонтальные колебания устройства с изменяемой частотой. Рамы 6 оснащены приспособлениями 10, с помощью которых их можно устанавливать под углом друг к другу в горизонтальной плоскости и тем самым изменять касательные усилия.
При движении устройства за счет толкающего усилия P, нормальных N и касательных T усилий ножи 3 разрушают накат 2 на его обломки 11. Устройство установлено впереди ножа 12 грейдера (на чертеже не показан), толкающего устройство при помощи упоров 13. Нож грейдера перемещает обломки наката 11 за пределы проезжей части в область 14.Представленная устройство для удаление ледяного и снежного наката защищена патентом РФ.
Изучение возможностей использования энергии расширения льда при деформировании заготовок
Важной проблемой в машиностроении является изготовление высокоресурсных, надежных трубопроводов, которые работают в условиях сложного нагружения. Они испытывают действия высоких давлений, пульсирующей нагрузки и гидравлических ударов, поэтому к ним предъяв¬ляются высокие требования по механическим свойствам материала, качеству внешней и внут¬ренней поверхностей, сохранению формы сечения, а также максимальному утонению стенок трубы.
Перспективы использования и промышленного внедрения новых технологий связаны с применением новых наполнителей труб, которые применяются для предотвращения потери устойчивости стенки трубы (гофрообразования) и отклонения от округлости (овальности). При деформировании труб могут использоваться жидкостные, легкоплавкие и сыпучие материалы.
Основные рассматриваемые задачи
- Создание наполнителя, состоящего из воды и демпфирующих элементов, при замораживании которого его объемное расширение не приводит к формоизменению трубы до начала ее гибки
- Возможность использования энергии расширения льда для формоизменения заготовок
Штамп для деформирования льдом листовой заготовки.
1 – крышка штампа с рабочей полостью; 2 – основание штампа; 3 - сменная матрица; 4 – листовая заготовка; 5 - штуцер с клапаном для поступления рабочей среды; 6 - резиновое кольцо; 7 - деформированная листовая заготовка; 8 – рабочая среда (лед); 9 – рабочая среда (вода); 10 – управляемый клапан для удаления воздуха из рабочей полости.
Штамп для отбортовки отверстий в листовой заготовке.
1 – листовая заготовка; 2 – матрица для отбортовки отверстий; 3 – рабочая среда (вода); 4 – крышка штампа с рабочей полостью; 5 – основание штампа; 6 - сменная матрица; 7 - штуцер с клапаном для поступления рабочей среды; 8 – управляемый клапан для удаления воздуха из рабочей полости; 9 - резиновое кольцо; 10 – рабочая среда (лед).
Штамп для раздачи тонкостенной трубной заготовки.
1 – цилиндрический корпус штампа; 2 – разъёмная матрица; 3 - рабочая среда (вода); 4 – трубная заготовка; 5 - верхняя крышка; 6 - рабочая среда (лед); 7 – нижняя крышка; 8 - деформированная трубная заготовка.
Результаты экспериментов
Штамп для раздачи тонкостенных трубных заготовок. | 
Технологическая оснастка для деформирования листовых заготовок. |
Трубная заготовка после деформации. Технические характеристики трубной заготовки: марка металла: Д16; наружный диаметр 28 мм; толщина стенки 1,5 мм; длина заготовки 100 мм. | 
Листовая заготовка после деформации. Технические характеристики листовой заготовки: марка металла: Д16; диаметр 150 мм; толщина 1,5 мм; |
Патенты
Определение предельной несущей способности ледяного покрова в условиях изгибно-гравитационного резонанса
Общий вид полигона для проведения модельных экспериментов | 
Механический указатель перемещений |
 
Кривые относительных прогибов ледяного покрова для различных режимов движения МДП: 1 – взлет; 2 – посадка; 3 – рулежка (глубина водоема м, толщина льда м);положения нагрузки. | |
Методы повышения эффективности взрывных работ для предотвращения и ликвидации заторов
Заторы, возникающие во время ледостава и ледохода на реках, приводят к тяжелым последствиям в виде разрушительных наводнений. Для их предотвращений или ликвидации традиционно применяют взрывные работы, эффективность которых не высока. С целью повышения производительности работ разработаны методы, основанные на использовании интерференции изгибно-гравитационных волн, возникающих в ледяном покрове от подрыва одиночных зарядов. Выполненные модельные и теоретические исследования позволяют сделать вывод об увеличении эффективности взрывных работ по разработанным технологиям почти в два раза по сравнению с традиционными. Разработка защищена 28-ю патентами РФ на изобретения.
Тяжелые последствия наводнений от заторов |
Традиционная технология разрушения заторов |
Общий вид экспериментальной установки | 
Схема реализации одного из разработанных методов разрушения ледяного покрова (Патент РФ №2124178) |
Технология автоматической балансировки роторов с использованием легкоплавких веществ
На основе эвтектоидных сплавов типа Вуда разработаны технология и устройства для балансировки роторов по принципу работы устройства Леблана, т.е. на способности балансирующего вещества перемещаться в сторону, противоположную дисбалансу. Легкоплавкость вещества с низкой температурой плавления (60 С) и высокой плотностью (плотностью олова) позволяют балансировать роторы при минимальных затратах энергии. Для реализации разработанной технологии достаточно разместить на роторе пустотельную камеру, частично заполненную легкоплавким веществом. За счет источников тепла, возникающего при повышенной вибрации, легкоплавкое вещество расплавляется и при закритических частотах вращения ротора принимает сбалансированное расположение внутри балансировочной камеры. Легкоплавкость вещества и законы механики позволяют осуществлять процесс балансировки многократно и автоматически, т.е. без вмешательства оператора. Преимущество заявленной технологии по сравнению с аналогами заключается в простоте конструкции для ее реализации.
Общий вид экспериментальной установки | 
Переход неуравновешенного шпинделя с балансировочной камерой через критическую скорость |
Расположение легкоплавкого вещества при его недостаточном количестве в балансировочной камере. | |
Разработка защищена 26-ю патентами РФ на изобретения
Способы и устройства повышения несущей способности ледяного покрова при его использовании в качестве автозимников и ледяных переправ
Разработка основана на использовании природных источников энергии: естественных низких температур; подледного течения; волновых колебаний ледяного покрова, возникающих от движущихся транспортных средств. При разработке решений принимались во внимание законы общей физики, термодинамики и гидродинамики. Новые подходы к решению известной задачи повышения несущей способности ледяных переправ, которые обустраиваются в малоосвоенных северных регионах страны, позволят снизить затраты на их создание и повысить безопасность их эксплуатации.
Разработка защищена 22-я патентами РФ на изобретения