Journal of Engineering Sciences, Volume 1, Issue 4 (2014) by Journal of Engineering Sciences

Міністерство освіти і науки України The Ministry of Education and Science of Ukraine Министерство образования и науки Украины

ЖУРНАЛ ІНЖЕНЕРНИХ НАУК

JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCES

ЖУРНАЛ ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК

Науковий журнал Scientific Journal Научный журнал

Том 1, № 4 (2014)

Заснований у 1994 році Founded in 1994 Основан в 1994 году

Сумський державний університет Sumy State University Сумский государственный университет

Журнал публікує статті, що висвітлюють актуальні питання сучасного високотехнологічного виробництва, розвитку нових наукових течій у техніці та розроблення технологій майбутнього, підготовлені професорсько-викладацьким складом, аспірантами та фахівцями університету та інших ВНЗ, а також вченими і спеціалістами інших наукових установ. Для викладачів ВНЗ, наукових працівників, аспірантів, конструкторів та виробників. ISSN 2312-2498 Рекомендовано до друку вченою радою Сумського державного університету, (протокол № 11 від 11.06.2015 року) Журнал є науковим фаховим виданням ВАК України у галузі технічні науки (Наказ МОН України від 13.07.2015 № 747 «Про затвердження рішень Атестаційної колегії Міністерства щодо діяльності спеціалізованих вчених рад від 30 червня 2015 року». – Режим доступe: http://old.mon.gov.ua/img/zstored/files/747.rar). Публікується за підтримки: факультету технічних систем та енергоефективних технологій Сумського державного університету: http://teset.sumdu.edu.ua/ кафедри комп’ютерних наук Сумського державного університету: http://cs.sumdu.edu.ua/ ТОВ «Сумитеплоенерго»: http://teplo.sumy.ua/

Адреса редакційної колегії:

вул. Римського-Корсакова, 2, м. Суми, 40007

Телефони:

(+38 0542) 68-78-52, (+38 0542) 33-41-09

Електронна адреса:

jes.sumdu@gmail.com

Web-site:

http://jes.sumdu.edu.ua/

Свідоцтво про Державну реєстрацію друкованого засобу масової інформації КВ № 20499-10299 ПР від 11.12.2013 Сумський державний університет, 2015

ЖУРНАЛ ІНЖЕНЕРНИХ НАУК JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCES ЖУРНАЛ ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК Web site: http://jes.sumdu.edu.ua/ Том 1, № 4 (2014)

РЕДАКЦІЙНА КОЛЕГІЯ ГОЛОВНИЙ РЕДАКТОР Криворучко Д. В., д-р техн. наук, доцент (Сумський державний університет, м. Суми, Україна).

РЕДАКТОР-КОНСУЛЬТАНТ Марцинковський В. А., д-р техн. наук, професор (Сумський державний університет, м. Суми, Україна).

ЗАСТУПНИКИ ГОЛОВНОГО РЕДАКТОРА Залога В. О., д-р техн. наук, професор (Сумський державний університет, м. Суми, Україна); Ковальов І. А., канд. техн. наук, професор (Сумський державний університет, м. Суми, Україна); Склабінський В. І., д-р техн. наук, професор (Сумський державний університет, м. Суми, Україна); Гусак О. Г., канд. техн. наук, доцент (Сумський державний університет, м. Суми, Україна).

ВІДПОВІДАЛЬНИЙ РЕДАКТОР Івченко О. В., канд. техн. наук, доцент (Сумський державний університет, м. Суми, Україна).

ЧЛЕНИ РЕДАКЦІЙНОЇ КОЛЕГІЇ Пляцук Л. Д., д-р техн. наук, професор (Сумський державний університет, м. Суми, Україна); Симоновський В. І., д-р техн. наук, професор (Сумський державний університет, м. Суми, Україна); Дядюра К. О., д-р техн. наук, доцент (Сумський державний університет, м. Суми, Україна); Верещака С. М., д-р техн. наук, професор (Сумський державний університет, м. Суми, Україна); Карінцев І. Б., канд. техн. наук, професор (Сумський державний університет, м. Суми, Україна); Петраков Ю. В., д-р техн. наук, професор (Національний технічний університет України «КПІ», м. Київ, Україна); Федорович В. А., д-р техн. наук, професор (Харківський національний технічний університет «ХПІ», м. Харків, Україна); Мазур Н. П., д-р техн. наук, професор

ЕDITORIAL BOARD EDITOR – IN – CHIEF Kryvoruchko D. V., Doctor of Engineering Sciences, A. P. (Sumy State University, Sumy, Ukraine).

ADVISORY EDITOR Martsinkovskiy V. A., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Sumy State University, Sumy, Ukraine).

DUPUTY CHIEF EDITORS Zaloga V. O., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Sumy State University, Sumy, Ukraine); Kovalev I. O., Candidate of Sciences (Engineering), Professor (Sumy State University, Sumy, Ukraine); Sklabinskiy V. I., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Sumy State University, Sumy, Ukraine); Gusak O. G., Candidate of Sciences (Engineering), A. P. (Sumy State University, Sumy, Ukraine).

ASSOCIATE EDITOR Ivchenko O. V., Candidate of Sciences (Engineering), A. P. (Sumy State University, Sumy, Ukraine).

MEMBERS OF EDITORIAL BOARD Plyatsuk L. D., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Sumy State University, Sumy, Ukraine); Simonovskiy V. I., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Sumy State University, Sumy, Ukraine); Dyadyura K. O., Doctor of Engineering Sciences, A. P. (Sumy State University, Sumy, Ukraine); Vereshchaka S. M., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Sumy State University, Sumy, Ukraine); Karintsev I. B., Candidate of Sciences (Engineering), Professor (Sumy State University, Sumy, Ukraine); Petrakov Yu. V., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Ukrainian National Technical University “KPI”, Kiev, Ukraine); Fedorovich V. A., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Kharkov National Technical University “KhPI”, Kharkov, Ukraine); Mazur N. P., Doctor of Engineering Sciences,

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. iii–v.

iii

(Хмельницький національний університет, м. Хмельницький, Україна); Сторчак М. Г., д-р техн. наук, професор (Інститут верстатів Університету Штутгарта, м. Штутгарт, Німеччина); Кушнер В. С., д-р техн. наук, професор (Омський державний технічний університет, м. Омськ, Росія); Верещака А. С., д-р техн. наук, професор (Московський державний технічний університет «Станкін», м. Москва, Росія); Клименко С. А., д-р техн. наук, професор (Інститут надтвердих матеріалів ім. В. Н. Бакуля Національної академії наук України, м. Київ, Україна); Трищ Р. М., д-р техн. наук, професор (Українська інженерно-педагогічна академія, м. Харків, Україна); Віткін Л. М., д-р техн. наук, професор (старший радник Адміністрації Президента України, Навчально-науковий інститут магістерської підготовки та післядипломної освіти Університету «КРОК», м. Київ, Україна); Івахненко О. Г., д-р техн. наук, професор (ПівденноЗахідний державний університет, м. Курськ, Росія); Отаманюк В. М., д-р техн. наук, професор (Національний університет «Львівська політехніка», м. Львів, Україна); Шапорєв В. П., д-р техн. наук, професор (Національний технічний університет «ХПІ», м. Харків, Україна); Роман Петрус, д-р техн. наук, професор (Жешувська політехніка, м. Жешув, Польща); Камбург В. Г., д-р техн. наук, професор (Пензенський державний університет архітектури та будівництва, м. Пенза, Росія); Франчишек Похіпі, д-р техн. наук, професор (Технічний університет Брно, м. Брно, Чехія); Міхал Вархола, д-р техн. наук, професор (Словацький технологічний університет у Братиславі, м. Братислава, Словаччина); Жарковський А. А., д-р техн. наук, професор (Петербурзький державний політехнічний університет, м. Санкт-Петербург, Росія); Соложенцев Е. Д., д-р техн. наук, професор (СанктПетербурзький державний університет аерокосмічного приладобудування, м. СанктПетербург, Росія); Караханьян В. К., д-р техн. наук, професор, (Російська асоціація виробників насосів, м. Москва, Росія); Свідерський В. А., д-р техн. наук, професор (Національний технічний університет України «КПІ», м. Київ, Україна); Сіренко Г. А., д-р техн. наук, професор (Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника, м. Івано-Франківськ, Україна); Захаренко А. В., д-р техн. наук, професор (ЗАТ «БАРРЕНС», м. Санкт-Петербург, Росія);

Professor (Khmeinitskiy National University, Khmeinitsk, Ukraine); Storchak M. G., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Machine Institute of Stuttgart University, Stuttgart, Germany); Kushner V. S., Doctor of Engineering Sciences, Professor (State Technical University, Omsk, Russia); Vereshchaka A. S., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Moskov State Technical University “Stankin”, Moskov, Russia); Klimenko S. A., Doctor of Engineering Sciences, Professor (V. N. Bakul Institute of super hard materials of the National Academy of sciences of Ukraine, Kiev, Ukraine); Trishch R. M., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Ukrainian engineering and pedagogical Academy, Kharkov, Ukraine); Vitkin L. M., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Senior Advisor of the Administration of the President of Ukraine, Educational and scientific Institute of Master’s Programmes and Post-Graduate Education of the “KROK” University, Kiev, Ukraine); Ivachnenko A. G., Doctor of Engineering Sciences, Professor (South-west State University, Kursk, Russia); Otamanyuk V. M., Doctor of Engineering Sciences, Professor, National University “Lvov Polytechnics”, Lvov, Ukraine); Shaporev V. P., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Kharkov National Technical University “KhPI”, Kharkov, Ukraine); Roman Petrus, Doctor of Engineering Sciences, Professor (Zheschuv Polytechnics, Zheshuv, Poland); Kamburg V. G., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Penza State University of Architecture and Construction, Penza, Russia); Franchischek Pokhipy, Doctor of Engineering Sciences, Professor (Brno Technical University, Brno, Czech); Mikhal Varkhola, Doctor of Engineering Sciences, Professor (Slovak Technological University in Bratislava, Bratislava, Slovakia); Zharkovkiy A. A., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Sankt-Petersburg State Polytechnic University, Sankt-Petersburg, Russia); Solozhentsev E. D., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Sankt-Petersburg State University of Aerospace Tool-Making, Sankt-Petersburg, Russia); Karakhanyan V. K., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Russian Federation of Pump Producers, Moscow, Russia); Sviderskiy V. A., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Ukrainian National Technical University “KPI”, Kiev, Ukraine); Sirenko G. A., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Vasiliy Stefanik Ciscarpathian National University, Ivano-Frankovsk, Ukraine); Zacharenko A. V., Doctor of Engineering Sciences, Professor, (Closed Joint- Stock Company “BARRENS”, Sankt-Petersburg, Russia);

Павленко В. І., д-р техн. наук, професор

Pavlenko V. I., Doctor of Engineering Sciences,

Редакційна колегія || Editorial Board

(Бєлгородський державний технологічний університет ім. В. Г. Шухова, м. Бєлгород, Росія); Шаповалов М. А., д-р техн. наук, професор (Бєлгородський державний технологічний університет ім. В. Г. Шухова, м. Бєлгород, Росія); Колєсніков В. І., д-р техн. наук, професор (Ростовський державний університет шляхів сполучення, м. Ростов, Росія); Йімінг Кевін Ронг, д-р техн. наук, професор (Вустерський політехнічний інститут, м. Вустер, США); Мацевитий Ю. М., д-р техн. наук, професор (Інститут проблем машинобудування Національної академії наук України, м. Харків, Україна); Чеслав Кундера, д-р техн. наук, професор (Політехніка Свєнтокжиська, м. Кельце, Польща); Філімоніхін Г. Б., д-р техн. наук, професор (Кіровоградський технічний університет, м. Кіровоград, Україна); Львов Г. І., д-р техн. наук, професор (Харківський національний технічний університет «ХПІ», м. Харків, Україна); Дзюба А. П., д-р фіз.-мат. наук, професор (Дніпропетровський національний університет, м. Дніпропетровськ, Україна); Шубенко А. Л., д-р техн. наук, професор (Інститут проблем машинобудування Національної академії наук України, м. Харків, Україна); Гадяка В. Г., канд. техн. наук (Публічне акціонерне товариство «Сумське машинобудівне наукововиробниче об’єднання ім. М. В. Фрунзе», м. Суми, Україна); Йожеф Заєць, д-р техн. наук, професор (Технічний університет, м. Кошице, Словаччина); Карпусь В. Е., д-р техн. наук, професор (Академія внутрішніх військ МВС України, м. Харків, Україна).

Professor (Shukhov Belgorod State Technological University, Belgorod, Russia); Shapovalov M. A., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Shukhov Belgorod State Technological University, Belgorod, Russia); Kolesnikov V. I., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Rostov State University of Communications, Rostov, Russia); Yiming Kevin Wrong, Doctor of Engineering Sciences, Professor (Worcester Polytechnic University, Worcester, USA); Matsevityi Yu. M., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Institute of Machine- Building Problems of The National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov, Ukraine); Cheslav Kundera, Doctor of Engineering Sciences, Professor (Polytechnica Sventokzhiska, Keltse, Poland); Filimonikhin G. B., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Kirovograd Technical University, Kirovograd, Ukraine); Lvov G. I., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Kharkov National Technical University “KhPI”, Kharkov, Ukraine); Dzyuba A. P., Doctor of Physico-Mathematical Sciences (Dnepropetrovsk State University, Dnepropetrovsk, Ukraine); Shubenko A. L., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Institute of Machine- Building Problems of The National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov, Ukraine); Gadyaka V. G., Candidate of Sciences (Engineering) (Public joint-stock company “Frunze Sumy MachineBuilding Scientific and Production Incorporation”); Yozhef Zayats, Doctor of Engineering Sciences, Professor (Koshitse Technological Institute, Koshitse, Slovakia); Karpus V. E., Doctor of Engineering Sciences, Professor (Academy of Internal Military Forces of the Ministry of Home Affairs of Ukraine, Kharkov, Ukraine).

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. iii–v.

ЖУРНАЛ ІНЖЕНЕРНИХ НАУК JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCES ЖУРНАЛ ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК Web site: http://jes.sumdu.edu.ua/ Том 1, № 4 (2014) СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ, СТАНКИ И ИНСТРУМЕНТЫ

Ю. Н. Внуков, С. И. Дядя, Е. Б. Козлова, Н. Н. Черновол Анализ условий контактирования зубьев концевой цилиндрической фрезы с деталью

А 1–А 7

Н. Н. Коротун, Б. А. Ступин Исследование методов обработки кромок отверстий

А 9–А 12

В. Б. Тарельник, П. В. Косенко Анализ существующих методов восстановления деталей машин и их применимость в технологии ремонта винтовых компрессоров

А 13–А 16

СОВРЕМЕННЫЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Н. И. Сотник, В. С. Бойко, С. А. Хованский Энергоэффективность функционирования электромеханических систем в составе сетей водоснабжения ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ И МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

D 1–В 18 E

А. В. Ивченко, В. А. Залога, О. Д. Дынник, Д. А. Жигилий, В. А. Дорда Проблемы оценки качества инструментальной подготовки производства машиностроительного предприятия

E 1–E 16

ВОПРОСЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

К. В. Берладир, T. П. Говорун, K. А. Дядюра, M. Е. Вышегородцева, M. С. Устименко Исследование структуры и свойств антифрикционных композитов с модифицированной политетрафторэтиленовой матрицей

F 1–F 4

Зміст || Contents || Содержание

ЖУРНАЛ ІНЖЕНЕРНИХ НАУК JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCES ЖУРНАЛ ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК Web site: http://jes.sumdu.edu.ua/ Том 1, № 4 (2014) ЗМІСТ ТЕХНОЛОГІЯ МАШИНОБУДУВАННЯ, ВЕРСТАТИ ТА ІНСТРУМЕНТИ

Ю. М. Внуков, С. І. Дядя, Є. Б. Козлова, Н. М. Черновол Аналіз умов контактування зубів кінцевої циліндричної фрези з деталлю

А 1–А 7

М. М. Коротун, Б. А. Ступін Дослідження методів обробки крайок отворів

А 9–А 12

В. Б. Тарельник, П. В. Косенко Аналіз існуючих методів відновлення деталей машин та їх застосовність в технології ремонту гвинтових компресорів СУЧАСНІ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ

А 13–А 16 D

М. І. Сотник, В. С. Бойко, С. О. Хованський Енергоефективність функціонування електромеханічних систем у складі мереж водопостачання ТЕХНІЧНЕ РЕГУЛЮВАННЯ ТА МЕТРОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

D 1–D 18 E

О. В. Івченко, В. О. Залога, О. Д. Динник, D. O. Жигилій, В. О. Дорда Проблеми оцінювання якості інструментальної підготовки виробництва машинобудівного підприємства

E 1–E 16

ПИТАННЯ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА

Х. В. Берладір, T. П. Говорун, K. O. Дядюра, M. Є. Вишегородцева, M. С. Устименко Дослідження структури та властивостей антифрикційних композитів з модифікованою політетрафторетиленовою матрицею

F 1–F 4

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. vi–viii.

vii

ЖУРНАЛ ІНЖЕНЕРНИХ НАУК JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCES ЖУРНАЛ ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК Web site: http://jes.sumdu.edu.ua/ Том 1, № 4 (2014)

CONTENTS ENGINEERING, MACHINES AND TOOLS

Yu. N. Vnukov, S. I. Djadja, E. B. Kozlova, N. N. Chernovol Analysis of conditions for contacting tooth end mills with cylindrical piece

А 1–А 7

М. М. Korotun, B. A. Stupin Research methods for processing edges of holes

А 9–А 12

V. B. Tarelnyk, P. V. Kosenko Analysis of existing methods for recovery of machine parts and their applicability in technology repair screw compressors

А 13–А 16

MODERN ENERGY – EFFICIENT TECHNOLOGIESES M. I. Sotnyk, V. S. Boiko, S. A. Khovanskyy Energy efficiency operation of electromechanical systems as a part of water supply TECHNICAL REGULATION AND METROLOGICAL SUPPORT

D 1–D 18 E

O. V. Ivchenko, V. O. Zaloga, O. D. Dynnik, D. O. Zhigiliy, V. O. Dorda Problems of quality assessment tool pre-production at a machine-building enterprise

E 1–E 16

PROBLEMS OF MATERIALS SCIENCE

K. V. Berladir, T. P. Hovorun, K. O. Dyadyura, M. E. Vyshehorodtseva, M. S. Ustimenko Research of the structure and properties of antifriction composites with modified polytetrafluoroethylene matrix

F 1–F 4

viii

Зміст || Contents || Содержание

ЖУРНАЛ ІНЖЕНЕРНИХ НАУК JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCES ЖУРНАЛ ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК Web site:

http://jes.sumdu.edu.ua/ Том 1, № 4 (2014) УДК 621.91.01:621.914.1:621.914.22

Анализ условий контактирования зубьев концевой цилиндрической фрезы с деталью Ю. Н. Внуков1), С. И. Дядя2), Е. Б. Козлова3), Н. Н. Черновол4) 1), 2), 3), 4)

Запорожский национальный технический университет, ул. Жуковского, 64, г. Запорожье,

Украина, 69063 Article info: Paper received: The final version of the paper received: Paper accepted online:

21 January 2015 13 May 2015 18 June 2015

Correspondent Author's Address: yvnukov@zntu.edu.ua

1), 2), 3), 4)

В работе получены теоретические формулы для определения времени резания одним зубом и времени холостого хода, в момент вращении фрезы, когда предыдущий зуб вышел из зоны резания, а последующий еще не вошел. Соотношение этих времен во многом определяет динамические условия процесса фрезерования. Проанализировано влияние размеров и геометрии инструмента, а также режимов фрезерования на время резания одним зубом и время холостого хода. Показано, что при изменении размеров и геометрии фрезы, а также режимов фрезерования отношение времени резания одним зубом к и времени холостого хода может увеличиваться (с увеличением наклона винтовой режущей кромки, радиальной и осевой глубин), уменьшаться (с увеличением диаметра фрезы и количества зубьев) или оставаться практически неизменным (с увеличением частоты вращения шпинделя и подачи на зуб). Результаты анализа позволяют целенаправленно изменять условия возбуждения и релаксации колебаний при фрезеровании тонкостенного элемента, если известна его реальная жесткость и величина периода собственных колебаний. Ключевые слова: тонкостенная деталь, концевая цилиндрическая фреза, время резания одним зубом, анализ времени резания одним зубом.

1. ВВЕДЕНИЕ Детали, имеющие тонкостенные элементы (лопатки моноколеса компрессора газотурбинного двигателя) широко применяются в авиакосмической и других отраслях промышленности. Исследованиями [1, 2, 3] установлено, что при концевом цилиндрическом фрезеровании тонкостенных элементов лопаток возникают вынужденные колебания, связанные с входом и выходом зуба фрезы в деталь. В определенном скоростном диапазоне возникают регенеративные автоколебания, ухудшающие шероховатость обработанной поверхности и точность обработки [4]. Учитывая, что к качеству лопаток моноколес компрессоров газотурбинных двигателей предъявляются высокие требования, необходимо в процессе обработки обеспечивать условия безвибрационного фрезерования, что в значительной мере обуславливается динамикой процесса резания. При исследовании динамики процесса финишного концевого фрезерования тонкостенного элемента детали необходимо знать время резания, в течении которого один зуб фрезы срезая припуск возбуждает вынужденные колебания элемента и время холостого хода, от выхода предыдущего зуба до входа последующего, в течении которого элемент совершает свободные затухающие колебания. Соотношение этих времен во многом определяет динамические условия процесса фрезерования, уровень возникающих вибраций, а, следовательно, и

качество рабочих поверхностей лопаток. Поэтому решение проблемы обеспечения условий безвибрационного фрезерования путем управления соотношением этих времен является задачей актуальной и своевременной. Целью данной статьи является определение условий контактирования зубьев концевой цилиндрической фрезы со срезаемым слоем, а также анализ времени резания одним зубом и времени холостого хода при концевом цилиндрическом фрезеровании в зависимости от: диаметра фрезы d , мм; количества зубьев z ; угла наклона винтовой режущей кромки  ; радиальной глубины резания ae, мм; осевой глубины резания a p , мм; подачи на зуб S z , мм/зуб и частоты вращения шпинделя n , об/мин. 2. ПРОГНОЗНАЯ МОДЕЛЬ Основной задачей при определении времени резания одним зубом является нахождение длины дуги по окружности фрезы, на которой режущая кромка одного зуба контактирует с поверхностью резания. Схема для определения длины резания одним зубом при концевом цилиндрическом фрезеровании и схема развертки поверхности резания приведены на рис. 1 и рис. 2 соответственно.

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. А 1–А 7.

ванного углом наклона винтовой режущей кромки и величиной осевой глубины ap , отрезков HM  1 Sz и 2 MN, примерно (ввиду относительной «малости» контакта зуба со срезаемым слоем при чистовой обработке) равного длине дуги К. l рез  K 

1 S z  N H . 2

(2)

Находим величину дуги К в зависимости от ae из подобия отношения длин окружности и сегмента OMN к их площадям по формуле: K 2   r 2S  ,K  , S   r2 r Рис. 1. Схема для определения длины дуги по окружности фрезы, на которой режущая кромка одного зуба контактирует с поверхностью резания

(3)

где S – площадь сегмента OMN;   r 2 – площадь окружности; 2    r – длина окружности. Для нахождения площади сегмента OMN составим уравнение окружности, диаметр которой равен диаметру фрезы (рис. 3) по формуле: ( x  a ) 2  ( y  b) 2  r 2 ,

(4)

где (a, b) – координаты центра окружности; r – радиус окружности.

Рис. 3. Схема для определения величины дуги К Рис. 2. Схема развертки поверхности резания: а) в главной секущей плоскости – P ; б) в плоскости реза-

По формуле (4) составляем уравнение окружности с центром в точке (0, r):

x 2  ( y  r )2  r 2 ,

ния – Pv

x 2  r 2  ( y  r 2 ),

Время резания одним зубом можно определить по формуле (1):

 рез 

l рез  60

 d n

(1)

x  r 2  ( y  r )2 . Уравнение прямой составляем по формуле (5):

x  x1 y  y1  , x2  x1 y2  y1

где l рез – длина дуги по окружности фрезы, на кото-

рой режущая кромка одного зуба контактирует с поверхностью резания; d – диаметр фрезы; n – частота вращения шпинделя станка. Определение длины дуги по окружности фрезы, на которой режущая кромка одного зуба контактирует с поверхностью резания, показано на рис. 2 и 3. Длина дуги N N состоит из расстояния N H , образоA2

(5)

где x1 , y1 – координаты начальной точки прямой; x2 , y2 – координаты конечной точки прямой. Координаты начальной точки т. О (0, r), координаты конечной точки прямой т. N :

Технологія машинобудування, верстати та інструменти

y  d  ae ,

 рез 

x  r  ( y  r )  r  (d  a  r )  e 2

По формуле (5) составляем уравнение прямой, проходящей через т. О и т. N:



r 2  (r  ae ) 2

yr , (d  ae )  r

( y  r )  r  (r  ae ) 2

x

(r  ae )

d  ae

 x. x. 

lx. x  60

 d n

(11)

Путь холостого хода l x. x определяем по формуле

( y  r )  r 2  (r  ae )2

(r  ae )

dy.

После раскрытия интегральных выражений и упрощения получаем:

r   a  S     arcsin 1  e   . 2 2 r   2

  a  K  r    arcsin 1  e   . r   2

(8)

– осевая глубина резания. Находим длину дуги по окружности фрезы, на которой режущая кромка одного зуба контактирует с поверхностью резания, подставив формулы (7) и (8) в (2): (9)

Тогда, время резания одним зубом, контактирующим с поверхностью резания, определяем по формуле (10):

(12)

где l z – расстояние между двумя зубьями при равномерно расположенных по шагу зубьях (рис. 4). Величину l z определяем по формуле (13):

 d z

(13)

где z – количество зубьев фрезы. Период зубцовой частоты определяем по формуле (14):

 z   рез   x. x. 

(7)

где  – угол наклона винтовой режущей кромки; a p

d   2  ae   1    arcsin 1     S z  tg  a p . 2 2 d  2 

lx. x  lz  l рез ,

(6)

Расстояние N H (рис. 2), образованное углом наклона винтовой режущей кромки и величиной осевой глубины a p :

N H  tg  a p ,

(12):

lz 

Подставляем (6) в формулу (3) определяем длину дуги К:

l рез 

лостого хода, т.е. когда ни один зуб не контактирует с заготовкой:

d  ae

r 2  ( y  r )2 dy  

(10)

Зная  рез , по формуле (11) определяем время хо-

Площадь сегмента, ограниченного окружностью, прямой ON и осью OY:

S 



d    2  ae   1      arcsin 1     S z  tg  a p  d  2  2  2 

 r  (r  ae ) . 2

 d n

60 . n z

(14)

Время холостого хода при равно расположенных зубьях по формуле (11):

 x. x. 

60 60   n z  d n

d    2  ae   1      arcsin 1     S z  tg  a p  2 2 d 2     

, (15)

где длина холостого хода определяем по формуле (12): l x. x. 

 d z



d    2  ae   1      arcsin 1     S z  tg  a p  . 2 2 d 2      

(16)

Получив формулы для определения времени резания одним зубом (10) и времени холостого хода (15) проводим анализ влияния всех условий фрезерования на эти параметры при условии абсолютной жесткости фрезы и детали в следующей последовательности.

A Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. А 1–А 7.

Рис. 4. Схема развертки двузубой фрезы

Рис. 5. График зависимости времени резания и времени холостого хода от частоты вращения шпинделя n

1. Определяем влияние частоты вращения шпинделя n на время резания одним зубом  рез и

4. Определить влияние угла наклона винтовой режущей кромки  на время резания одним зубом  рез и время холостого хода  x . x . при следующих

время холостого хода  x . x . при следующих условиях

условиях фрезерования: d фр = 20 мм, z = 4, n = 1000

фрезерования фрезой с углом наклона винтовой режущей кромки   30 : d фр = 20 мм, z = 4, ae  0,5 мм, ap  2 мм, S z = 0,1 мм/зуб (см. рис. 5). 2 Определяем влияние количества зубьев z на время резания одним зубом  рез и время холостого хода  x . x . при   30 и следующих условиях фрезерования: d фр = 20 мм, n = 1000 об/мин, ae  0,5 мм,

ap  2 мм, S z = 0,1 мм/зуб (см. рис. 6). 3. Определяем влияние диаметра фрезы d фр на время резания одним зубом  рез и время холостого

хода  x . x . при   30 и следующих условиях фрезерования: z =4, n = 1000 об/мин, ae  0,5 мм, ap  2 мм, S z = 0,1 мм/зуб (см. рис. 7).

об/мин, ae  0,5 мм, ap  2 мм, S z

= 0,1 мм/зуб

(см. рис. 8). 5. Определяем влияние радиальной глубины a e на время резания одним зубом  рез и время холостого хода  x . x . при   30 и следующих условиях фрезерования: d фр = 20 мм, z = 4, n = 1000 об/мин, ap  2 мм, S z = 0,1 мм/зуб (см. рис. 9). 6. Определяем влияние осевой глубины a p на время резания одним зубом  рез и время холостого хода  x . x . при   30 и следующих условиях фрезерования: d фр = 20 мм, z = 4, n = 1000 об/мин, ae  0,5 мм , S z = 0,1 мм/зуб (см. рис. 10).

Технологія машинобудування, верстати та інструменти

Рис. 6. График зависимости времени резания и времени холостого хода от количества зубьев фрезы, при n = 1000 об/мин

Рис. 7. График зависимости времени резания и времени холостого хода от диаметра фрезы d фр

7. Определяем влияние подачи на зуб S z

на

время резания одним зубом  рез и время холостого хода  x . x . при следующих условиях фрезерования:

d фр = 20 мм, z = 4, n = 1000 об/мин, ae  0,5 мм, ap  2 мм,   30 (см. рис. 11). 3. ВЫВОДЫ 1. Получены теоретические формулы для определения времени резания одним зубом  рез и времени холостого хода  x . x . , когда при вращении фрезы предыдущий зуб уже вышел из зоны резания, а последующий еще не вошел в контакт со срезаемым слоем. 2. Анализ влияния размеров и геометрии инструмента, а также режимов фрезерования на время резания и время холостого хода позволил установить следующее: – с увеличением частоты вращения шпинделя n время резания  рез и время холостого хода  x . x .

резания одним зубом остается неизменным, а время холостого хода уменьшается до нуля, после чего в зацеплении с поверхностью резания будет постоянно находиться не менее одного зуба; – с увеличением диаметра фрезы d фр время резания одним зубом уменьшается, а время холостого хода увеличивается, т. е. отношение  рез /  x . x . уменьшается; – с увеличением угла наклона винтовой режущей кромки  , радиальной a e и осевой a p глубин время резания  рез увеличивается, а время холостого хода уменьшается, т. е. отношение  рез /  x . x . увеличивается; – с увеличение подачи на зуб S z время резания увеличивается, а время холостого хода уменьшается несущественно; – в связи с относительно небольшим увеличением времени резания и уменьшением времени холостого хода при увеличении подачи на зуб S z отношение

 рез /  x . x . остается практически неизменным.

уменьшаются равномерно, т. е. отношение  рез /  x . x . остается неизменным; – с увеличением количества зубьев фрезы z время

A Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. А 1–А 7.

Рис. 8. График зависимости времени резания и времени холостого хода от угла наклона винтовой режущей кромки

Рис. 9. График зависимости времени резания и времени холостого хода от радиальной глубины a e

Рис. 10. График зависимости времени резания и времени холостого хода от осевой глубины a p

Рис. 11. График зависимости времени резания и времени холостого хода от подачи на зуб S z



Analysis of conditions for contacting tooth end mills with cylindrical piece Yu. N. Vnukov1), S. I. Djadja2), E. B. Kozlova3), N. N. Chernovol4) 1), 2), 3), 4)

Zaporozhye National Technical University, 64, Zhukovskogo Str., 69063, Zaporozhye, Ukraine

The theoretical formulas for determination of cutting time per one tooth and time of idling, when in time of end mill cutter rotation previous tooth already came out from the cutting area, and next one had not yet entered, were received. The ratio of this times in many respects determines the dynamic conditions of milling process. Influence of instrument’s size and geometry, and also a milling conditions on cutting time per one tooth and time of idling was analyzed. Results of the analysis allow purposefully to change the conditions of excitation and relaxation of vibrations when milling thin -wall element, if its real rigidity and value of natural vibration period are known. Key words: thin-wall component, cylindrical end mill cutter, cutting time per one tooth, analysis of cutting time per one tooth.

Аналіз умов контактування зубів кінцевої циліндричної фрези з деталлю Ю. М. Внуков1), С. І. Дядя 2), Є. Б. Козлова3), Н. М. Черновол4) 1), 2) Запорізький Україна, 69063

національний

технічний

університет,

вул.

Жуковського,

64,

м. Запоріжжя,

У роботі отримані теоретичні формули для визначення часу різання одним зубом і часу холостого ходу, в момент обертанні фрези, коли попередній зуб вийшов із зони різання, а наступний ще не увійшов. Співвідношення цих величин багато в чому визначає динамічні умови процесу фрезерування. Проаналізовано вплив розмірів і геометрії інструменту, а також режимів фрезерування на час різання одним зубом і час холостого ходу. Показано, що при зміні розмірів і геометрії фрези, а також

Технологія машинобудування, верстати та інструменти

режимів фрезерування відношення часу різання одним зубом до часу холостого ходу може збільшув атися (зі збільшенням нахилу гвинтової ріжучої кромки, радіальної й осьової глибини), зменшуватися (зі збільшенням діаметра фрези та кількості зубів) або залишатися практично незмінним (зі збільшенням частоти обертання шпинделя й подачі на зуб). Результати аналізу дозволяють цілеспрямовано змінювати умови збудження й релаксації коливань при фрезеруванні тонкостінного елемента, якщо відома його реальна жорсткість та величина періоду власних коливань. Ключові слова: тонкостінна деталь, кінцева циліндрична фреза, час різання одним зубом, аналіз часу різання одним зубом.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Логоминов В. А. Формирование шероховатости обработанной поверхности при концевом цилиндрическом фрезеровании тонкостенных элементов деталей: дис. канд. техн. наук.: 05.03.01 / Логоминов Виктор Алексеевич. – Запорожье, 2013. – 226 с. 2. Розенберг Ю. А. Резание материалов: Учебник для техн. вузов. – Курган: Изд-во ОАО «Полиграфический комбінат» Зауралье, 2007. – 294 с.

3. Внуков Ю. Н. Стенд для исследования механических колебаний при фрезеровании маложестких деталей концевыми фрезами / Ю. Н. Внуков, В. А. Логоминов, П. А. Каморкин // Резание и инструмент в технологических системах. – 2011. – Вып. 79. – С. 32–37. 4. Внуков Ю. Н. Разработка методики оценки уровня автоколебаний тонкостенной детали при ее концевом фрезеровании / [Ю. Н. Внуков, А. И. Гермашев, С. И. Дядя и др.] // Сучасні технології в машинобудуванні: зб. наук. праць. – 2015. – Вип. 10 – С. 3–13.

REFERENCES 1. Logominov V. A. (2013). Formirovanie sheroxovatosti obrabotannoj poverxnosti pri koncevom cilindricheskom frezerovanii tonkostennyx elementov detalej: dis. kand. texn. nauk.: 05.03.01. Zaporozhe. [in Russian]. 2. Rozenberg Yu. A. (2007). Rezanie materialov: Uchebnik dlya texn. vuzov. Kurgan. Izd-vo OAO «Poligraficheskij kombіnat» Zaurale. 294 p. [in Russian].

3. Vnukov Yu. N., Logominov V. A., Kamorkin P. A. (2011). Rezanie i instrument v texnologicheskix sistemax. Vol. 79. [in Russian]. 4. Vnukov Yu. N., Germashev A. I., Dyadya S. I. (2015). Suchasnі texnologії v mashinobuduvannі: zb. nauk. prac. – Vol. 10. [in Russian].

A Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. А 1–А 7.

ЖУРНАЛ ІНЖЕНЕРНИХ НАУК JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCES ЖУРНАЛ ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК Web site: http://jes.sumdu.edu.ua/ Том 1, № 4 (2014)

Інформаційний лист

Шановні колеги, повідомляємо, що з 2015 року «Журнал інженерних наук» відкриває нову рубрику: «Комп’ютерна інженерія». Редакція журналу приймає статті, замітки, рецензії та інші інформаційні матеріали за тематикою цієї рубрики та сподівається на плідну співпрацю.

З повагою, головний редактор журналу, д-р техн. наук Дмитро Криворучко!

Рубрика «Комп’ютерна інженерія» об’єднує дослідження в сфері електротехніки, комп’ютерних наук, інформаційних та інформаційно-комунікаційних технологій, необхідних для проектування апаратного і програмного забезпечення. Основними напрямками досліджень вважаються машинний зір та робототехніка; системи автоматизованого проектування; обробка сигналів, зображень та звуку, кодування, криптографія та інформаційна безпека; телекомунікаційні та бездротові мережі; обчислювальна наука і техніка; комп’ютерні мережі та мобільні комп’ютери; розподілені та паралельні обчислення.

Технологія машинобудування, верстати та інструменти

ЖУРНАЛ ІНЖЕНЕРНИХ НАУК JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCES ЖУРНАЛ ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК Web site:

http://jes.sumdu.edu.ua/ Том 1, № 4 (2014) УДК 621.951.47

Дослідження методів обробки крайок отворів М. М. Коротун1), Б. А. Ступін2) 1), 2) Сумський

державний університет, вул. Римського-Корсакова, 2, 40007, Суми, Україна

Article info: Paper received: The final version of the paper received: Paper accepted online:

16 January 2015 03 May 2015 18 June 2015

Correspondent Author's Address: korotun2105@gmail.com 2) boris-stupin@i.ua

В роботі встановлено, що на цей час є актуальним вирішення науково-практичної проблеми в забезпеченні показників якості крайок деталей взагалі та отворів зокрема при їх механічної обробці. Проведено дослідження та порівняльний аналіз застосування методів обробки крайок отворів. На основі якого встановлено, що існуючі методи обробки крайок можуть бути частково використані для обробки крайок отворів, що перетинаються під кутом всередині корпусної деталі з утворенням еліпсу крайки. Перспективним методом обробки цих крайок є електроіскрові або електроерозійні методи, як найбільш гнучкі технологічно та екологічні, але для обробки крайок отворів у формі просторового еліпса потрібні додаткові дослідження як за формою електрода-інструмента, так і за режимами обробки. Ключові слова: метод, обробка, крайка отвору, технологічна операція, деталь, показник.

1. ВСТУП Обробка крайок отворів є не складною, але конче важливою технологічною операцією. Вона включає в себе зняття фасок, виконання радіусів, притуплення, зняття заусенців, зачищення від попередніх технологічних операцій. На якість експлуатаціонних показників деталей особливо негативно впливає наявність заусенців, які при виконанні таких технологічних операцій як свердління, фрезерування можуть навіть створювати так звану «корону». «Корона» створюється, як правило, при виході різального інструмента із деталі або при перетинанні отворів (рис. 1). Обробка такої «корони» є досить трудомісткою, особливо тоді, коли отвори перетинаються під кутом всередині корпусної деталі. У такому випадку при перетинанні отворів утворюється еліпс, обробка «корони» на якому завжди складна. Деталі гідроапаратури, паливної системи й деякі інші мають як отвори, що перетинаються під кутом, так і такі, що виконані у формі канавок, проточок, до чистоти крайок яких пред’являють підвищені вимоги. Тому на цей час є актуальним вирішення науково-практичної проблеми в забезпеченні показників якості крайок деталей взагалі та отворів зокрема при їх механічної обробці. Метою цієї роботи є дослідження та порівняльний аналіз застосування методів обробки крайок отворів. 2. ОСНОВНА ЧАСТИНА За даними, що наведені в робі [1] існує більше ніж сотня методів обробки крайок деталей. Скільки з них можна використовувати для обробки крайок отворів невідомо. Тому краще розглянути основні методи обробки за типовою класифікацією, яка включає:

Рис. 1. Утворення «корони» на еліпсі отворів, що перетинаються під кутом всередині корпусної деталі: 1 – корпус; 2, 3 – отвори під кутом всередині корпуса; 4 – еліпс перетину отворів, 5 – «корона» заусенців (Deform 3D)

– механічні методи обробки крайок; – електричні; – фізичні; – хімічні та – їх комбінації. Найчастіше для обробки крайок використовують механічні методи. Користуючись розробками роботи [2] та виділяючи необхідне, їх у свою чергу можна розділити на такі, що виконують: – ручним інструментом; – механізованим інструментом; – з використанням абразиву; – інструментом з використанням гідроабразиву. Ручні методи обробки крайок використовують навіть у найсучаснішому виробництві тоді, коли це

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. А 9–А 12.

виробництво експериментальне, дослідне, а також тоді, коли деталі виконуються невеликими серіями, і завантаження верстатів з ЧПК додатковими опціями не раціональне. Для зняття фасок, заусенців, «корони» використовують як традиційні різальні інструменти типу зенкерів, зенківок, так і слюсарні, наприклад шабери та леза з рукоятками [3]. Такими інструментами можна знімати заусенці на крайках отворів, що розміщені зовні, на поверхні, й навіть з протилежного боку, з боку виходу інструмента. Останнє можливо як правило після зняття деталі з верстата. Але перераховані методи, незважаючи на їх простоту й привабливість, не можливі або практично не можливі для використання обробки крайок отворів, що перетинаються під кутом всередині корпусної деталі. До ручних методів обробки відносять обробку механізованим інструментом, наприклад ручними дрилями з електро- або пнемо-приводом. Наявність таких інструментів не впливає на можливість обробки крайок отворів всередині корпусних деталей. Механізовані методи обробки крайок отворів широко використовуються у тих випадках, коли крайку можна обробити, не знімаючи деталі з верстата. Це типові технологічні процеси з використанням універсального інструменту. На верстатах з ЧПК можлива обробка крайок із сторони виходу інструмента. Інновації для механізованого профілювання крайок (МПК) у авіабудівництві [4] передбачає використання спеціалізованого інструмента для обладнання, на якому виконувалась обробка деталі. Система МПК дозволяє точно визначити та створити програму для системи ЧПУ верстата, забезпечити максимальну повторюваність результатів при серійному виробництві. При цьому залишаються незмінними допуски на крайку у зв’язку з відсутністю зняття та переустановлення деталі. Запропоновані різальні інструменти визначаються складною геометрією різання. Найбільш високотехнологічні дозволяють знімати фаску на вході та виході отвору без утворення вторинних заусенців. Дослідження, проведені у сфері профілювання заусенців дозволили виявити, що найбільш ефективним є правостороннє різання з правосторонню спіраллю інструмента. Незважаючи на такі переваги, автори розробки Тен ван Астен, спеціаліст з маркетингу компанії Seco Tools, та Ян Віллен ван Іперен, спеціаліст з фрезерування компанії Seco Tools [4], не наводять прикладів обробки крайок отворів, що перетинаються всередині корпусної деталі, тобто обробки еліптичних крайок з заусенцями. Використання абразивних матеріалів можливе як при ручних методах обробки крайок, так і механічних. Абразивні матеріали (абразивні інструменти) використовують на гнучкій основі (папір, плівка, тканини, волокно та ін.) у вигляді стрічок, смужок, пелюстків з нанесеними на них абразивних зерен. Використовують вільні абразиви у вигляді порошків або піску. Тверді абразиви використовують у вигляді абразивних кругів різної форми, шліфувальних губок і т. ін. [5, 6]. Якщо для попередньої обробки крайок, для зняття заусенців можна використовувати абразивні матеріали на гнучкій основі, то на крайках всередині корпусних деталей таке використання не завжди можливе.

A 10

Використання гнучких кругів, наприклад пелюсткових, для обробки всередині отвору практично не можливе із-за можливої зміни розміру отвору. Жорсткі круги використовують при шліфуванні паралельних канавок в отворах гідроапаратури, на верстатах ЧПК, з точним переміщенням по довжині отвору. Але технологія шліфування жорсткими абразивними кругами не передбачає видалення заусенців, технологічного шламу, і його видаляють окремими методами. Для очищення від заусенців на крайках отворів значних діаметрів використовують струм піску під тиском. Для крайок на внутрішніх отворах, що перетинаються, піскоструми не використовують із-за їх габаритних розмірів. Гідроабразивна обробка отворів забезпечує їх надзвичайну чистоту, без заусенців та «корони». Точність обробки знаходиться у межах 0,01 мм [7]. У матеріалах фірми не наводяться приклади обробки крайок отворів, що знаходяться всередині корпусних деталей. Це пов’язано з неможливістю використання гідроабразивної обробки для таких крайок. З перелічених вище методів обробки крайок отворів, що перетинаються в середині корпусних деталей, практично ні один не може бути використаний для зазначеної мети. Незважаючи на свою примітивність, частіше використовують ручні методи обробки, з використанням і без використання механізованого інструмента, оснащеного лезовим або абразивним інструментом. До фізичних методів обробки крайок можна віднести наступні методи обробки: – ультразвукові; – термоімпульсні; – електроіскрові; – електроерозійні. Ультразвуковий метод використовують у випадках, коли деталі можна розмістити у рідині [8]. Деталь приєднують до ультразвукового генератора. Ультразвукові хвилі, що виникають у рідині, діють на всі поверхні деталі. Очищення здійснюється завдяки гідродинамічному ефекту, що виникає під час кавітації рідини. Метод дозволяє виконувати очищення крайок будь-якої форми, що не можливо зробити механічними методами. Недоліком може бути те, що не вся «корона» може бути очищена, тому що заусенці «корони» мають різний ступінь зчеплення з крайкою отвору. Крім того, метод потребує особливих умов використання ультразвукової техніки. Термоімпульсний метод вважається перспективним для очищення крайок [1]. В його основі лежить імпульсне термічне навантаження, що приводить до оплавлення гострих крайок. За допомогою цього метода можна отримувати оплавлення крайок під кутом. Дослідниками не проводились експерименти з оплавленням крайок в корпусних деталях, і тому рекомендації з цього приводу відсутні. До електричних методів, які використовують для різного роду очищення поверхонь, відносять: – лазерні; – індукційні; – тліючим розрядом; – вакуумно-дугові. У зв’язку із складністю розміщення елементів пристроїв, що працюють з використанням електричних методів всередині корпусних деталей, де знахо-

Технологія машинобудування, верстати та інструменти

дяться крайки отворів, застосування їх або обмежене, або практично не можливе. Хімічні методи очищення, до яких відносять кислотне та лужне травлення, не використовують для зняття заусенців на стальних деталях, тому що такі методи визивають корозію не тільки заусенців, а усієї крайки. Електрохімічні методи обробки використовуються для заточування різального інструмента, зняття задирок, заокруглення кромок та маркування інструмента, які виконуються при нерухомих електродах [9]. Незважаючи на деякі позитивні моменти електрохімічних методів обробки їх не можна рекомендувати для зняття заусенців на крайках отворів тому, що: по-перше, електрохімічні процеси здійснюються з використанням електролітів, агресивне середовище яких не може не впливати на стан усієї конструкції деталі; по-друге, не можливий достатньо вибірковий вплив електрохімічного середовища тільки на крайку отвору, а не на весь отвір. Тому цей метод обробки теж не може бути рекомендованим для подальшого теоретичного та експериментального дослідження. Найбільшу перспективу для обробки заусенців та «корони» на крайках отворів, що перетинаються під кутом всередині корпусної деталі, мають електрофізичні методи обробки, які поєднують два фізичних явища: електричну іскру та теплове навантаження, що приводить до оплавлення або згорання дрібних часток заусенців «корони» [10, 11, 12, 13, 14, 15]. До електрофізичних методів відносять електроіскрові та електроконтактні. Електроіскрові методи дозволяють вести обробку металевих поверхонь на глибину 0,01–0,3 мм, а електроконтактні до 1 мм. Ці методи обробки мають наступні переваги перед іншими методами обробки: – дозволяють проводити обробку крайок отворів всередині корпусних деталей; – дозволяють проводити локальну обробку крайки отвору; – дозволяють використовувати широкий діапазон зміни параметрів обробки;

– не потребують складного та дорогого устаткування; – мають низькі енергетичні витрати; – не мають шкідливих відходів – відповідають екологічним вимогам; – дозволяють модифікувати поверхню оброблюваної крайки отвору. Електроіскрова обробка у свою чергу поділяється на два види – електроерозійна обробка та електроерозійне легування [13]. Електроерозійне легування не може бути застосоване у технологічному процесі обробки крайок під час знятті заусенців та «корони». Тому зупинимося тільки на електроерозійній обробці. Електроерозійна обробка отримала широке розповсюдження завдяки простоті формування іскрового розряду та легкістю управління процесом, технологічною гнучкістю. Сутність електроерозійної обробки полягає у тому, що між електродом та поверхнею оброблюваного металу ініціюється електричний розряд, завдяки якому й виникає ерозія обох складових процесу – електрода та деталі. За рекомендаціями [12] електроерозійна обробка проводиться у токопровідному середовищі. Для використання цього методу для обробки крайок отворів необхідно провести ряд додаткових досліджень: – форми електрода-інструмента; – режимів електроерозійної обробки; – застосування методу в середовищі – навколишнє повітря. 3. ВИСНОВКИ 1. Існуючі методи обробки крайок можуть бути частково використані для обробки крайок отворів, що перетинаються під кутом всередині корпусної деталі з утворенням еліпсу крайки. 2. Перспективним методом обробки цих крайок є електроіскрові або електроерозійні методи, як найбільш гнучкі технологічно та екологічні, але для обробки крайок отворів у формі просторового еліпса потрібні додаткові дослідження як за формою електрода-інструмента, так і за режимами обробки заусенців та «корони».

Research methods for processing edges of holes М. М. Korotun1), B. A. Stupin2) 1), 2)

Sumy State University, 2, Rimsky Korsakov Str., 40007, Sumy, Ukraine The paper found that at this time is a topical solution of scientific and practical problems in ensuring quality performance parts at all edges and holes in their particular mechanical processing. The research and comparative analysis of the methods of processing the edges of the holes. On the basis of which found that existing methods of processing edges may be partially used for processing edges of holes that intersect at an angle inside the corps detail to form an ellipse edge. A promising method of treatment is elektroiskrovi edges or Electro techniques as the most flexible and environmental technology but to process the edges of the holes in the shape of an ellipse space required additional research as the shape of the electrode-tool and the modes of processing. Key words: method, processing, opening edge, technological transaction detail indicator.

A Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. А 9–А 12.

A 11

Исследование методов обработки кромок отверстий Н. Н. Коротун1), Б. А. Ступин2) 1), 2) Сумский

государственный университет, ул. Римского-Корсакова, 2, 40007, Сумы, Украина

В работе установлено, что в настоящее время является актуальным решение научно-практической проблемы в обеспечении показателей качества кромок деталей вообще и отверстий в частности при их механической обработке. Проведено исследование и сравнительный анализ применения методов обработки кромок отверстий. На основе которого установлено, что существующие методы обработки кромок могут быть частично использованы для обработки кромок отверстий, пересекающихся под углом внутри корпусной детали с образованием эллипсу кромки. Перспективным методом обработки этих кромок является электроискровые или электроэрозионные методы, как наиболее гибкие технологически и экологические, но для обработки кромок отверстий в форме пространственного эллипса нужны дополнительные исследования как по форме электрода-инструмента, так и по режимам обработки. Ключевые слова: метод, обработка, кромка отверстия, технологическая операция, деталь, показатель.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Лосева О. А. Обработка кромок деталей термоимпульсным методом / О. А. Лосева, А. В. Лосев // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. – 2009. – № 42. С. 120–126. 2. Смирнов Н. С. Очистка поверхности стали / Смирнов Н. С., Простаков М. Е., Липкин Я. Н. // Металлургия. – 1978. – № 2. 3. Слесарный инструмент для снятия заусенцев: [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.shaviv.com. 4. Инновации для механического профилирования кромок в авиастроении: [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.i-mash.ru/materials/technology/55615innovacii-dlja-mekhanicheskogo-profilirovanija.html 5. Компания-производитель ленточных пил и абразивной продукции Золотое Руно: [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://goldenfleece.com.ua 6. Грилихес С. Я. Обезжиривание, травление и полирование металлов / С. Я. Грилихес. – Л.: Машиностроение. – 1983. 7. International Waterjet Machines: [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.iwmwaterjet.com/waterjet_ru. 8. Шутилов В. А. Основы физики ультразвука: Учеб. пособие / В. А. Шутилов. – Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1980. – 280 с. 9. Житников В. П. Импульсная электрохимическая раз-

мерная обработка / Житников В. П., Зайцев А. Н. – М.: Машиностроение, 2008. – 413 с. 10. Абляз Т. Р. Современные подходы к технологии электроэрозионной обработки материалов: учеб. пособие / Абляз Т. Р., Ханов А. М., Хурматуллин О. Г. – Пермь: Издво Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 121 с. 11. Лазаренко Б. Р. Электрические способы обработки металлов и их применение в машиностроении / Б. Р. Лазаренко. – М.: Машиностроение, 1978. – 40 с. 12. Немилов Е. Ф. Справочник по электроэрозионной обработке материалов / Е. Ф. Немилов. – Л.: Машиностроение. – 1989. – 164 с. 13. Тарельник В. Б. Управление качеством поверхностных слоев деталей комбинированным электроэрозионным легированием / Тарельник В. Б. – Сумы: МакДен, 2002. – 232 с. 14. Журавлев М. В. Очистка и модификация поверхности нелегированной низкоуглеродистой стали электроискровым методом в газе атмосферного давления: дис. … канд. техн. наук: 05.14.12 / М. В. Журавлев. – Томск: НИТПУ. – 2015. – 104 с. 15. Спосіб електроерозійної обробки кромки отвору: пат на кор. модель № 103382 UA: МПК В23 Н 1/00 / М. М. Коротун, Є. В. Діденко. – № u201506696; заявл.06.07.2015; опубл. 10.12.2015; Бюл. №23/2015.

REFERENCES

1. Loseva O. A., Losev A. V. (2009). Otkrytye informacionnye i kompyuternye integrirovannye texnologii. Vol. 42. [in Russian]. 2. Smirnov N. S., Prostakov M. E., Lipkin Ya. N. (1978). Metallurgiya. Vol. 2. 3. www.shaviv.com. 4. http://www.i-mash.ru/materials/technology/55615innovacii-dlja-mekhanicheskogo-profilirovanija.html 5. http://goldenfleece.com.ua 6. Grilixes S. Ya. (1983). Obezzhirivanie, travlenie i polirovanie metallov. L. Mashinostroenie. [in Russian]. 7. http://www.iwmwaterjet.com/waterjet_ru. 8. Shutilov V. A. (1980). Osnovy fiziki ultrazvuka. L. Izd-vo Leningr. un-ta. 280 p. [in Russian]. 9. Zhitnikov V. P., Zajcev A. N. (2008). Impulsnaya elektroximicheskaya razmernaya obrabotka. M. Mashinostroenie. 413 p. [in Russian]. 10. Ablyaz T. R., Xanov A. M., Xurmatullin O. G. (2012). Sovremennye podxody k texnologii elek-troerozionnoj obrabot-

A 12

ki materialov. Perm. Izd-vo Perm. nac. issled. politexn. un-ta. 121 p. [in Russian]. 11. Lazarenko B. R. (1978). Elektricheskie sposoby obrabotki metallov i ix primenenie v mashinostroenii. M. Mashinostroenie. 40 p. [in Russian]. 12. Nemilov E. F. (1989). Spravochnik po elektroerozionnoj obrabotke materialov. L. Mashinostroenie. 164 p. [in Russian]. 13. Tarelnik V. B. (2002). Upravlenie kachestvom poverxnostnyx sloev detalej kombinirovannym elektroerozionnym legirovaniem. Sumy. MakDen. 232 p. [in Russian]. 14. Zhuravlev M. V. (2015). Ochistka i modifikaciya poverxnosti nelegirovannoj nizkouglerodistoj stali elektroiskrovym metodom v gaze atmosfernogo davleniya: dis. kand. texn. nauk: 05.14.12. Tomsk. [in Russian]. 15. Sposib elektroeroziynoyi obrobky kromky otvoru: pat na kor. model Vol. 103382 UA: MPK V23 Vol. 1/00 / M. M. Korotun, Ye. V. Didenko. Byul. Vol. 23/2015. [in Ukrainian].

Технологія машинобудування, верстати та інструменти

ЖУРНАЛ ІНЖЕНЕРНИХ НАУК JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCES ЖУРНАЛ ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК Web site:

http://jes.sumdu.edu.ua/ Том 1, № 4 (2014) УДК 624. 078.54

Аналіз існуючих методів відновлення деталей машин та їх застосовність в технології ремонту гвинтових компресорів В. Б. Тарельник1), П. В. Косенко2) 1), 2)

Сумський національний аграрний університет, вул. Герасима Кондратьєва, 160, м. Суми, 40021,

Україна Article info: Paper received: The final version of the paper received: Paper accepted online:

Correspondent Author's Address: tarelnik@i.ua

30 January 2015 17 May 2015 18 June 2015

1), 2)

Досліджено основні методи відновлення деталей машин. Проаналізовано переваги й недоліки цих методів. Запропоновано найбільш раціональний метод для реновації деталей гвинтових компресорів. Ключові слова: відновлення, деталь, знос, компресор, гвинт, поверхневий шар.

1. ВСТУП Гвинтові компресорні установки не мають вузлів, що виконують зворотно-поступальний рух, тому відсутні супутні знакозмінні навантаження на деталі і підвищений знос відповідальних пар тертя, як це має місце в поршневих компресорах. Тому їхній ресурс дуже високий. При дотриманні необхідних умов експлуатації ресурс гвинтових компресорів досягає 40 тисяч годин і більше. Вузлами, що обмежують ресурс гвинтових компресорів, є підшипники, у яких установлені ведучий і ведений гвинти. Для нормальної й тривалої роботи підшипників необхідне виконання двох умов: забезпечення їхнього температурного режиму в припустимих межах (не більше 80 0С) та високоякісне мастило. 2. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМИ ДОСЛІДЖЕННЯ Якщо в експлуатації мають місце тривала робота компресора на гарячому мастилі, якщо виробляються часті пуски й зупинки компресора, а також інші перевантаження, підшипники кочення можуть передчасно вийти з ладу. Це може спричинити аварію компресора, пов'язану із заклинюванням гвинтів, «схоплюванням» матеріалів гвинтів і корпуса, руйнуванням дотичних поверхонь гвинтів. Ремонт такого компресора може бути виконаний тільки в заводських умовах, а іноді потрібна заміна компресорного блоку на новий. У гвинтів компресора в процесі роботи в основному зношуються посадкові місця під підшипники й робочі поверхні зубів (рис. 1). Знос, як правило, не перевищує 0,3 мм на діаметр, однак він може призвести до значного зниження продуктивності компресора, оскільки первісний зазор між гвинтами знаходиться на рівні 0,05 мм.

Рис. 1. Місця зносу гвинтів гвинтового компресора: 1 – робочі поверхні гвинтів; 2 – посадкові місця під підшипники

Щоб попередити подібні ситуації, необхідно періодично робити діагностичний огляд стану підшипників за допомогою спеціальних портативних приладів. Ця апаратура повинна бути включена до обов'язкового інструментарію експлуатаційних і ремонтних служб на підприємствах, що використовують компресорне устаткування. Однак гвинти гвинтових компресорів, що вийшли з ладу, (особливо зі значним зносом крайок зубів), як правило, заміняють на нові. Звичайно, це досить затратно з економічної точки зору. Таким чином, метою роботи є підвищення ефективності ремонтних робіт компресорного обладнання шляхом розробки рекомендацій стосовно вибору методу відновлення для реновації поверхонь гвинтів та посадкових місць під підшипники гвинтових компресорних блоків на основі оцінювання цих методів за конструкційними, технологічними та економічними критеріями.

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. А 13–А 16.

A 13

3. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ Більшість способів відновлення слід розглядати як альтернативні. Один і той же матеріал покриття може бути нанесено декількома способами. При цьому істотно можуть відрізнятися як властивості покриття, так і витрати на його нанесення. Умови нанесення можуть в широких межах змінювати комплекс механічних властивостей матеріалу основи, так що експлуатаційні характеристики деталі з покриттям істотно залежать від способу його нанесення. Відновити зношену деталь або зношене сполучення – це означає відновити первинні (або близькі до них) геометричні, фізико-механічні, фізикохімічні та інші їх характеристики (властивості), тобто усунути експлуатаційні дефекти, відновити розміри, геометричну форму, структуру й фізико механічні властивості у відповідності з технічними вимогами. Відновлення деталей та сполучень – найважливіше завдання ремонтного виробництва. Згідно [1] працездатність і ресурс відновлених деталей складає в середньому 60–80 % цих показників для нових. Проте на цей час відомі технологічні методи (електромеханічні, електрофізичні та ін.), за допомогою яких можна повністю відновити первинний ресурс деталей або навіть збільшити його. Відновлення деталей дозволяє заощадити значну кількість дефіцитних матеріалів, в 2–3 рази продовжити термін їх служби, зменшити випуск товарних запасних частин на заводах-виробниках і знизити собівартість ремонту машин та устаткування. Впровадження централізованого відновлення деталей, широке застосування потокових ліній, автоматизації процесів ремонту деталей, сприяють подальшому підвищенню ефективності ремонтного виробництва. Існує багато різних технологічних методів компенсації зношеного шару металу деталей [1–4]. Одним із шляхів поліпшення якості поверхневого шару й зниження вартості ремонту машин є багаторазове відновлення форми деталей металопокриттям та забезпечення їх взаємозамінності. Найбільш поширені методи, їх переваги та недоліки представлені в табл. 1. Аналізуючи дані табл. 1, можна дійти висновку, що кожен з перерахованих методів має свої переваги та недоліки. Але для підбору методу відновлення для більш вузького застосування (а саме для реновації поверхонь гвинтів та посадкових місць під підшипники гвинтових компресорних блоків) необхідно брати до уваги ряд критеріїв. У виборі найбільш раціонального способу відновлення деталей керуються трьома критеріями: застосовуваності, довговічності та техніко-економічний [5]. Критерій застосовуваності є технологічним і визначає принципову можливість застосування різних способів відновлення відносно конкретних деталей. Цей критерій описується функцією: m

K з  f1 ( М Д ; ФД ; Д Д ; С Д ; Н Д ;  Ti ), i 1

де М Д – матеріал деталі; Ф Д – форма відновлюваної поверхні деталі; Д Д – діаметр відновлюваної поверхні деталі; С Д – спрацювання деталі; A 14

Н Д – навантаження, яке сприймає деталь;

T i 1

–

сума технологічних особливостей способу, які визначають галузь його раціонального застосування. За цим критерієм вибирають конкурентні способи для подальшого оцінювання їх за допомогою інших критеріїв. Критерій довговічності визначає роботоздатність відновлюваних деталей. Його виражають через коефіцієнт довговічності, під яким розуміють відношення довговічності відновленої деталі до довговічності нової цієї ж назви. Він представляє собою функцію вида:

K Д  f 2 (kC ; kB ; kзч ), де kC – коефіцієнт стійкості проти спрацювання;

k B – коефіцієнт витривалості; k зч – коефіцієнт зчіплюваності. Техніко-економічний критерій – функція двох аргументів:

Kт.е  f3 (kпр ; е), де kпр – коефіцієнт продуктивності способу; е – показник економічності способу. Економічний ефект від впровадження розробленого технологічного процесу відновлення деталі визначають за формулою:

e  CпВ(б )  СпВ(і )  Ен ( Kі  Kб )   N B , В

де Сп ( б ) – повна собівартість відновлення за базовим В

варіантом технологічного процесу; Сп ( і ) – повна собівартість відновлення за і-м (впроваджуваним) технологічним процесом; Ен – нормативний коефіцієнт ефективності капіталовкладень;

Kі , Kб – капіта-

ловкладення відповідно за впровадженим та базовим; технологічними процесами (затрати на обладнання, інструмент, його проектування, виготовлення, монтаж на місці тощо); N B – програма відновлення деталей. Термін окупності від впровадження нової технології визачають за виразом:

 ок 

(С

В П (б )

K ,  СПВ (і ) )  N B

де K  Kі  Kб – додаткові капіталовкладення. Визначаючи продуктивність праці, враховують ту обставину, що процес відновлення деталей включає в загальному випадку підготовку деталі, нанесення матеріалу на підготовлену деталь та її обробку. Тому за продуктивністю окремо оцінюють спосіб відновлення в цілому й процес нанесення матеріалу цим способом. Для візуалізації об’єктивного оцінювання методів відновлення для конкретної сфери застосування розглянемо табл. 2.

Технологія машинобудування, верстати та інструменти

Таблиця 1 – Методи відновлення зношених поверхонь Метод Переваги НаплавленПідвищення твердості і зносостійкості, можливість ня необмежено нарощувати зношену поверхню. Гальванопокриття

Зберігає структуру деталі, висока зносостійкість і твердість поверхні.

Металізація

Механічні властивості матеріалу деталі не змінюються і деталь не піддається викривленню, висока зносостійкість Підвищує твердість, зменшує шорсткість, підвищує зносостійкість.

Пластичне деформування Електроерозійне легування

Нанесення полімерних матеріалів

Локальна обробка поверхні – легування можна проводити на окремих ділянках від декількох мм і більше не захищаючи решту поверхню; міцне з'єднання перенесеного і основного металу; відсутність спільного нагріву деталі в процесі обробки, можливість використання в якості оброблюваних матеріалів: чистих металів, сплавів, металокерамічних композицій, тугоплавких сполук; підвищення твердості, жаро-, зносо- і корозійної стійкості; відсутність необхідної підготовки поверхні. Можливість необмежено нарощувати зношену поверхню, близькі до металу деформаційні характеристики, висока адгезія.

Недоліки Утворення тріщин, висока пористість, наявність шлакових включень, зниження втомної міцності, жолоблення, підвищена екологічна небезпека. Низьке припрацювання, зниження втомної міцності, низька адгезія, підвищена екологічна небезпека. Висока пористість (до 10 %), зниження втомної міцності, низька адгезія, підвищена екологічна небезпека. Низька продуктивність, можливе деформування поверхні на 5–10 мкм і більше, можуть виникати рівномірні напливи металу товщиною 0,03–0,3 мм. Підвищення шорсткості, виникнення в поверхневому шарі розтягуючих залишкових напружень, зниження втомної міцності.

Необхідність спеціальної підготовки поверхні, в тому числі формування шорсткості поверхні. Порівняно невисока твердість.

4. ВИСНОВКИ За результатами проведеного дослідження методів відновлення для реновації поверхонь гвинтів та посадкових місць під підшипники гвинтових компресорних блоків було встановлено: 1. Для реновації деталей гвинтових компресорів найдоцільніше використовувати комбіновані методи.

2. Для відновлення поверхонь гвинтів пропонуються комбінований метод електроерозійного легування з подальшим нанесенням полімерних матеріалів. 3. Для відновлення посадкових місць під підшипники пропонуються комбінований метод – цементації електроерозійним легуванням з подальшим іонним азотуванням та безабразивною фінішною обробкою.

Адгезія

Екологічна безпека

Собівартість

Зносостійкість

Твердість

Шорсткість

Товщина шару

Продуктивність

Короблення

Пористість

Попередня підготовка поверхні

Зміна структури та фізичних властивостей основного металу

Зручність у застосуванні

Середній бал

Таблиця 2 – Результати оцінювання критеріїв методів відновлення для реновації поверхонь гвинтів та посадкових місць під підшипники гвинтових компресорних блоків Критерій

4 2 2 5 4 5

1 1 1 3 4 4

2 1 2 4 3 4

4 4 4 4 3 5

5 4 4 4 1 5

2 3 2 2 3 4

3 2 2 4 5 5

4 2 3 4 5 5

2 3 4 3 5 4

2 4 1 4 5 4

4 1 2 5 1 4

2 4 4 4 5 4

3 2 2 5 5 5

2,9 2,5 2,5 3,9 3,8 4,5

4,6

Назва методу

Наплавлення Гальванопокриття Металізація Електроерозійне легування Нанесення полімерних матеріалів Комбінований метод (ЕЕЛ+ПМ)1 Комбінований метод (ЦЕЕЛ+ІА+БУФО)2

Примітки: 1 – електроерозійне легування з подальшим нанесенням полімерних матеріалів; 2 – цементація електроерозійним легуванням [6] з подальшим іонним азотуванням та безабразивною фінішною обробкою.

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. А 13–А 16.

A 15

Analysis of existing methods for recovery of machine parts and their applicability in technology repair screw compressors V. B. Tarelnyk1), P. V. Kosenko2) Sumy National Agrarian University, 160, G. Kondratyeva Str., 40021, Sumy, Ukraine

1), 2)

The basic methods of recovery of machine parts. The advantages and disadvantages of the se methods. We propose the most appropriate method for there novation of parts of screw compressors. Key words: restoration, detail, deterioration, compressor, screwsurfacelayer.

Анализ существующих методов восстановления деталей машин и их применимость в технологии ремонта винтовых компрессоров В. Б. Тарельник1), П. В. Косенко2) 1), 2)

Сумский национальный аграрный университет, ул. Герасима Кондратьева, 160, 40021, г. Сумы,

Украина Исследованы основные методы восстановления деталей машин. Проанализированы преимущества и недостатки этих методов. Предложены наиболее рациональный метод для реновации деталей винтовых компрессоров. Ключевые слова: восстановление, деталь, износ, компрессор, винт, поверхностный слой.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Чабанний В. Я. Ремонт автомобілів: Навчальний посібник / В. Я. Чабанний. – Кіровоград: Кіровоградська районна друкарня, 2007. – 720 с. 2. Иванов В. П. Технология и оборудованиевосстановления деталей машин / В. П. Иванов. – Минск: Техноперспектива, 2007. – 458 с. 3. Ищенко А. А. Технологические основы восстановления промышленного оборудования современными полимерными материалами / А. А. Ищенко. – Мариуполь: ПГТУ, 2007. – 250 с.

4. Восстановление деталей машин: Справочник / [Ф. И. Пантелеенко, В. П. Лялякин, В. П. Иванов и др.]. – М.:Машиностроение, 2003. – 672 с. 5. Савуляк В. І. Відновлення деталей машин: Навчальний посібник / В. І. Савуляк, В. Т. Івацько. – Вінниця: ВНТУ, 2004. – Ч. 1. – 93 с. 6. Спосіб цементації сталевих деталей електроерозійним легуванням / В. С. Марцинковский, В. Б. Тарельник, А. В. Белоус // Патент України на винахід. – № 82948, 23С 8/00. Опубл. 25.03.2008, бюл. № 10.

REFERENCES 1. Chabannyy V. Ya. (2007). Remont avtomobiliv. Kirovohrad. Kirovohradska rayonna drukarnya. 720 p. [in Ukraine]. 2. Ivanov V. P. (2007). Texnologiya i oborudovanievosstanovleniya detalej mashin. Minsk. Texnoperspektiva. 458 p. [in Russian]. 3. Ishhenko A. A. (2007). Texnologicheskie osnovy vosstanovleniya promyshlennogo oborudovaniya sovremennymi polimernymi materialami. Mariupol. PGTU. 250 p. [in Russian].

4. Panteleenko F. I., Lyalyakin V. P., Ivanov V. P. i dr. (2003). Vosstanovlenie detalej mashin: Spravochnik. M. Mashinostroenie. 672 p. [in Russian]. 5. Savulyak V. I.,. Ivats'ko V. T. (2004). Vidnovlennya detaley mashyn. Vinnytsya. VNTU. Issue 1. 93 p. [in Ukraine]. 6. Patent Ukrayiny na vynakhid. 82948, 23S 8/00. Opubl. 25.03.2008, byul. 10. [in Ukraine].

A 16

Технологія машинобудування, верстати та інструменти

ЖУРНАЛ ІНЖЕНЕРНИХ НАУК JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCES ЖУРНАЛ ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК Web site:

http://jes.sumdu.edu.ua/ Том 1, № 4 (2014) УДК 621.314

Енергоефективність функціонування електромеханічних систем у складі мереж водопостачання М. І. Сотник1), В. С. Бойко2), С. О. Хованський3) Сумський державний університет, вул. Римського-Корсакова, 2, Суми, Україна, 40007 Національний технічний університет «Київський політехнічний інститут», п-т. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056 1), 3) 2)

Article info: Paper received: The final version of the paper received: Paper accepted online:

23 January 2015 04 May 2015 18 June 2015

Correspondent Author's Address: 1) NI.Sotnik@gmail.com 2) VSBoiko@bigmir.net 3) serg_83@ukr.net

В роботі запропоновано методику оцінювання енергоефективності функціонування модернізованої мережі водопостачання на основі результатів електричного моделювання роботи електромеханічної системи у складі електротехнічного комплексу. Проведене зонування поля Q–H характеристик електромеханічних систем, що дозволило визначити межі їх енергоефективної експлуатації, з урахуванням об’ємів і способів можливої модернізації та впливу втрат у привідному електричному двигуні. Розраховані та побудовані у межах полів Q–H характеристик електромеханічних систем з насосними агрегатами типу АД поля зміни питомих витрат електроенергії застосовано для визначення розрахункових показників енергоефективності роботи ЕМС за наперед заданими параметрами функціонування гідравлічної мережі. Доведено, що найбільш прийнятним інтегральним критерієм енергоефективності функціонування гідравлічних мереж водопостачання є показник питомих витрат електроенергії на перекачування одиниці об’єму рідини. Одержання необхідних вихідних даних для його розрахунку не потребує додаткового інструментарію, окрім лічильників спожитої привідними електродвигунами електричної енергії, лічильників перекачуваної рідини та манометрів, якими, зазвичай, облаштовані мережі водопостачання. Використання зазначеного показника у розрахунках вартості життєвого циклу гідравлічних мереж водопостачання дозволяє проводити порівняння варіантів можливої модернізації обладнання та елементів мережі з метою підвищення їх енергоефективності. Ключеві слова: електромеханічні системи з насосними агрегатами, гідравлічні мережі, енергоефективність, інтегральний критерій.

1. ВСТУП Традиційно для оцінки ефективності використання енергії електромеханічними системами у складі мереж водопостачання користуються критерієм – коефіцієнт корисної дії (ККД) системи. На загальний ККД системи впливає ефективність використання енергії її елементами та складовими. Якщо відомі ККД окремих елементів системи, то її загальний коефіцієнт корисної дії можна розрахувати як добуток ККД окремих складових. Не заперечуючи щодо такого підходу до розрахунку узагальненої технічної характеристики системи, більш доцільним вбачається користуватися не узагальненим ККД, а поняттям енергоефективність системи. Результати наукових досліджень з питань підвищення енергоефективності функціонування електромеханічних систем у складі мереж водопостачання підтверджують наявність значних резервів за цим напрямком. Недоліком таких досліджень є те, що розробляються чи загальні техніко-економічні підходи і рекомендації щодо реалізації енергозберігаючих заходів, чи досліджуються проблеми енергоефективності окремих об’єктів. Тож, існує проблема проведення системного аналізу робочого процесу

електромеханічних систем та визначення показників оцінювання його енергоефективності. 2. МЕТОДИ ТА ПОКАЗНИКИ ОЦІНЮВАННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ СИСТЕМ Проблема проведення системного аналізу функціонування електромеханічних систем у складі мереж водопостачання з метою підвищення їх енергоефективності є актуальною у всьому світі. Зважаючи на об’єми споживання електроенергії електромеханічними системами (у США близько 25 %, у Європі близько 23 %, у Росії – 20 % від загального її споживання) [1], у складі яких експлуатуються відцентрові насоси, розробленням методики та показників оцінювання енергоефективності ЕМС постійно займаються провідні наукові центри. Технічним університетом м. Дармштадта (ФРН) розроблено європейський стандарт EN16480, згідно з яким за критерій енергоефективності відцентрових насосів має слугувати індекс мінімального ККД – MEI (Minimum Efficiency Index). За методикою за-

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. D 1–D 18.

значеного

стандарту

(BEP )min_ regu ,

індекс

МЕІ

(PL )min,_ regu ,

(OL )min,_ regu обраховується для трьох

точок витрати робочого діапазону насосу за формулами: а) за мінімальної витрати робочого діапазону

(PL )min,_ regu  0,947  (BEP )min,_ regu . б) за оптимальної витрати

( BEP ) min,_ regu  1, 48 x 2  0,85 y 2  0,38 xy  88,59 x  13, 46 y  C. в) за максимальної витрати робочого діапазону

(OL )min,_ regu  0,987  (BEP )min,_ regu , де С – величина, що залежить від конструктивних особливостей типу насосу; x  ln(ns ) ; y  ln(QBEP ) ; ns ‒ коефіцієнт швидкохідності насосу; QBEP ‒ витрата насосу у оптимальному режимі роботи. Величина С залежить у першу чергу від типу насосу, швидкості обертання ротора та обґрунтовується також вартісними і експлуатаційними показниками. Фактичне значення MEI для конкретного насосу розраховується шляхом лінійної інтерполяції з використанням даних спеціальних таблиць. Як бачимо, методика визначення показників MEI доволі складна і потребує великої кількості інформ ації. Окрім того, самі розробники акцентують увагу на тому, що розроблена методика та показники є не скільки характеристикою енергоефективності, а показниками якості та конкурентноздатності продукції. Гідравлічним Інститутом США для оцінювання енергетичної ефективності функціонування відцентрових насосів пропонується ввести показник PER (Pump Energy Rating), який, за їх визначенням, є середньозваженою величиною потужності насоса при роботі на режимах з різною витратою. Цей показник розраховується за формулою:

PER  k1  P11,QBEP  k2  P10,75QBEP  k3  P10,50QBEP  k4  P10,25QBEP , де, BEP (Best Efficiency Point) – точка максимального ККД насосу; k1  k4 – вагові коефіцієнти, що визначаються для кожного типу насосів у залежності від типової конфігурації системи, у якій вони функціонують. Базовими для розрахунку показника PER приймаються чотири точки напірної характеристики у межах рекомендованого робочого діапазону для яких P11,00QBEP , визначаються показники потужності

P10,75QBEP , P10,50 QBEP , P10,25QBEP . Основною відмінністю американського підходу до оцінки енергоефективності насосу – насос розглядається тільки як невід’ємна частина гідравлічної системи. У РФ за постановою Уряду РФ від 16.04.2012 № 308 «Об утверждении перечня объектов, имеющих высокую энергетическую эффективность, для котоD2

Сучасні енергоефективні технології

рых не предусмотрено установление классов энергетической эффективности» критерієм енергоефективності системи насос-мережа є питоме споживання енергії на перекачування одиниці об’єму рідини – ИЭЭФ (индикатор энергетической эффективности). Питоме споживання енергії E уд розраховується за виразом:

E уд 

P1 QH  g 1   , Q  насоса двигателя Q

де P1 ‒ обсяг електричної енергії, що витрачається електромеханічною системою на перекачування рідини об’ємом Q ; H ‒ напір насоса;  ‒ густина рідини; g ‒ прискорення вільного падіння;

насоса ,

двигателя ‒ ККД насосу та електродвигуна. Зазначений ИЭЭФ, як індикативний, за російською методикою, визначається для галузей та окремих процесів на основі макроекономічних показників. Хоча, E уд і декларується у методиці як характеристика енергоефективності конкретної системи насос-мережа, а не насоса, однак вона не деталізує впливу окремих елементів електромеханічної системи на енергоефективність його функціонування. Як бачимо, сьогодні не існує єдиного загальноприйнятого у всьому світі визначення енергетичної ефективності. Стандарти різних країн трактують це поняття по різному [90]. Визначенню поняття енергоефективності роботи електромеханічних систем у складі мереж водопостачання найбільше відповідає термін, що визначає споживання енергії, якою забезпечується технологічний процес перекачування рідини за наперед заданими його параметрами. Мірою енергоефективності має слугувати науково обґрунтована питома величина споживання енергії на виробництво одиниці продукції. Під продукцією потрібно розуміти перекачану рідину, тобто її кількість за певний проміжок часу. 3. ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ ЕЛЕКТРОДВИГУНА ЯК КРИТЕРІЙ ВИБОРУ ДІАПАЗОНУ РОБОТИ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ СИСТЕМ Основними енергетичними показниками роботи привідних електродвигунів, котрі наводяться у паспорті, є: потужність Pnom при номінальному завантаженні електродвигуна, номінальна напруга U, номінальний струм I, коефіцієнт корисної дії (ККД) el , коефіцієнт потужності cosφ, швидкість обертання ротора n, та інші параметри . Основні показники роботи насосу – витрата Q, напір H, коефіцієнт корисної дії (ККД)  pump , потужність на валу насоса Ppump та інші. Якщо електричний двигун працює у складі електромеханічної системи, то робоча потужність PM буде змінюватися відповідно до зміни потужності на валу насосу Ppump. Зміна Ppump залежить від зміни витрати насосу Q, напору H та величини втрат енергії у складових елементах ЕМ С. Потужність насосу Ppump може змінюватися у доволі широкому діапазоні. Робоча потужність привідного електричного двигуна визначається потужністю насоса:

PM  f ( Ppump ) .

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. D 1–А 18.

1920 95,87 1,2

1760 95,9 1,1

1600 95,9 1

1400 95,81 0,875

1200 95,63 0,75

1000 95,27

800

400

0,625

Коефіцієнт завантаження,

94,27

Фактичне значення ККД електродвигуна залежить від робочої потужності PM та відповідає конкретному значенню коефіцієнта завантаження k z .

ККД, %

0,5

k z = PM / Pnom .

Потужність PM , кВт

91,12

Режим роботи привідного електродвигуна характеризується коефіцієнтом завантаження ( k z ), який визначається відношенням його фактичної робочої потужності (PM), до номінальної потужності (Pnom):

Таблиця 1 – Залежність ККД електродвигуна СДН 2‒17‒ 44‒8 від коефіцієнту завантаження

0,25

(2)

160

agr = 0,99∙ el ∙  pump .

81,2

У подальших дослідженнях роботи системи прийняті припущення, що система регулювання двигуна відсутня, тобто ККД системи регулювання електродвигуна дорівнює одиниці; ККД муфти з’єднувальної дорівнює 0,99 [46]. Тоді формула (1) набуде вигляду:

У цьому діапазоні графіку (рис. 1) значення ККД електродвигуна є найвищим та змінюється мало. Для інших випадків режиму довготривалої роботи необхідний додатковий розрахунок доцільності застосування приводу, що розглядається. Керуючись рекомендаціями [2], розглянемо на прикладі насосного агрегату АД 6300‒80‒2, що експлуатується у складі електромеханічної системи мережі водопостачання, переважний діапазон використання привідного електродвигуна, виходячи з коефіцієнту його завантаження та динаміки зміни ККД. Для обертання ротора насоса зі швидкістю 750 об/хв у зазначених електромеханічних системах використовуються електродвигуни марки СДН 2‒17‒56‒8 номінальною потужністю 2000 кВт та марки СДН 2‒17‒44‒8 номінальною потужністю 1600 кВт. Величини ККД при різних значеннях коефіцієнта завантаження k z наведені у табл. 1 та табл. 2.

0,1

el – ККД електродвигуна; muft – ККД муфти з’єднувальної;  sist .reg – ККД системи регулювання електродвигуна;  pump – ККД насосу. де agr – ККД насосного агрегату;

0,7 < k z <0,9.

(1)

За рекомендаціями [2], у випадку застосування електр оприводу довготривалого режиму роботи, необхідно дотр имуватися умови:

68,59

agr = el · muft   sist .reg  pump ,

Коефіцієнт завантаження (kz) Рис. 1. Осереднена залежність ККД електродвигуна від коефіцієнту завантаження

0,05

тродвигуна, якщо не накладаються додаткові умови щодо пуско-моментної характеристики агрегату. При цьому мінімальні можливі навантаження електродвигуна не обмежуються і не аналізуються. Енергетичні потоки у привідних електродвигунах та насосах окремо досліджені достатньо глибоко. Однак взаємний вплив робочих процессів, що відбуваються у електродвигунах та насосах, на результуючу енергоефективність їх спільної роботи вивчено недостатньо. Особливо це стосується використання електромеханічних систем мереж водопостачання у зонах великих («перевантаження») та малих («недовантаження») витрат, зображених на їх Q‒H характеристиках, а також, за так званих, «глибоких» змін геометрії вихідної частини лопатей робочого колеса насосу . Тому для визначення меж застосування існуючих електромеханічних систем у діючих гідравлічних мережах водопостачання, мережах, що проектуються та реконструюються, важливо знати динаміку зміни енергетичних характеристик ЕМ С у визначеному діапазоні витрат та напорів, а також їх граничні значення як для ЕМ С в цілому, так і для його складових. Виходячи з вищезазначеного, доцільним є визначення та обґрунтування діапазонів використання електромеханічних систем (за витратою та напором), користуючись критерієм експлуатаційного ККД та енергоефективності, шляхом проведення електричного та математичного моделювання робочого процесу у відцентрових насосах за різних режимів витрат та напорів, з використанням енергетичних показників роботи привідних електродвигунів, за у мови різного їх навантаження. Оцінку ефективності передачі енергії у електромеханічній системі від привідного електродвигуна через лопатеву систему насосу рідині, що перекачується, визначає ККД системи «електродвигун – муфта з’єднувальна – система регулювання – насос»

Осереднена залежність ККД електродвигуна від коефіцієнту завантаження [2] представлена на рис. 1.

Відносне значення ККД (ƞM/ƞnom)

При виборі електричного двигуна для роботи у складі ЕМ С зазвичай керуються правилом відповідності потужності на валу насоса у точці його роботи з максимальним значенням ККД  pump max паспортним значенням Pnom елек-

2400 96,225 1,2

2200 96,227 1,1

2000 96,2 1

1700 96,06 0,85

1500 95,88 0,75

1250 95,5 0,625

1000 94,85 0,5

500 91,23 0,25

200 81,44 0,1

Коефіцієнт завантаження,

68,9

ККД, %

0,56. Pnom . < Ppump < 0,99 Pnom ,

0,05

Потужність PM , кВт

100

Таблиця 2 – Залежність ККД електродвигуна СДН 2‒17‒56‒8 від коефіцієнту завантаження

kz З аналізу даних табл. 1 та 2 випливає, що ККД привідних електродвигунів електромеханічних систем, що розглядаються, зменшується на 1% від номінального значення при зміні коефіцієнту завантаження у діапазоні kz 0,6 < k <1,2, що відповідає вимогам [2]. z Зміну завантаження привідного електродвигуна (з ур ахуванням режиму роботи та меж зміни ККД) доцільно обмежити діапазоном: 0,6 < k z < 1.

(3)

У такому випадку, зміна ККД електроприводу  priv (з урахуванням ККД муфти з’єднувальної) буде у межах: 0,94 <  priv < 0,952, звідси, діапазон зміни ККД електромеханічної системи: 0,94  pump < agr < 0,952  pump .

(4)

Діапазон зміни робочої потужності насосу Ppump, у межах якого визначаються енергоефективні режими його роботи, складає: 0,94·0,6 Pnom < Ppump < 0,952·1,05 Pnom , чи

при дотриманні умови (3). Для насосних агрегатів АД 6300‒80‒2 у складі електр омеханічних систем мереж водопостачання діапазон зміни робочої потужності насосу з електродвигуном СДН 2‒17‒ 44‒8 складе від 896 кВт до 1584 кВт, а з електродвигуном СДН 2‒17‒56‒8 ‒ від 1120 кВт до 1980 кВт. Результати дослідження робочого процесу насосних агрегатів АД 6300‒80‒2 за різних значень витрат Q i у межах 0,3 Qоpt < Qi < 1, 2 Q оpt, (Qоpt ‒ витрата насосу при його р оботі у точці з  pump max ), одержані проведенням числового експерименту, підтверджують можливість роботи насосу в зазначеному діапазоні витрат при використанні первісного (базового) робочого колеса зовнішнього діаметру D2 = 1020 мм, зі зменшенням його зовнішнього діаметра D2 на 21 %. Поле зміни Q‒H параметрів насосу для кожного з варіантів D2, що розглядаються, у межах можливого зменшення його ККД від максимального значення на 5 % (0,95  pump max ) представлено на рис. 2. На рис. 3 виділені зони поля Q‒H характеристики у межах зміни ККД до 3 % і 5 % від його максимальних значень  pump max для визначених D2. Існуюча практика вказує на доцільність роботи насосу у такому діапазоні зміни ККД [2]. Зменшення діаметру D2 до 865 мм (на 15 % від вихідного) призводить до зниження ККД насосу у точці оптимальної витрати Q оpt приблизно на 5 %. Подальше зменшення діаметру D 2 призводить до додаткових втрат енергії у робочому колесі та відводі, що знижує ККД насосу на 12 % при D2 = 805 мм. Однак, віброакустичний стан насоса при цьому залишається задовільним. Результати числового експерименту та проведених промислових випробувань на місцях експлуатації підтверджують можливість стійкої роботи вказаних насосів на режимах витрат від 0,6 Qоpt до 1,2 Q оpt, однак, звернімо увагу, що зміна ККД насосу виходить за межі значень (  pump max ‒ 5 %) рис. 3. У межах зазначеного діапазону зміни Q‒H параметрів визначимо поля кривих рівнозначних ККД (рис. 3) для різних варіантів зміни діаметру D2 базового колеса.

Рис. 2. Поле зміни Q‒H параметрів насосу Д 6300–80–2 при зміні зовнішнього діаметру

Сучасні енергоефективні технології

(5)

D2 у межах 1020–805 мм

Рис. 3. Зміни ККД насосу Д 6300‒80‒2 у межах зміни витрати Qi від 0,6 Qоpt до 1,2 Qоpt

Аналіз розподілу кривих рівнозначних ККД насосу вказує на зони зміни його параметрів переважно шляхом зменшення діаметра D 2 від базового. Зі зменшенням діаметра D2 зона ККД (  pump max ‒ 5 %) звужується. Її площа становить близько 50 % від загальної площі поля робочого інтервалу характеристики насосу, при цьому, сама зона (  pump max ‒ 5 %) розташована у діапазоні найбільших витрат та напорів. Як один з можливих способів підвищення енергоефективності роботи насосу при його експлуатації за межами зазначеної зони розглядається модернізація шляхом проектування та заміни колеса робочого [3]. Результати числового експерименту, що моделює робочий процес насосу при

витратах близьких до області 0,6 Q оpt, підтверджують доцільність вибору вихідних параметрів робочої точки для проектування нового робочого колеса за витратою (0,55– 0,6) Qоpt та напором, що відповідає Q‒H характеристиці базового колеса з його максимальним базовим діаметром D2 = 1020 мм за визначеної витрати. У цьому випадку зона (  pump max ‒ 5 %) охоплює діапазон витрат до 0,45 Qоpt, частково перекриваючи зону ефективної роботи насоса з базовим робочим колесом (рис. 4). Для розширення зони (  pump max ‒ 5 %) у області суттєвого зменшення базового діаметру D2 (на величину більш як 15 %) також можливе проведення модернізації насосу заміною базового колеса на колесо нового проектування, з

Рис. 4. Зміни ККД насосу Д 6300‒80‒2 при його роботі з базовим та робочим колесом нового проектування у межах зміни витрати Qi від 0,6 Qоpt до 1,2 Qоpt

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. D 1–А 18.

робочими параметрами, вказаними на рис. 5. Такий захід розширює зону ефективної роботи насосу. У відповідності до (2), на ККД ЕМ С, у всьому можливому діапазоні його роботи, впливає ККД привідного електродвигуна, котрий у свою чергу залежить від коефіцієнта завантаження k z . Результати розрахунку ККД електромеханічної системи, проведенні з використанням даних табл. 1 та 2, інтерпретовані на рис. 6. При навантаженні електродвигуна 0,5 Pnom і менше різко зменшуються значення ККД насосного агрегату. АД 6300‒80‒2 при її роботі з електродвигуном СДН 2‒ 17‒44‒8 та використанні модернізованого базового робочого колеса, а також робочого колеса нового проектування Тому, обсяги спожитої електроенергії при роботі електромеханічних систем мереж водопостачання також залежить від показників режиму роботи привідних

електродвигунів. Враховуючи прийняті межі зміни коефіцієнту завантаження привідних електродвигунів (3), розглянемо діапазон роботи насосу. Обмежимо, на визначеній попередньо (рис. 2) частині поля робочої зони Q‒H характеристики насосу, зону «проблемного» використання (рис. 7) привідних електродвигунів, якими комплектуються насосні агрегати АД 6300‒80‒2 (тобто, зону завантаження привідних електродвигунів, у якій зменшення ККД двигуна складає більше 1 % від ККД у точці Pnom ). Виходячи з критерію граничної зміни ККД насосу (  pump max ‒ 5%) та обмеження зменшення ККД привідного електродвигуна на 1 % від el max , представлене на рис. 7, поле Q‒H розіб’ємо на зони:

Рис. 5. Поля кривих рівнозначних ККД насосу Д 6300‒80‒2 при його модернізації з заміною базового колеса на змінні модернізовані та зміною геометрії вихідної частини базового колеса

Рис. 6. Поля кривих рівнозначних ККД насосного агрегату

Сучасні енергоефективні технології

Рис. 7. Обмеження поля Q‒H характеристик з урахуванням енергоефективності застосування привідного електродвигуна

I – зона можливої модернізації існуючого базового р обочого колеса насосу без заміни електродвигуна; II – зона переважної можливої модернізації існуючого базового робочого колеса насосу без заміни електродвигуна; III – зона можливої модернізації насосу шляхом заміни існуючого базового робочого колеса на робоче колесо нового проектування під необхідні параметри без заміни електродвигуна; IV – зона можливої модернізації насосного агрегату шляхом заміни існуючого базового робочого колеса на робоче колесо нового проектування під необхідні параметри та електродвигуна; V – зона можливої модернізації насосного агрегату шляхом модернізації існуючого базового робочого колеса з завідомо суттєво зниженими показниками енергоефективності роботи ЕМ С, у т. ч. й через роботу привідного електродвигуна на режимах з низьким коефіцієнтом завантаження k z . Досяжні енергетичні показники роботи насосу у зоні II, III, IV шляхом заміни існуючого базового робочого колеса

на робоче колесо нового проектування під необхідні пар аметри, оцінюються за методиками [3, 4]. На основі наведених міркувань та розрахунків, при застосуванні зазначених вище привідних електричних двигунів, поле Q‒H характеристик насосного агрегату АД 6300‒ 80‒2, за умови його ефективної експлуатації, набуває вигляду, зображеного на рис. 8 та 9. Проведені дослідження робочого процесу електромеханічної системи показують: – доцільність використання насосного агрегату АД 6300‒80‒2 у діапазоні зміни потужності насосу 0,56 Pnom <

Ppump < 0,99 Pnom при зміні навантаження привідних електродвигунів у межах 0,6 < k < 1,05 z – можливість модернізації зазначеного насосного агр егату шляхом модернізації базового робочого колеса чи його заміною на робоче колесо нового проектування під необхідні параметри; – на ефективність роботи насосного агрегату у зоні низьких напорів та витрат (при зменшенні діаметру D2 робо-

Рис. 8. Обмеження поля Q‒H характеристик насосного агрегату АД 6300‒80‒2 при використанні електродвигуна СДН 2‒17‒44‒8У3

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. D 1–А 18.

Рис. 9. Обмеження поля Q‒H характеристик насосного агрегату АД 6300‒80‒2 при використанні електродвигуна СДН 2‒17‒56‒8У3

чого колеса більше ніж на 15 % від базового розміру) великий вплив має режим роботи привідного електродвигуна (його завантаженість); – доцільність модернізації та використання насосного агрегату при його роботі на режимах Ppump < 0,5 Pnom повинна розглядатися з урахуванням не тільки ефективності робочого процесу насоса, але і ефективності роботи привідного електродвигуна. Доцільність проведення модернізації за варіантами необхідно оцінювати показниками енергоефективності роботи агрегату до та після модернізації. Вона визначається об’ємом та вартістю спожитої електроенергії, а також витратами на модернізацію та подальшу експлуатацію.

Наведені результати досліджень робочого процесу насосного агрегату АД 6300‒80‒2 є частиною проведених автором досліджень ЕМ С з насосами типу Д з номінальними витратами від 2000 м3/г од до 6300 м 3/г од. На рис. 10–13 представлені графіки обмеження полів Q‒H характеристик насосних агрегатів АД 2000‒100‒2, АД 2500‒62‒2, АД 3200‒75‒2, АД 4000‒95‒2 за умови їх експлуатації у енергоефективних режимах. На основі застосованого підходу до зонування поля Q ‒ H характеристики електромеханічних систем, виходячи з ефективності використання енергії, далі розглянемо основні принципи методики оцінки управлінських рішень щодо об’ємів можливої модернізації, а також і експлуатації ЕМ С на різних режимах.

Рис. 10. Обмеження поля Q‒H характеристик насосних агрегатів АД 2000‒100‒2 при використанні електродвигуна СД 2‒85 / 57‒6 УХЛ 4, чи електродвигуна А 4450 Х 6 У3 за умови їх енергоефективної експлуатації

Сучасні енергоефективні технології

Рис. 11. Обмеження поля Q‒H характеристик насосних агрегатів АД 3200‒75‒2 при використанні електродвигуна СДН 2‒16‒36‒6 У3, чи електродвигуна СДН 14‒59‒6 У3 за умови їх енергоефективної експлуатації

Рис. 12. Обмеження поля Q‒H характеристик насосних агрегатів АД 4000‒95‒2 при використанні електродвигуна СДН 2‒16‒59‒6 У3, чи електродвигуна СДН 15‒49‒6 У3 за умови їх енергоефективної експлуатації

4. ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ СИСТЕМ Робоча потужність Ppump i відцентрового насоса у i-му режимі його роботи з витратою Q i розраховується за формулою [5]:

Ppump i   gHi Qi /1000 pump.i ,

(6)

де ρ ‒ густина рідини, яку перекачує насос; g – прискорення вільного падіння, H i – напір насосу,  pump.i ‒ ККД насосу у i-му режимі його роботи. З огляду на раціональне використання енергії ЕМ С, доцільно застосовувати привідні електродвигуни у межах

визначеного діапазону їх завантаження (7.3). Рішення щодо використання привідного двигуна за межами (7.3) має ґру нтуватися на комплексному аналізі та розрахунку енергоефективності функціонування всієї системи з визначенням вартості її життєвого циклу за варіантами комплектування підсистем, або її елементів [6]. Під вартістю життєвого циклу розуміється повний комплекс витрат, що пов’язані з: – первісною вартістю всіх елементів систем водозабезпечення технологічного процесу; – вартістю монтажу та налаштування обладнання; – вартістю енергії, що витрачається у період життєвого циклу систем;

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. D 1–А 18.

Рис. 13. Обмеження поля Q‒H характеристик насосних агрегатів АД 2500‒62‒2 при використанні електродвигуна СД 2‒85 / 45‒6 УХЛ 4, чи електродвигуна А 4450 Х 6 У3 за умови їх енергоефективної експлуатації

– вартістю експлуатаційних витрат (при експлуатації у штатному режимі); – вартістю обслуговування та ремонту; – вартістю інших витрат, включаючи природоохоронні заходи та утилізацію обладнання. Для подальшого аналізу та висновків скористаємося р езультатами досліджень, отриманих при вивченні робочого процесу насосу марки Д 2000–100–2. Для оцінювання ефективності роботи насосу (за його конструктивними параметрами) у різних частинах поля Q‒ H характеристик на рис. 14 побудовано криві рівнозначних ККД, за якими визначено зони доцільної експлуатації насосу. Для ЕМ С єдиним елементом, що передає енергію потоку рідини, є робоче колесо насосу. Елементами, що приймають участь у процесі передачі енергії від електричної мережі до лопаті робочого колеса є: система регулювання швидкості обертання ротора електродвигуна, привідний електричний двигун, з’єднувальна муфта, насос. У кожному елементі цього ланцюга є втрати енергії і ефективність передачі енергії оцінюється сукупним ККД елементів. З урахуванням викладеного, поле рівнозначних ККД електромеханічної системи набуває вигляду (рис. 15). Поле робочої частини Q‒H характеристик насосного агрегату (рис. 15) обмежене умовою (7), щодо діапазону ефективного використання привідного електродвигуна. Для оцінювання ефективності роботи насосного агрегату у i-му режимі шляхом визначення його ККД за виразом (2), необхідно мати числові значення ККД насосу та електродвигуна на i-му режимі з витратою Qi.. Визначення ефективності роботи ЕМ С у період його експлуатації через показники ККД є клопіткою роботою. Оцінювання енергоефективності роботи електромеханічних систем, гідравлічної мережі водопостачання в цілому пропонується проводити за показниками питомих витрат електроенергії на перекачування одного метра кубічного рідини при роботі ЕМ С в i-му режимі (з витратою Q i). Цей показник ρi розраховується як:

D 10

Сучасні енергоефективні технології

i  A i /ti Qi ,

(7)

де Ai – кількість електроенергії, яку споживає ЕМ С в i -му режимі (кВт г од), ti – термін роботи у i -му режимі (г од), 3 Qi – витрата насосу ( м /г од) упродовж ti .

Показники питомих витрат електроенергії ρi визначаються також розрахунком, використовуючи результати наукових досліджень робочого процесу насосу, технічні дані та хар актеристики привідних електродвигунів. У формулі (7) Ai / ti – робоча потужність ЕМ С Pagr.i при її роботі в i -му режимі, тому

i  Pagr .i / Qi .

(8)

У свою чергу, робоча потужність Pagr.i електромеханічної системи визначається за робочою потужністю насосу Ppump.i, як:

Pagri  Ppump.i / el ,

(9)

З урахуванням (6) формула (9) набуває вигляду:

Piagr  (  gHi Qi /1000 pump.i ) / el .i .

(10)

Тому, за формулою (7.8), використовуючи (10):

i   gHi /1000 pump.iel .i .

(11)

Якщо врахувати втрати енергії у з’єднувальній муфті, то вираз (11) набирає вигляду:

i   gHi / 990 pump.iel .i .

(12)

Рис. 14. Поле кривих рівнозначних ККД насосу Д 2000 –100–2

D Рис. 15. Поле кривих рівнозначних ККД насосного агрегату АД 2000–100–2

За результатами проведених наукових досліджень робочого процесу декількох типорозмірів насосів типу Д, використовуючи формулу (12), розраховано показники питомих витрат електроенергії ρi на перекачування одного метра кубічного рідини при роботі електромеханічних систем у діапазоні витрат Q i від 0,5 Q opt. до 1,2 Qopt.. Для геометричної інтерпретації розр ахунку ρi використано поле Q‒H характеристик насосного агрегату, у межах якого визначено шкалу зміни ρi та побудовані геометричні місця точок значень ρi. Сукупність побудованих кривих є полем зміни

розрахункового показника питомих витрат електроенергії ρi на перекачування одного метра кубічного рідини при роботі насосного агрегату АД 2000–100–2 у діапазоні витрат Qі. від 0,5 Qopt.. до 1,2 Q opt., що зображено на рис. 16. Результати проведених досліджень та розрахунків показника i у межах визначених інтервалів Q‒H характеристик насосних агрегатів, робочий процес яких досліджено у дисертаційній роботі, інтерпретовані на рис. 17–20.

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. D 1–А 18.

D 11

Рис. 16. Поле зміни розрахункового показника

i

насосного агрегату АД 2000–100–2

Рис. 17. Поле зміни розрахункового показника

i

насосного агрегату АД 2500–62–2

За результатами розрахунків відслідковується закономірність зміни розрахункового показника i залежно від конструктивних параметрів насосу (D2) та режиму його роботи (витрати Q i). Така залежність подається степеневою функцією. Для ЕМ С, що досліджуються у дисертаційній роботі, математична залежність визначення питомого споживання енергії записується як:

i  AQi

B

D2 D2i

(13)

де A – коефіцієнт, що враховує конструктивні особливості проточної частини насосу; В – коефіцієнт пропорційності, який залежить від умов руху рідини у проточній частині при номінальних параметрах роботи насосу; Q i – витрата насосу на і - му режимі його роботи; D 2 – номінальний D 12

Сучасні енергоефективні технології

зовнішній діаметр робочого колеса; D2i – зовнішній діаметр існуючого робочого колеса. У визначеному діапазоні роботи електромеханічних систем (від 0,5 Q оpt. до 1,2 Qоpt). та межах зміни розмірів зовнішнього діаметра робочого колеса D2 (0,85D2 <D 2i < D 2) коефіцієнт А та коефіцієнт В може змінюватися: для ЕМ С з насосом Д 2000‒100‒2 А = 50,279 D2/ D 2і; В = 0,649; для ЕМ С з насосом Д 2500‒62‒2 А = 43,836 ( D2 / D2i )2 , В = 0,697; для ЕМ С з насосом Д 3200‒75‒2 А = 70,117 ( D2 / D2i )2 , В = 0,708; для ЕМ С з насосом Д 4000‒95‒2 А = 99,916 ( D2 / D2i )2 , В = 0,699; для ЕМ С з насосом Д 6300‒80 (24НДс)

Рис. 18. Поле зміни розрахункового показника

i

насосного агрегату АД 3200–75–2

Рис. 19. Поле зміни розрахункового показника

i

насосного агрегату АД 4000–95–2

А = 89,357 ( D2 / D2i )2 , В = 0,731; для ЕМ С з насосом Д6300‒80‒2 А = 144,47 ( D2 / D2i )2 , В = 0,735. Відхилення розрахункових величин i , одержаних у результаті числового експерименту та визначених за формулою (14) знаходяться у межах 6,3 %.

Вплив втрат енергії у електричному двигуні та з’єднувальній муфті, за різних режимів роботи електромеханічної системи, враховується ККД муфти та ККД привідного електродвигуна при його експлуатації на і- му режимі навантаження. Тому, питоме споживання електроенергії ЕМ С за різних режимів його роботи розраховується:

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. D 1–А 18.

D 13

Рис. 20. Поле зміни розрахункового показника

i  AQi

B

D2 D2 i

0,99el .i .

i

насосного агрегату АД 6300–80–2

(14)

У виразі (14) коефіцієнт 0,99 враховує втрати енергії у з’єднувальній муфті, el .i ‒ ККД привідного електродвигуна при його експлуатації на і -му режимі навантаження. Для визначення фактичного показника ρf.i при роботі ЕМ С в i-му режимі з витратою Qi необхідно скористатися лічильниками електричної енергії та води, знявши їх покази за певний проміжок часу ti, та скористатися формулою (7.7) для розрахунку зазначеного показника. Різниця   між розрахунковим ρi та фактичним ρf.i:

  i   f .i ,

(15)

є індикативним показником необхідності проведення технічних заходів щодо відновлення електромеханічної системи чи її модернізації.

люється показниками питомих витрат електроенергії i на перекачування одного метра кубічного рідини при роботі комплексів з витратою Qi , тривалістю такого періоду у часі ti , тарифом на електроенергію T :

Cв.i  i Qi tiT .

(16)

Якщо протягом періоду часу t електромеханічна система працювала на змінних режимах, то необхідно враховувати, що n

t   ti .

(17)

i 1

Тоді вартість електроенергії Cв. , що споживається протягом t , розраховується: n

5. ОЦІНЮВАННЯ ДОЦІЛЬНОСТІ ПРОВЕДЕННЯ ТЕХНІЧНИХ ЗАХОДІВ ЩОДО ПІДВИЩЕННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ ЕМС Доцільність проведення технічних заходів щодо підвищення енергоефективності функціонування ЕМ С пропонується визначати розрахунком можливої вартості частини життєвого циклу електромеханічної системи після проведення робіт та порівнянням її з аналогічними розрахунками, проведеними за показниками енергоефективності роботи електромеханічної системи до її відновлення чи модернізації. Така методика базується на визначенні і порівнянні об’ємів та вартості електроенергії, що може бути спожита за різних варіантів модернізації та експлуатації електромеханічної системи протягом певного періоду часу t, з витратами на її модернізацію та подальшу експлуатацію (за винятком витрат на електроенергію). Вартість електроенергії Cв.i , що споживається, обумовD 14

Сучасні енергоефективні технології

Cв.   i Qi tiT .

(18)

i 1

Якщо електромеханічна система експлуатується до та після модернізації за незмінним регламентом, а показники питомих витрат електроенергії на перекачування одного метра кубічного рідини при роботі систем на i -х режимах визначені як i1 та i 2 , а, за аналогією з (15),

i1  i 2  i1,2 ,

(19)

то різниця вартості спожитої електроенергії Cв за варіантами роботи (до та після модернізації) електромеханічної системи визначається за виразом: n

Cв   i1,2 Qi tiT i 1

(20)

Використавши (19), отримаємо: n

Cв  tT  i1,2Qi .

(21)

період часу дорівнює миттєвій потребі всіх споживачів мережі за умов дотримання усіх вимог основного технологічного процесу виробництва за витратою, тиском та надійністю. Тобто мають виконуватися рівності:

i 1

Визначивши витрати на відновлення або модернізацію системи Cmod. (зазвичай витрати на подальшу експлуатацію та обслуговування є незмінними, якщо привідний електр одвигун або насос не замінюється), за умови, що повне повернення (без урахування дисконтування) витрат на модернізацію компенсується економією електроенергії, маємо умову:

Cmod.  Cв .

(23)

i 1

З виразу (13) випливає, що витрата енергії у системі водопостачання залежить у першу чергу від величини напору, який повинен розвинути насос, та втрат енергії у привідному двигуні і насосі при їх роботі. Розглядаючи умови функціонування інших підсистем водопостачання, звернімо увагу на потреби технологічного процесу споживача. Зазвичай, споживач вимагає від системи водопостачання стабілізації тиску H sp . при змінній витраті [7]. Для забезпечення такої вимоги, при транспортуванні рідини необхідно компенсувати витрати енергії, пов’язані з умовами розташування резервуарів води та водоприймачів H c , втрати енергії у гідравлічному потоці за довжиною трубопроводу

H d .i та у місцевих опорах

H m.i , тобто, Hi  Hc  H d .i  H m.i  H sp .

(24)

Тоді (13) набуває вигляду:

i   g ( H k  H Ri ) / 990 pump.iel .i ,

i 1

(25)

де H k  H c  H sp – конструкційно-технологічний параметр мережі водопостачання; HRi  Hd .i  Hm.i – сумарні втрати енергії потоку рідини при її проходженні трубопр оводами мережі у i -му режимі водопостачання. За наведеною вище методикою та приведеними формулами, показами приладів обліку води та спожитої електр омеханічними системами електроенергії визначаються втр ати енергії у ЕМ С та трубопровідній мережі на будь-якому i -му режимі роботи мережі водопостачання; за розраху нком вартості життєвого циклу визначається доцільність проведення технічних заходів щодо підвищення енергоефективності експлуатації таких мереж. Як випливає з проведених досліджень, енергоефективна робота ЕМ С у складі гідравлічної мережі водопостачання, а також і вартість її життєвого циклу, залежить від ступеня узгодженості функціонування усіх елементів мережі. Енергоефективною вважається робота мережі водопостачання у разі, коли миттєва подача води ЕМ С у будь-який

j 1

 Qмер ,

(26)

де Q i, Qj – відповідно обсяги витрати води і-м насосним агрегатом електромеханічної системи та j-м споживачем системи; п – кількість насосних агрегатів електротехнічних комплексів; m – кількість споживачів мережі; Qмер – обсяги втрат води у мережі:

(22)

За умови (22) з (21), період роботи електромеханічної системи t , упродовж якого витрати на модернізацію покриються вартістю зекономленої електроенергії, розраховується за формулою:

t  Cmod / T  i1,2Qi .

Q  Q

Рнс  Рспож  Рмер ,

(27)

де Рнс – тиск на виході з ЕМ С; Рспож – необхідний тиск на вході у споживача; Рмер – падіння тиску у мережі від ЕМ С до споживача. 6. ПРАКТИЧНЕ ЗАСТОСУВАННЯ НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ РОЗДІЛУ Формулювання вимог до електромеханічної системи мережі водопостачання при її модернізації з метою підвищення показника енергоефективності всієї гідравлічної мережі є результатом комплексн ого дослідження з використанням електричних моделей. Дослідження здійснено як для режиму роботи мережі водопостачання до початку робіт з модерн ізації, так і для прогнозних показників роботи мережі водопостачання після проведення модернізаційних заходів. Застосування методу електричного моделювання робочих процесів мережі водопостачання дає наступні дані: обсяг подачі рідини, напір у будь-якій точці мережі, потужність привідного електричного двигуна, показник енергоефективності гідравлічної мережі. Разом з тим електричне моделювання не дає відповіді щодо вимог до конструктивних особливостей насосного агрегату, які забезпечуватимуть досягнення максимальної енергоефективності в результаті модернізації останнього. Це завдання вирішується використанням досліджень з застосуванням даних електричного моделювання, що свідчить про узагальнюючий характер досліджень дисертаційної роботи, чи їх комплексність. Яким чином узгоджуються і взаємно доповнюються результати електричного моделювання і теоретичні дослідження, покажемо на прикладі насосної станції ПАТ «Азот» м. Черкаси, яка укомплектована електронасосними агрегатами з насосами 24НДс. Аналіз робочого процесу насосу 24НДс та електронасосного агрегату з зазначеним насосом у складі ЕМС зі швидкістю обертання ротора n = 600 об/хв без урахування діапазону режимів експлуатації привідного електричного двигуна проілюстровано побудованим за результатами досліджень полем енергетичних та Q‒H характеристик (рис. 21). Електричне моделювання існуючого режиму водопостачання здійснювалось за наступними показники роботи насосного агрегату: ‒ подача води насосним агрегатом 5304 м 3/г од; ‒ напір за насосним агрегатом перед засувкою 52 м; ‒ напір на вході у споживача 29 м;

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. D 1–А 18.

D 15

Рис. 21. Поле енергетичних та Q‒H характеристик насосу 24НДс

‒ питоме споживання електроенергії на перекачування 1 м3 води 0,153280 кВт·г од/ м 3. Поле енергетичних та Q‒H характеристик (рис. 21) підтверджує наведені дані: ‒ подача води насосним агрегатом 5304 м3/г од; ‒ напір за насосним агрегатом перед засувкою 52 м; ‒ питоме споживання електроенергії на перекачування 1 м3 води 0,15235 кВт·г од/ м 3 , і показує, що насос при цьому має стандартне робоче колесо діаметром D2(1), який дорівнює 990 мм. На енергоефективність функціонування електронасосного агрегату впливає завантаженість привідного електричного двигуна. Враховуючи цю обставину, на рис. 22 зображене поле енергетичних та Q‒H характеристик електронасосного агрегату 24НДс за швидкості обертання ротора n = 600 об/хв., з урахуванням діапазону режимів експлуатації привідного електричного двигуна. Нижня частина поля Q‒H характеристик обмежується використанням привідного електричного двигуна з коефіцієнтом завантаження не менше 0,5. Праворуч та ліворуч поле обмежується віброакустичними властивостями насоса, показниками його енергоефективності та граничними показниками завантаження електричного двигуна. За даними поля енергетичних та Q‒H характеристик (рис. 22) основні показники роботи насосного агрегату: ‒ подача води насосним агрегатом 5304 м 3/год; ‒ напір за насосним агрегатом перед засувкою 51 м; ‒ питомі витрати електроенергії на перекачування 1 м 3 води 0,16036 кВт·г од/ м 3. Збіг результатів електричного моделювання і даних полів енергетичних та Q‒H характеристик свідчить про достовірність характеристики роботи мережі водопостачання до модернізації, наданої замовником. Дослідження режимів роботи модернізованих насосних агрегатів насосної станції у складі мережі водопостачання шляхом електричного моделювання, вказують на ефективність їх функціонування у режимі: ‒ подача води насосним агрегатом 5304 м3/г од; ‒ напір за насосним агрегатом перед засувкою 39 м; D 16

Сучасні енергоефективні технології

‒ напір на вході у споживача 29 м; При цьому споживач буде отримувати воду у повній відповідності до потреб його технологічного процесу. Згідно з рис. 22, насосний агрегат отримає нову робочу точку, розташовану в межах визначеного поля Q‒H характеристик, тобто у прийнятній зоні. Цій точці при напорі на виході насоса перед засувкою 39 м відповідає розрахунковий зовнішній діаметр робочого колеса D2 =932 мм та питоме споживання електричної енергії 0,12389 кВт·год/м 3. Привідний електричний двигун (виходячи з діапазону його завантаженості) заміни не потребує. Конструктивні показники насосу (за міцністю та вібростійкістю) також задовільні. Тож основним заходом щодо модернізації є зміна конструкції проточної частини у межах робочого колеса насоса. Тут можливі варіанти: проведення заміни робочого колеса на робоче колесо нового проектування (з проектуванням та виготовленням нового відливку), чи доопрацювання конструкції вихідної частини лопаті існуючого базового робочого колеса. З точки зору можливого досягнення показників енергоефективності функціонування та порівняння вартості життєвого циклу насосного агрегату за варіантами модерн ізації, більш прийнятним виявився варіант модерн ізації вихідної частини лопаті існуючого базового робочого колеса. Проведені конструкторські роботи показали необхідність зміни кута нахилу зовнішньої поверхні лопаті у вихідній її частині та зміни її довжини за шириною каналу робочого колеса. Розрахункове зменшення довжини лопаті є еквівалентним зниженню зовнішнього діаметра робочого колеса у межах 6 %. Це є прийнятним, виходячи з умов руху рідини у проточній частині насоса. Розрахунок зовнішнього діаметру робочого колеса, що випливає з формули (13), дає також аналогічний результат. Таким чином, розробленим у роботі підходом до аналізу існуючого робочого режиму мережі водопостачання та прогнозних показників робочого режиму мережі водопостачання після реалізації проекту з її модернізації, побудо-

Рис. 22. Поле енергетичних та Q‒H характеристик електронасосного агрегату 24НДс

ваним на поєднанні електричного моделювання з науковими дослідженнями розділу, створено новий, простий у користуванні, точний і універсальний метод досягнення максимально можливих показників енергоефективності водопостачання у гідравлічних мережах. Цей висновок підтверджено результатами промислового впровадження групи насосних агрегатів насосної станції оборотного водопостачання ПАТ «Азот» м. Черкаси. 7. ВИСНОВКИ 1. Результати електричного моделювання роботи електромеханічної системи у складі електротехнічного комплексу використано при розробці методики оцінювання енергоефективності функціонування модернізованої мережі водопостачання. 2. Проведене зонування поля Q‒H характеристик електромеханічних систем дозволяє визначити межі їх енергоефективної експлуатації, з урахуванням об’ємів і способів можливої модернізації та впливу втрат у привідному електричному двигуні. 3. Розраховані та побудовані у межах полів Q‒H характеристик електромеханічних систем з насосними агрегатами типу АД поля зміни питомих витрат електроенергії застосовано для визначення розрахункових показників

енергоефективності роботи ЕМ С за наперед заданими параметрами функціонування гідравлічної мережі. 4. Доведено, що найбільш прийнятним інтегральним критерієм енергоефективності функціонування гідравлічних мереж водопостачання є показник питомих витрат електроенергії на перекачування одиниці об’єму рідини. Одержання необхідних вихідних даних для його розраху нку не потребує додаткового інструментарію, окрім лічильників спожитої привідними електродвигунами електричної енергії, лічильників перекачуваної рідини та манометрів, якими, зазвичай, облаштовані мережі водопостачання. Використання зазначеного показника у розрахунках вартості життєвого циклу гідравлічних мереж водопостачання дозволяє проводити порівняння варіантів можливої модернізації обладнання та елементів мережі з метою підвищення їх енергоефективності. 5. Поєднанням результатів електричного моделювання з теоретичними розробками стосовно енергоефективності експлуатації електромеханічних систем створено якісно новий підхід до визначення вимог щодо модернізації останніх, який є більш простим для користувача, проду ктивним і комплексним порівняно з існуючими та дозволяє визначити прогнозні показники функціонування мережі водопостачання з модернізованим обладнанням за технологічними і енергетичними характеристиками.

Energy efficiency operation of electromechanical systems as a part of water supply M. I. Sotnyk 1), V. S. Boiko2), S. A. Khovanskyy3) Sumy State University, 2, Rimsky Korsakov Str., 40007, Sumy, Ukraine National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute», 37, Peremogy ave., Kyiv, Ukraine,

1), 3) 2)

03056

The paper presents a method of evaluation of energy efficiency in the upgraded water supply on the basis of electrical modeling of electromechanical system as a part of electrical industry. Q–H characteristics of electromechanical systems were zoned to determine the boundaries of energy efficient operation, given the volumes and the possible ways of modernization and the impact of losses in electric drive motor. The authors calculated and built within the fields of electromechanical systems Q –H characteristics of the pump unit type DR field changes, the unit cost of electricity was used to determine the estimates of the energy efficiency of EMC for predetermined parameters of the hydraulic network. It is

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. D 1–А 18.

D 17

proved that the most appropriate integral criterion o f energy efficiency of hydraulic water supply is a measure of unit cost of electricity for pumping unit volume of fluid. Obtaining the necessary input data for its calculation does not require additional tools other than driven electric meters consumed electric energy meters pumped liquid and pressure gauges, which are usually equipped with water supply. Using this indicator in the calculation of the value of the life cycle of the hydraulic water supply allows to compare possible options for upgrading equipment and network elements in order to improve their energy efficiency. Key words: electromechanical system with a pump unit, hydraulic network, energy efficiency, integral criterion.

Энергоэффективность функционирования электромеханических систем в составе сетей водоснабжения Н. И. Сотник 1), В. С. Бойко2), С. А. Хованский3) 1), 3) Сумский

государственный университет, ул. Римского-Корсакова, 2, Сумы, Украина, 40007 Национальный технический университет «Киевский политехнический институт», пр-т. Победы, 37, г. Киев, Украина, 03056 2)

В работе предложена методика оценки энергоэффективности функционирования модернизированной сети водоснабжения на основе результатов электрического моделирования работы электром еханической системы в составе электротехнического комплекса. Проведенное зонирования поля Q–H характеристик электромеханических систем, что позволило определить границы их энергоэффективной эксплуатации, с учетом объемов и способов возможной модернизации и влияния потерь в приводном электрическом двигателе. Рассчитаны и построены в рамках полей Q–H характеристик электромеханических систем с насосными агрегатами типа АД поля изменения удельных расходов электроэнергии применен для определения расчетных показателей энергоэффективности работы ЭМС по заранее заданным параметрам функционирования гидравлической сети. Доказано, что наиболее приемлемым интегральным критерием энергоэффективности функционирования гидравлических сетей водоснабжения показатель удельных расходов электроэнергии на перекачку единицы объема жидкости. Получение необх одимых исходных данных для его расчета не требует дополнительного инструментария, кроме счетчиков потребленной приводными электродвигателями электрической энергии, счетчиков перекачиваемой жидкости и манометров, которыми, как правило, оснащены сети водоснабжения. Использование указанного показателя в расчетах стоимости жизненного цикла гидравлических сетей водоснабжения позволяет проводить сравнение вариантов возможной модернизации оборудования и элементов сети с целью повышения их энергоэффективности. Ключевые слова: электромеханические системы с насосными агрегатами, гидравлические сети, энергоэффективность, интегральный критерий.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Стоимость жизненного цикла насоса (LCC): Руководство по анализу LCC насосных систем. – М.: Изд-во ООО «СофтКом», 2010. – 220 с. 2. Енергозбереження. Система електроприводу. Методи аналізу та вибору: ДСТУ 3886:1999. – [Чинний від 2000-0701]. – К.: Держстандарт України, 2000. – 122 с. – (Національний стандарт України). 3. Сотник М. І. Визначення ефективності експлуатації електромеханічних агрегатів / М. І. Сотник, В. С. Бойко, М. М. Юрченко // Електромеханічні і енергозберігаючі системи. – 2013. – Вип. 2 (22). Частина 2. – С. 226–232. 4. AIChE Equipment Test Procedure Centrifugal Pumps (Newtonian Liquids). – New York: American Institute of Chemical Engineers, 1984.

5. Михайлов А. К. Лопастные насосы. Теория, расчет и конструирование / А. К. Михайлов, В. В. Малюшенко. – М.: «Машиностроение», 1977. – 288 с. 6. Сотник Н. И. Энергоэффективность электродвигателя как критерий выбора диапазона работы электромеханиче ских агрегатов / Н. И. Сотник, В. С. Бойко // Науковий вісник НГУ. – 2013. – №6 – С. 78–85. 7. Бойко В. С. Підвищення енергетичної ефективності водопостачання локального об’єкту / В. С. Бойко, М. І. Сотник. С. О. Хованський // Промислова гідравліка і пневматика. – 2008. – №1 (19). – С. 100–102.

REFERENCES 1. Stoymost zhyznennoho tsykla nasosa (LCC): Rukovodstvo po analyzu LCC nasosnikh system. (2010). M.: Yzd-vo OOO «SoftKom». 220 p. [in Russian]. 2. DSTU 3886:1999. Enerhozberezhennia. Systema elektropryvodu. Metody analizu ta vyboru. [in Ukraine]. 3. Sotnyk M. I., Boiko V. S., Yurchenko M. M. (2013). Elektromekhanichni i enerhozberihaiuchi systemy. Vol. 2 (22). Chastyna 2. – P. 226–232. [in Ukraine]. 4. AIChE Equipment Test Procedure Centrifugal Pumps (Newtonian Liquids). (1984). New York: American Institute of Chemical Engineers.

D 18

Сучасні енергоефективні технології

5. Mykhailov A. K., Maliushenko V. V. Lopastnыe nasosы. Teoryia, raschet y konstruyrovanye (1977). M. «Mashynostroenye». 288 p. [in Russian]. 6. Sotnyk N. Y., Boiko V. S. (2013). Naukovyi visnyk NHU. Vol. 6 – P. 78–85. [in Russian]. 7. Boiko V. S., Sotnyk M. I., Khovanskyi S. O. (2008). Promyslova hidravlika i pnevmatyka. Vol. 1 (19). – P. 100– 102. [in Ukraine].

ЖУРНАЛ ІНЖЕНЕРНИХ НАУК JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCES ЖУРНАЛ ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК Web site: http://jes.sumdu.edu.ua/ Том 1 № 4 (2014) УДК 006.015.5

Проблемы оценки качества инструментальной подготовки производства машиностроительного предприятия А. В. Ивченко1), В. А. Залога2), О. Д. Дынник3), Д. А. Жигилий4), В. А. Дорда5) 1), 2), 3), 4), 5)

Сумский государственный университет, ул. Римского-Корсакова, 2, 40007, Сумы, Украина

Article info: Paper received: The final version of the paper received: Paper accepted online:

10 January 2015 30 May 2015 18 June 2015

Correspondent Author's Address: ivchenkos@i.ua 2) zalogav@gmail.com 3) odkonotop@mail.ru 4) _zealot@mail.ru 5) vido@ukr.net 1)

В работе на основе проведенного исследования в области оценки эффективности систем управления качеством (СУК) установлено, что в основном подходы к оценке базируются на оценке затрат на качество и направлены на их минимизацию. В свою очередь, об уровне совершенства организации инструментального хозяйства нельзя судить, исходя из суммы затрат, связанных с его деятельностью. «Голая» экономия средств в инструментальном хозяйстве может обернуться значительно большими потерями в основном производстве или замедлить темпы технического прогресса на предприятии. Установлено, что сложность проблемы анализа и оценки эффективности СУК связана с ее многоаспектностью (эффективность может быть рассмотрена применительно к продукции (услуге), процессу или системе в целом) и многоуровневостью (организация в целом, структурное подразделение, процесс, рабочее место). Доказано, что оценка эффективности СУК возможна только на основе показателей, учитывающих интересы и степень удовлетворенности всех заинтересованных сторон, причем в стратегическом плане. Эффективным может являться только то, что способствует реализации стратегии в отношении нескольких или всех заинтересованных сторон одновременно, причем с наименьшими затратами всех видов ресурсов и на протяжении достаточно длительного времени, т. е. деятельность не может быть направлена на удовлетворение потребностей только одной из заинтересованных сторон, например, только потребителей, только акционеров, только персонала или только общества. Ключевые слова: заинтересованная сторона, удовлетворенность, оценка, метод, стандарт.

1. ВВЕДЕНИЕ Конец XX столетия характеризуются все более широким распространением понимания важности качества не только продукции (услуг), но и систем качества организаций, выпускающих данную продукцию. Это привело к пониманию необходимости располагать методиками измерения и оценивания качества самих систем качества. Так международные стандарты ISO серии 9000 [1] рекомендуют оценивать системы управления качеством (далее СУК) и ее процессы по двум характеристикам: - результативность  «…степень реализации запланированной деятельности и достижения запланированных результатов…» ; - эффективность  «…связь между достигнутым результатом и использованными ресурсами…». Основываясь на определении понятия результативности системы (процесса) можно предположить, что согласно стандарту [2] организация сама для себя установит степень достижения запланированных результатов. В этом стандарте ничего не говорится о том, какой величины должна быть эта степень. Вместе с тем, нельзя ожидать и постоянного

E 100 %-го результата, поскольку мы живем в вероятностном мире. Очевидно, ключ к пониманию данного определения можно найти в нижеследующем. Результативность всех процессов надо измерять и сравнивать с результатами за предыдущий и последующий периоды. В связи с тем, что результатами процессов и систем управления в основном являются не материальные объекты, а информация (например, планы, приказы, методики) встает вопрос: «Как выполнить данные измерения?». Сами стандарты данной серии не дают четкой методики оценки результативности процессов, но предложено универсальное руководство по самооценке (см. приложение А стандарта [3]). В настоящее время широкое распространение на отечественных предприятиях получает интегрированная система управления [4, 5, 6, 7] или, цитируя работу [8], «…более уместным будет термин «открытая система», т. е. система, направленная на самосовершенствование и укрупнение за счет присоединения других систем, которые охватывают различные виды деятельности…». Другими словами, система

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. E 1–E 16.

менеджмента должна отвечать требованиям международных (национальных) стандартов ISO 9001 [1], ISO 14001 [9], OHSAS 18001 [10] и др. Поэтому актуальным становится вопрос разработки комплексного метода оценки систем менеджмента организаций, результаты которого можно было бы использовать для: - совершенствования процессов данной системы; - совершенствования самой системы менеджмента. 2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

В работе [11, 12] была проведена классификация методов (моделей) оценки деятельности организаций (рис. 1). Установлено, что выбор типа оценивания зависит от цели данного оценивания и метода оценки. В результате проведенного анализа методов оценки результативности систем качества, получивших наибольшее распространение в настоящее время (табл. А.1), установлено, что: 1) если цель – оценка уровня совершенствования, то необходимо использовать «стандартные» модель и подход для того, чтобы можно было сравнить. Например, такие, как: Модель совершенствования EFQM [13, 14, 15], Национальная премия по качеству Малкольма Болдриджа [16, 68], Украинская национальная награда по качеству [18], а так же другие национальные или отраслевые премии по качеству; 2) если цель оценки – определение недостатков в деятельности системы, т.е. целью оценивания является диагностика, то главным для метода оценки является отображение сущности системы и то, чтобы в процессе оценивания была хорошо развита диагностика. К данной категории можно отнести, например, методы, предложенные в работах Н.В. Билей [19], Ю. Жаркова и О. Цицилиана [20], А.Д. Шадрина [21, 22, 23], Ю. Адлера и С. Щепетовой [24], С.К. Фомичева, И.О. Скачковой и О.Ю. Уразлина

[25] и других авторов. В то же время, при выборе метода оценки результативности СУК необходимо руководствоваться следующим [26]: - требуется, чтобы метод предусматривал учет нелинейного изменения эффекта при изменении различных рассматриваемых параметров; - необходимо предусмотреть совместный учет не одного, а нескольких параметров; - желательно, чтобы учет влияния каждого из параметров был независимым, т.е. чтобы каждый из параметров можно было вводить и выводить из формулы (при количественной оценке), не нарушая целостности расчета, в том числе, не пересчитывая коэффициенты весомости каждого из рассматриваемых факторов; - желательно, чтобы собственные ошибки метода были бы минимальными. В результате проведенного анализа методов оценки результативности систем качества установлено, что большинство из известных методов оценки систем (процессов) менеджмента (табл. А.1), как правило, основываются на различных видах экспертных оценок. Например, группа экспертов принимает решение о результативности системы (табл. А.1 пункты 1, 2, 3) или группа экспертов назначает коэффициенты значимости (весомости) показателей системы (табл. А.1 пункты 13, 14, 15, 19 и др.). Это противоречит мнению многих ведущих специалистов [27, 28, 29, 30] так как непосредственным источником данных современного менеджмента качества являются статистические данные. Следует отметь, что этот же недостаток имеют как методы, ориентированные на оценку деятельности менеджера (табл. А.1 пункты 10, 11), так и методы, направленные на оценку риска при осуществлении конкретной деятельности (табл. А.1 пункты 12 и 27), поскольку не используют в своем алгоритме статистические данные о качестве процессов, продукции и т. п. Методы, в которых результативность деятельности системы оценивается через систему сбалансиро-

Оценки деятельности организаций

Оценивание, направлено на измерение уровня совершенствования (цель-сравнение) · · ·

стандартные модели; стандартные оценивания; традиционный подход к аудиту

Диагностическое самооценивание (цель-улучшение) · · ·

открытые модели предусмотрительность в отношении оценок диагностический подход

Рис. 1. Два типа оценивания организаций [12]

Технічне регулювання та метрологічне забезпечення

ванных показателей (табл. А.1 пункты 7, 8, 9), в основном отвечают требованию по оценке эффективности СУК и не дают полной картины о достигнутых результатах в области управления качеством. В то же время, методы оценки систем, основанные на использовании статистических данных о системе (процессах), не позволяют в полной мере учитывать значимость показателей, связанных с профессиональной безопасностью и здоровьем персонала, а также показателей, характеризующих воздействие процессов на окружающую среду (табл. А.1 пункты 4, 20, 21 и др.). Метод оценки результативности СУК по свертке суммы взвешенных отношений (табл. А.1 пункты 19, 23, 24, 26) упрощает и неоправданно линеаризует обычную для практики нелинейную зависимость результативности системы в целом от изменения ее отдельных параметров. Кроме того, для данной свертки после введения каких-либо параметров каждый раз требуется пересчет всех коэффициентов весомости, что крайне неудобно для практики. Без пересчетов же этих коэффициентов результаты расчетов становятся несопоставимыми. Чтобы этого не происходило, требуется выполнение практически невыполнимого условия: заранее, при первом же расчете результативности конкретной системы управления выделить и рассчитать веса всех без исключения параметров, которые в будущем, возможно, никогда не будут рассматриваться. При этом обычно всегда требуется соблюдение условия, чтобы сумма весомостей была равна единице. Методы, основанные на использовании функции усовершенствованного метода Харрингтона (табл. А.1 пункты 17 и 18), позволяют натуральные значения показателей с различной размерностью математически преобразовывать в безразмерные величины, имеющие качественное содержание и дающие количественную оценку уровня показателя относительно предельно допустимых его значений. Основной недостаток, на наш взгляд, данных методов - субъективное установление номинального и лучшего предельных значений показателя результативности СУК. Метод оценки результативности и эффективности, предложенный А. Гунькало (табл. А.1, пункт 28) сложен в использовании по нескольким причинам. Во-первых, неизвестно какие показатели результативности необходимо учитывать при оценке результативности процессов СУК. Во-вторых, есть сложность планирования затрат, в особенности в процессе ИПП машиностроительного предприятия, характеризуемого сложной структурой и специфической продукцией, эксплуатационные характеристики которой имеют непосредственную зависимость от задач основного производства. Другими словами, система ИПП должна удовлетворять быстросменным требованиям потребителей, например, обеспечивать максимальную производительность оборудования или минимальный расход обрабатывающего (инструментального) материала. В условиях ускорения научно-технического прогресса и освоения производства новых изделий зна-

чение технологической оснастки неизмеримо возросло - и как обязательной составляющей машиностроительной технологии и ИПП, и как самостоятельной и важной сферы деятельности предприятий. Именно в связи с этим имеет место закономерное усиление влияния качества инструментального обслуживания на рост эффективности производства. В ходе анализа научных трудов [31, 32, 33, 34 и др.] установлено, что при оценке эффективности деятельности инструментального хозяйства в основном (чаще всего) исходят из установленной стандартом производственно-технической функции оснастки вне ее связи с эффективностью работы основного производства. Вместе с тем, управление инструментальной подготовкой производства как системой способствует сокращению производственных затрат, снижению себестоимости продукции и повышению конкурентоспособности промышленного предприятия. Работ, посвященных анализу вопроса, связанного с оценкой эффективности СУК, в настоящее время издано достаточно большое количество. Особо хотелось бы отметить фундаментальные труды в этом направлении: работа В.Э. Совера [35], работы Л.Е. Скрипко [36, 37], работа Штефана Хенша [38] и др. Современные исследования в области оценки эффективности СУК весьма разнообразны и довольно противоречивы. Исторически разные подходы отечественных и зарубежных экономических школ, опирающихся на совершенно разный опыт, как по временному интервалу его накопления, так и по организации и ведению бизнеса, привели к получению различных результатов. В настоящее время исследования в области оценки эффективности СУК можно сгруппировать в четыре основных направления, принципиально различающихся между собой: - развитие концепции А. Фейгенбаума по управлению затратами на обеспечение качества на основе PAF-модели [39, 40, 41]; - развитие концепции управления стоимостью потери качества [42, 43, 44, 45]; - формирование концепции управления затратами в рамках бизнес-процессов [46, 47, 48, 49]; - развитие концепции функциональностоимостного анализа применительно к оценке эффективности процессов и СУК организаций [50, 51, 52, 53]. 3. ВЫВОД Из проведенного анализа методов оценки эффективности СУК, получивших широкое распространение в настоящее время, можно сделать следующие выводы. 1. Рассмотренные работы в области оценки эффективности СУК в основном базируются на оценке затрат на качество и направлены на их минимизацию. В свою очередь, цитируя работу В.А. Мицкевича и Я.П. Рыкова [33] (1977 г.): «…Об уровне совершенства организации инструменталь-

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. E 1–E 16.

ного хозяйства нельзя судить, исходя из суммы затрат, связанных с его деятельностью. «Голая» экономия средств в инструментальном хозяйстве может обернуться значительно большими потерями в основном производстве или замедлить темпы технического прогресса на предприятии…». Эта точка зрения согласуется с мнением общепризнанного специалиста в области качества Майкла Портера, который писал о том, что существует маркетинговая стратегия, отражающая конкуренцию на основе минимальных затрат. При этом предполагается, что требования к другим аспектам конкурентоспособности (качество, договорная дисциплина, сервис и т. д.) фиксируются и находятся на достаточно высоком уровне. В тоже время, низкие затраты не являются длительным конкурентным преимуществом компании, а создают лишь ситуационные возможности. 2. Сложность проблемы анализа и оценки эффективности СУК связана с ее многоаспектностью (эффективность может быть рассмотрена применительно к продукции (услуге), процессу или системе в целом) и многоуровневостью (организация в целом, структурное подразделение, процесс, рабочее место).

3. Согласно ISO 9000 [1] под эффективностью понимается соотношение между достигнутым результатом и использованными ресурсами. В данном случае «соотношение» – это состояние достигнутых результатов и использованных ресурсов [54]. Другими словами, оценка эффективности СУК возможна только на основе показателей, учитывающих интересы и степень удовлетворенности всех заинтересованных сторон, причем в стратегическом плане. Эффективным может являться только то, что способствует реализации стратегии в отношении нескольких или всех заинтересованных сторон одновременно, причем с наименьшими затратами всех видов ресурсов и на протяжении достаточно длительного времени, т. е. деятельность не может быть направлена на удовлетворение потребностей только одной из заинтересованных сторон, например, только потребителей, только акционеров, только персонала или только общества.

Problems of quality assessment tool pre-production at a machine-building enterprise O. V. Ivchenko1), V. O. Zaloga2), O. D. Dynnik3), D. O. Zhigiliy4), V. O. Dorda5) 1), 2), 3), 4), 5)

Sumy State University, 2, Rimsky Korsakov Str., 40007, Sumy, Ukraine

The work on the basis of the study to assess the effectiveness of quality management systems (QMS) found that approaches to the evaluation are mainly based on the assessment of the cost of quality and aimed to minimize them. However, the level of perfection of the organization management tool cannot be judged on the basis of the sum of the costs associated with its activities. "Naked" savings in tool maintenance can result in much greater losses in primary production, or slow the pace of technical progress in the enterprise. It was found that the complexity of the analysis and evaluation of the effectiveness of the QMS is related to its multidimensionality (efficiency can be considered in relation to production (service), process or system as a whole) and multi-level (organization as a whole, a structural unit of the process, the workplace). It is proved that the assessment of the effectiveness of the QMS is possible only on the basis of indicators, taking into account the interests and satisfaction of all parties concerned, and in the strategic plan. Efficiency can be reached through contribution to the implementation of the strategy for some or all of the stakeholders at the same time, with the lowest cost of all types of resources, and for a sufficiently long time. The activity cannot meet the needs of only one of the interested parties, for example, only users, only shareholders, only staff or just society.

Keywords: stakeholder satisfaction, evaluation methods, standards.

Проблеми оцінювання якості інструментальної підготовки виробництва машинобудівного підприємства О. В. Івченко1), В. О. Залога2), О. Д. Динник3), Д. O. Жигилій4), В. О. Дорда5) 1), 2), 3), 4), 5)

Сумський державний університет, вул. Римського-Корсакова, 2, 40007, Суми, Україна

У роботі на основі проведеного дослідження в галузі оцінювання ефективності систем управління якістю (СУЯ) встановлено, що підходи до оцінювання, в більшій частці, базуються на оцінюванні витрат на якість і спрямовані на їх мінімізацію. У свою чергу, про рівень досконалості організації інструментального господарства не можна судити, виходячи з суми витрат, пов’язаних з його діяльністю. «Гола» економія коштів в інструментальному господарстві може обернутися значно більшими втратами в основному виробництві або сповільнити темпи технічного прогресу на підприємстві. Встановлено, що складність проблеми аналізу та оцінювання ефективності СУЯ пов’язана з її багатоаспектністю (ефективність може бути розглянута стосовно до продукції (послуги), процесу чи сис-

Технічне регулювання та метрологічне забезпечення

теми в цілому) та многорівненістю (організація в цілому, структурний підрозділ, процесів, робочих місць). Доведено, що оцінювання ефективності СУЯ можлива тільки на основі показників, які враховують інтереси та ступінь задоволеності всіх зацікавлених сторін, обов’язково у стратегічному плані. Ефективним може бути тільки те, що сприяє реалізації стратегії щодо кількох або всіх зацікавлених сторін одночасно, причому з найменшими витратами всіх видів ресурсів й протягом досить тривалого часу. Іншими словами діяльність не може бути спрямована на задоволення потреб тільки однієї із зацікавлених сторін, наприклад, тільки споживачів, тільки акціонерів, тільки персоналу або тільки суспільства. Ключові слова: зацікавлена сторона, задоволеність, оцінка, метод, стандарт.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Системи управління якістю. Основні положення та словникНастанови щодо поліпшення діяльності: ДСТУ ISO 9000:2007. – [Чинний від 01.01.2008]. – К.: Держспоживстандарт України. - 35 c. – (Національний стандарт України). 2. Системи управління якістю. Вимоги: ДСТУ ISO 9001:2009. – [Чинний від 29.01.2009]. – К.: Держспоживстандарт України. - 34 c. – (Національний стандарт України). 3. Системи управління якістю. Настанови щодо поліпшення діяльності: ДСТУ ISO 9004:2012. – [Чинний від 01.05.2013]. – К.: Держспоживстандарт України. - 46 c. – (Національний стандарт України). 4. Лоладзе Т.Н. Тенденции развития науки о резании материалов / Т.Н. Лоладзе // Проблемы резания в современных технологических процессах. тезисы докладов. - Х.: ХПИ, 1991. - C. 14-18. 5. Віткін Л.М. Інтеграція систем управління за окремими напрямами діяльності / Л.М. Віткін, Г.І. Хімічева // Стандартизація, сертифікація, якість. - 2005. - № 1. - C. 53-58. 6. Ситніченко В. Сучасні системи менеджменту - основа сталого розвитку підприємства / В. Ситніченко, Г. Кисельова // Стандартизація, сертифікація, якість. - 2004. - № 3. - C. 59-65. 7. Казмировский Е.Л. Интегрированные системы: игра по правилам? / Е.Л. Казмировский //Методы менеджмента качества. - 2005. - № 5. - C. 12-15. 8. Иванова Г.Н. Интегрированные системы: новый подход к построению и оценке / Г.Н. Иванова, Е.Л. Казмировский // Методы менеджмента качества. - 2007. - № 4. - C. 12-18. 9. Системи екологічного керування. Вимоги та настанови щодо застосовування (ISO 14001:2004, IDT): ДСТУ ISO 14001:2006. – [Чинний від 15.05.2006]. – К.: Держспоживстандарт України. - 23 c. – (Національний стандарт України). 10. Системи управління гігієною та безпекою праці. Вимоги (OHSAS 18001:2007, IDT): ДСТУ OHSAS 18001:2010. – [Чинний від 01.01.2011]. – К.: Держспоживстандарт України. - 32 c. – (Національний стандарт України). 11. Conti Tito A Look at the Distinguishing Features of SelfAssessment Models and Methods / Conti Tito // EFQM Learning Edge Conference. - Rome: 29-30 April, 1998. - P. 102-108. 12. Тіто Конті. Моделі якості та їхня основна роль в удосконаленні організації / Тіто Конті // Науково-технічний вісник Українського науково-дослідного і навчального центру проблем стандартизації, сертифікації та якості. – К.: УкрНДНЦ, 2004. -Вип. 2. - C. 39-53. 13. Маслов Д. Сравнительный анализ мировых премий по качеству / Д. Маслов, Э. Белокоровин // Стандарты и качество. - 2005. - № 5. - C. 88-94. 14. Жигунова Н.М. Методология улучшения деятельности организаций на основе моделей делового совершенства и стандартов ИСО 9000:2000 / Н.М. Жигунова // Все о качестве. Отечественные разработки. – M.: НТК «Трек», 2004. - Вып. 29. - № 2. - C. 15-28.

15. EFQM Levels of Excellence. European Quality Award Information Brochure / Tito Conti. - London: EFQM, 2004. 46 p. 16. Кроуновер Д. Модель премии М. Болдриджа: спутница на всю жизнь / Д. Кроуновер // Стандарты и качество. - 2004. - № 11. - C. 68-70. 17. Criteria for Performance Excellence. The Malcolm Baldrige National Quality Award Program / S. Asai. - USA: National Institute of Standards and Technology, 2003. - 36 р. 18. Калита П. Качество и управление. Избраное (в 2-х частях). Часть 1. Общие вопросы качества и обеспечения качества / П. Калита. – К.: Украинская ассоциация качества, Межотраслевой центр качества «Прирост», 2002. 229 c. 19. Биллей Н.В. Разработка системы управления качеством на мини трикотажно-швейном предприятии: дисс. ... канд. техн. наук: 05.01.02 / Биллей Наталья Владимировна. - К., 1999. - 261 c. 20. Жарков Ю. Системы управления качеством: мониторинг работы органов оценки соответствия с использованием метода Харингтона / Ю. Жарков, О. Цицилиано // Стандартизація, сертифікація, якість. - 2005. - № 1. - C. 24-27. 21. Шадрин А.Д. Процессный подход. Основы и методика реализации (обзор) / Александр Давыдович Шадрин // Все о качестве. Отечественные разработки. – M.: ООО «НТК «Трек», 2002. – Вып. 16-17. - C. 4-75. 22. Шадрин А.Д. Менеджмент качества. От основ к практике / Александр Давыдович Шадрин. – M.: ООО «НТК «Трек», 2004. - 360 c. 23. Шадрин А.Д. Качество как степень… / Александр Давыдович Шадрин // Методы менеджмента качества. - 2002. - № 8. - C. 15-18. 24. Адлер Ю.П. Методология ABC-ABB-ABM / Ю.П. Адлер, С.Е. Щепетова // Стандарты и качество. - 2002. - № 5. C. 60-65. 25. Фомичев С.К. Стабильность - признак мастерства / Фомичев С.К., Скачов И.О., Уразлин О.Ю. // Методы менеджмента качества. 2005. № 7. C. 18-25. 26. Ивченко А.В. Методика определения коэффициентов весомости показателей качества процесса эксплуатации режущего инструмента / О.В. Івченко, В.О. Залога // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. - Краматорськ: ДГМА, 2004. - Вип. 15. - C. 52-58. 27. Шадрин А.Д. Моделирование оценки качества / А.Д. Шадрин // Стандарты и качество. - 2004. - № 12. C. 70-72. 28. Фаянс О.А. Проблемы и методы обеспечения качества / О.А. Фаянс. - Новгород: НовГУ им. Ярослава Мудрого, 1996. - 124 c. 29. Свиткин М.З. Обеспечение качества продукции на основе МС ИСО серии 9000 / Свиткин М.З., Мацута В.Д., Рахлин К.М. - СПб: СПГУ, 1997. - 216 c. 30. Гличев А.В. Основы управления качеством продукции / А.В. Гличев. – M.: АМИ, 1998. - 173 c.

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. E 1–E 16.

31. Перский Ю. К. Экономия затрат при инструментальном обслуживании / Перский Ю.К., Сапиро Е.С., Югова Н.Б. – M.: Машиностроение, 1987. - 88 c. 32. Автоматизация управления инструментальным хозяйством / Ю.К. Перский, Г.А. Казаков, В.Н. Решетников, А.П. Ямшинин. – M.: Машиностроение, 1982. - 128 c. 33. Мицкевич В.А. Инструментальное хозяйство предприятия / В.А. Мицкевич. – M.: Машиностроение, 1977. - 159 c. 34. Полевой С.Н. Инструментальная подготовка производства на машиностроительном предприятии: справочник / С.Н. Полевой. - К.: Техніка, 1985. - 103 c. 35. Совер В. Распределение затрат на качество и совершенство системы качества / Совер В., Росс К., Купер С. //Все о качестве. Зарубежный опыт. – М.: ООО «НТК «Трек», 2003. - Вып. 41. - № 3. - C. 4-30. 36. Скрипко Л.Е. Экономика качества. Исторический обзор и современное состояние / Л.Е. Скрипко // Все о качестве. Отечественные разработки. – М.: ООО «НТК «Трек», 2003. - Вып. 25. - № 4. - C. 4-32. 37. Скрипко Л.Е. Анализ и оценивание затрат на качество / Л.Е. Скрипко // Все о качестве. Отечественные разработки. - М.: ООО «НТК «Трек», 2001. - № 4. - C. 12-18. 38. Хенш Ш. Balanced Scorecard как инструмент стратегического менеджмента качества посредством DIN EN ISO 9001:2000 / Ш. Хенш //Технология качества жизни. - 2002. - Т. 2, № 2. - C. 33-40. 39. Рыженко Г. Методический подход к оценке затрат на качество / Рыженко Г., Михеева С., Сурсяков В., Басаргин В. // Стандарты и качество. - 2004. - № 7. - C. 58-60. 40. Соколова Т.В. Управление развитием систем качества по экономическому критерию / Т.В. Соколова //Все о качестве. Отечественные разработки. - M.: НТК «Трек», 2001. - Вып. 14. - C. 17-43. 41. Британский стандарт BS 6143:1992. Руководство по экономике качества. Часть 1. Модель затрат на процесс / [перевод Н.П. Бородкиной, Г.Е. Герасимовой] //Все о качестве. Зарубежный опыт. - М.: ООО «НТК «Трек», 2003. - Вып. 41. - № 3. - C. 46-74. 42. Петровский Э. Системный анализ и оптимизация затрат на качество / Петровский Э., Лебедева И., Мельникова Н. //Стандарты и качество. - 2003. - № 9. - C. 78-80. 43. Ивлев В.А. Разработка и внедрение системы управленческого учета по местам возникновения затрат / В.А. Ивлев, Т.В. Понова // Методы менеджмента качества. - 2007. - № 3. - C. 21-27. 44. Малова И.В. Влияние затрат на качество на управление предприятием / И.В. Малова // Все о качестве. Отечественные разработки. - M.: НТК «Трек», 2006. - Вып. 42. - № 3. - C. 22-37. 45. Небалуева Л.А. Методика «Планирование, учет и анализ затрат на качество» / Л.А. Небалуева, Ю.Г. Небалуева // Все о качестве. Отечественные разработки. - M.: НТК «Трек», 2003. - Вып. 25. - № 4. - C. 45-72. 46. Пономарев С. Формирование и оценка показателей результативности и эффективности процессов СМК / С. Пономарев, С. Миронов // Стандарты и качество. - 2007. - № 8. - C. 70-72. 47. Гунькало А. Оцінка результативності та ефективності систем управління якістю / А. Гунькало // Стандартизація, сертифікація, якість. - Київ, 2007. - № 3. - C. 40-43. 48. Орлековская М.Н. Учет и анализ затрат на обеспечение качества как процесс системы менеджмента качества / М.Н. Орлековская // Технология качества жизни. - 2004. - Т. 4, - № 2. - C. 51-56. 49. Шоттмилер Д. Роль затарат на качество в новом тысячелетии: связь со стратегическими целями и непрерывным улучшением / Д. Шоттмилер // Все о качестве. Зарубежный опыт. – M.: ООО «НТК «Трек», 2003. - Вып. 41. - № 3. - C. 30-36.

50. Высоковская Е. Понятие стоимости в контексте функционально-стоимостного анализа / Е. Высоковская, А. Кузьмин // Стандарты и качество. - 2007. - № 1. - C. 94-98. 51. Хімічева Г.І. Наукові основи проектування інтегрованих систем управління якістю продукції (послуг) на базі міжнародних стандартів: автореф. дисс. ... докт. техн. наук: 05.01.02 / Ганна Іванівна Хімічева. - Київ, 2007. - 40 c. 52. Швачій В.М. Розробка організаційно-технологічної підтримки системи управління якістю в машинобудівному виробництві: автореф. дисс. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: 05.01.02 / В.М. Швачій. - Київ, 2007. - 16 c. 53. Пархоменко Н.О. Розробка оцінки якості навчального процесу в вищому навчальному закладі методом науковотехнічного прогнозування: автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.01.02 / Пархоменко Наталія Олександрівна. - Київ, 2007. - 19 c. 54. Степанов А. Эффективность СМК в России: Давайте понимать и говорить правильно, или критика на критику / А. Степанов // Стандарты и качество. - 2007. - № 6. - C. 62-67. 55. Конті Т. Стан і розвиток якості на сьогодні у світі / Тіто Конті // Науково-технічний вісник Українського науководослідного і навчального центру проблем стандартизації, сертифікації та якості. – К.: УкрНДНЦ, 2004. - Вип. 2. - C. 10-38. 56. Карманный справочник по инструментам и методам для команд совершенствования Шести Сигм: [пер. с англ.] / М. Брассард, Л. Финн, Д. Джинн, Д. Риттер. - К.: Украинская ассоциация качества, Межотраслевой центр качества «Прирост», 2003. - 275 c. 57. Конти Т. Качество в XXI веке: Роль качества в обеспечении конкурентоспособности и устойчивого развития / Конти Т., Кондо Е., Ватсон Г. [пер. с англ.]. – M.: РИА «Стандарты и качество», 2005. - 280 c. 58. Ивченко А.В. К вопросу об использовании метода «шесть сигм» для повышения качества и надежности системы эксплуатации режущего инструмента / А.В. Ивченко, В.А. Залога // Качество, стандартизация, контроль: теория и практика: Материалы III-й Международной научнопрактической конференции, 23-26 сентября 2003 г. г. Ялта. - К.: АТМ Украины, 2003. - C. 56-58. 59. Гибкие производственные системы / Н.П. Меткин, М.С. Лапин, С.А. Клейменов, В.М. Критский. – M.: Издательство стандартов, 1989. - 312 c. 60. Бахарев Л.В. Учет взаимосвязанных показателей в процессе принятия управленческих решений / Л.В. Бахарев, А.В. Пронякин // Все о качестве. Отечественные разработки. – M.: НТК «Трек», 2004. - Вып. 31. - № 4. - C. 56-63. 61. Гринберг Л.В. Повышение эффективности бизнеса за счет внедрения системы сбалансированных показателей и технологии управления бизнес-единицами / Л.В. Гринберг, Н.Н. Фирюлина //Все о качестве. Отечественные разработки. – M.: НТК «Трек», 2004. - Вып. 31. - № 4. - C. 64-75. 62. Машкин В.И. Проблема оценки качества менеджмента / В.И. Машкин // Все о качестве. Отечественные разработки. – M.: НТК «Трек», 2004. - Вып. 31. - № 4. - C. 41-56. 63. Джхунян В.Л. Модель диагностики управленческой деятельности в системе менеджмента качества / Джхунян В.Л., Михайлова А.Н., Никольская Т.Г. // Все о качестве. Отечественные разработки. – M.: НТК «Трек», 2003. - Вып. 24. - № 3. - C. 33-38. 64. Федюкин В.К. Управление качеством процессов / В.К. Федюкин. - СПб: Питер, 2004. - 208 c. 65. Фонтено Г. Четыре метода оценки удовлетворенности потребителя / Фонтено Г., Хенке Л., Карсон К. // Деловое совершенство. - 2006. - № 4. - C. 6-12.

Технічне регулювання та метрологічне забезпечення

66. Жарков Ю. Оптимизация критериев работы органов оценки соответствия с использованием метода Харрингтона / Ю Жарков, О. Цицилиано // Стандартизація, сертифікація, якість. - 2004. - № 4. - C. 36-38. 67. Віткін Л.М. Формування методичних і нормативних засад для впровадження міжнародних стандартів ISO 9000 у вищих навчальних закладах: автореф. дисс. на здобуття вчен. ступеня канд. техн. наук: 05.01.02 / Леонід Михайлович Віткін. - Київ, 2005. - 19 c. 68. Усачев П.А. Повышение износостойкости и прочности режущих инструментов / П.А. Усачев, В.П. Пархоменко. - Київ: Техніка, 1981. - 160 c.

69. Золотарева Н.П. Совершенствование управления запасами режущего инструмента на машиностроительных заводах: дисс. ... канд. техн. наук: 05.01.02 / Золоторева Наталья Петровна. - Х., 1975. - 140 c. 70. Статистичний контроль. Контрольні карти Шухарта: ДСТУ ISO 15234:2003. – [Чинний від 15.08.2003] – К.: Держспоживстандарт України, 2003. - 46 c. 71. Зорин Ю.В. Системы качества и управление процессами / Ю.В. Зорин, В.Т. Ярыгин. - Самара: СПИ, 1997. - 269 c. 72. Клименко Г.П. Основы рациональной эксплуатации режущего инструмента на тяжелых токарных станках: дисс. ... докт. техн. наук: 05.03.01 / Клименко Галина Петровна. - Краматорск, 2002. - 418 c.

REFERENCES 1. DSTU ISO 9000:2007 Sistemi upravlіnnya yakіstyu. Osnovnі polozhennya ta slovnikNastanovi shhodo polіpshennya dіyal'nostі. [in Ukraine]. 2. DSTU ISO 9001:2008 Sistemi upravlіnnya yakіstyu. Vimogi. [in Ukraine]. 3. DSTU ISO 9004:2012 Sistemi upravlіnnya yakіstyu. Nastanovi shhodo polіpshennya dіyal'nostі: [in Ukraine]. 4. Loladze T.N. (1991). Problemy' rezaniya v sovre-menny'x texnologicheskix processax. tezisy' dokladov. [in Russian]. 5. Vіtkіn L.M., Xіmіcheva G.І. (2005). Standartizacіya, sertifіkacіya, yakіst. Vol. 1. [in Russian]. 6. Sitnіchenko V., Kisel'ova G. (2004). Standartizacіya, sertifіkacіya, yakіst. Vol. 3. [in Russian]. 7. Kazmirovskij E.L. (2005). Metody menedzhmenta kachestva. Vol. 2005. [in Russian]. 8. Ivanova G.N., Kazmirovskij E.L. (2007). Metody menedzhmenta kachestva. Vol. 4. [in Russian]. 9. DSTU ISO 14001:2006 Sistemi ekologіchnogo keruvannya. Vimogi ta nastanovi shhodo zastosovuvannya. [in Ukraine]. 10. DSTU OHSAS 18001:2010 Sistemi upravlіnnya gіgієnoyu ta bezpekoyu pracі. Vimogi. [in Ukraine]. 11. Conti Tito. (1998). EFQM Learning Edge Conference. Rome: 29-30 April. [in Russian]. 12. Tіto Kontі. (2004). Naukovo-texnіchnij vіsnik Ukraїns'kogo naukovo-doslіdnogo і navchal'nogo centru problem standartizacії, sertifіkacії ta yakostі. Vol. 2. [in Ukraine]. 13. Maslov D., Belokorovin E. (2005). Standarty' i kachestvo. Vol. 5. [in Russian]. 14. Zhigunova N.M. (2004). Vse o kachestve. Otechestvenny'e razrabotki. Vol. 2 (29). [in Russian]. 15. Tito Conti. (2004). EFQM Levels of Excellence. European Quality Award Information Brochure. London: EFQM. 46 p. 16. Krounover D. (2004). Standarty' i kachestvo. Vol. 11. [in Russian]. 17. Asai S. (2003). Criteria for Performance Excellence. The Malcolm Baldrige National Quality Award Program. USA: National Institute of Standards and Technology. 36 p. 18. Kalita P. (2002). Kachestvo i upravlenie. Izbranoe (v 2-x chastyax). Chast' 1. Obshhie voprosy' kachestva i obespecheniya kachestva. K. Ukrainskaya associaciya kachestva, Mezhotraslevoj centr kachestva «Prirost». 229 p. [in Russian]. 19. Billej N.V. Razrabotka sistemy' upravleniya kache-stvom na mini trikotazhno-shvejnom predpriyatii: diss. ... kand. texn. nauk: 05.01.02 / Billej Natal'ya Vladimirovna. K., 1999. 261 p. [in Ukraine]. 20. Zharkov Yu., Ciciliano O. (2005). Standartizacіya, sertifіkacіya, yakіst'. Vol. 1. [in Ukraine]. 21. Shadrin A.D. (2002). Vse o kachestve. Otechestvenny'e razrabotki. Vol. 16–17. [in Russian]. 22. Shadrin A.D. (2004). Menedzhment kachestva. Ot osnov k praktike. M. OOO «NTK «Trek». 360 p. [in Russian].

23. Shadrin A.D. (2002). Metody menedzhmenta kachestva. Vol. 8. [in Russian]. 24. Adler Yu.P., Shhepetova S.E. (2002). Standarty i kachestvo. Vol. 5. [in Russian]. 25. Fomichev S.K. Skachov I.O., Urazlin O.Yu. (2005). Metody menedzhmenta kachestva. Vol. 7. [in Russian]. 26. Ivchenko A.V., Zaloga V.A. (2004). Nadіjnіst іnstrumentu ta optimіzacіya texnologіchnix sistem. Vol. 15. [in Russian]. 27. Shadrin A.D. (2004). Standarty i kachestvo. Vol. 12. [in Russian]. 28. Fayans O.A. (1996). Problemy i metody obespecheniya kachestva. Novgorod. NovGU im. Yaroslava Mudrogo. 124 p. [in Russian]. 29. Svitkin M.Z., Macuta V.D., Raxlin K.M. (1997). Obespechenie kachestva produkcii na osnove MS ISO serii 9000. SPb. SPGU. 216 p. [in Russian]. 30. Glichev A.V. (1998). Osnovy upravleniya kachestvom produkcii. M. AMI. 173 p. [in Russian]. 31. Perskij Yu.K., Sapiro E.S., Yugova N.B. (1987). Ekonomiya zatrat pri instrumentalnom obsluzhivanii. M. Mashinostroenie. 88 p. [in Russian]. 32. Yu.K. Perskij, G.A. Kazakov, V.N. Reshetnikov, A.P. Yamshinin. (1982). Avtomatizaciya upravleniya instrumentalnym xozyajstvom. M. Mashinostroenie. 128 p. [in Russian]. 33. Mickevich V.A. (1977). Instrumental'noe xozyajstvo predpriyatiya. M. Mashinostroenie. 159 p. [in Russian]. 34. Polevoj S.N. (1985). Instrumental'naya podgotovka proizvodstva na mashinostroitel'nom predpriyatii: spravochnik. K. Texnіka. 103 p. [in Russian]. 35. Sover V., Ross K., Kuper S. (2003). Vse o kachestve. Zarubezhnyj opyt. Vol. 3 (41). [in Russian]. 36. Skripko L.E. (2003). Vse o kachestve. Otechestvenny'e razrabotki. Vol. 4 (25). [in Russian]. 37. Skripko L.E. (2001). Vse o kachestve. Otechestvenny'e razrabotki. Vol. 4. [in Russian]. 38. Xensh Sh. (2002). Texnologiya kachestva zhizni. Issue 2. Vol. 2. [in Russian]. 39. Ryzhenko G., Mixeeva S., Sursyakov V., Basargin V. (2004). Standarty' i kachestvo. Vol. 7. [in Russian]. 40. Sokolova T.V. (2001). Vse o kachestve. Otechestvenny'e razrabotki. Vol. 14. [in Russian]. 41. BS 6143:1992 Rukovodstvo po ekonomike kachestva. Chast 1. Model zatrat na process. 42. Petrovskij E'., Lebedeva I., Mel'nikova N. (2003). Standarty' i kachestvo. Vol. 9. [in Russian]. 43. Ivlev V.A., Ponova T.V. (2007). Metody menedzhmenta kachestva. Vol. 3. [in Russian]. 44. Malova I.V. (2006). Vse o kachestve. Otechestvennye razrabotki. Vol. 3 (42). [in Russian].

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. E 1–E 16.

45. Nebalueva L.A., Nebalueva Yu.G. (2003). Vse o kachestve. Otechestvennye razrabotki. Vol. 4 (25). [in Russian]. 46. Ponomarev S., Mironov S. (2007). Standarty i kachestvo. Vol. 8. [in Russian]. 47. Gunkalo A. (2007). Standartizacіya, sertifіkacіya, yakіst. Vol. 3. [in Russian]. 48. Orlekovskaya M.N. (2004). Texnologiya kachestva zhizni. Issue 4. Vol. 2. [in Russian]. 49. Shottmiler D. (2003). Vse o kachestve. Zarubezhnyj opyt. Vol. 3(41). [in Russian]. 50. Vysokovskaya E., Kuz'min A. (2007). Standarty i kachestvo. Vol. 1. [in Russian]. 51. Xіmіcheva G.І. (2007). Naukovі osnovi proektuvannya іntegrova-nix sistem upravlіnnya yakіstyu produkcії (poslug) na bazі mіzhnarodnix standartіv: avtoref. diss. ... dokt. texn. nauk: 05.01.02. Kiїv. 40 p. [in Ukraine]. 52. Shvachіj V.M. (2007). Rozrobka organіzacіjnotexnologіchnoї pіdtrimki sistemi upravlіnnya yakіstyu v mashinobu-dіvnomu virobnictvі: avtoref. diss. na zdobuttya nauk. stupenya kand. texn. nauk: 05.01.02. Kiїv. 16 p. [in Ukraine]. 53. Parxomenko N.O. (2007). Rozrobka ocіnki yakostі navchal'nogo procesu v vishhomu navchal'nomu zakladі metodom naukovo-texnіchnogo prognozuvannya: avtoref. diss. ... kand. texn. nauk: 05.01.02. Kiiv. 19 p. [in Ukraine]. 54. Stepanov A. (2007). Standarty i kachestvo. Vol. 6. [in Ukraine]. 55. Kontі T. (2004). Naukovo-texnіchnij vіsnik Ukraїns'kogo naukovo-doslіdnogo і navchal'nogo centru problem standartizacії, sertifіkacії ta yakostі. Vol. 2. [in Ukraine]. 56. Brassard, L. Finn, D. Dzhinn, D. Ritter. (2003). Karmanny'j spravochnik po instrumentam i metodam dlya komand sovershenstvovaniya Shesti Sigm: [per. s angl.]. M. K. Ukrainskaya associaciya kachestva, Mezhotraslevoj centr kachestva «Prirost». 275 p. [in Russian]. 57. Konti T., Vatson G. (2005). Kachestvo v XXI veke: Rol kachestva v obespe-chenii konkurentosposobnosti i ustojchivogo razvitiya. M. RIA «Standarty i kachestvo». 280 p. [in Russian].

58. Ivchenko A.V., Zaloga V.A. (2003). Kachestvo, standartizaciya, kontrol: teoriya i praktika: Materialy III-j Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, 23-26 sentyabrya Yalta. [in Russian]. 59. N.P. Metkin, M.S. Lapin, S.A. Klejmenov, V.M. Kritskij. (1989). Gibkie proizvodstvenny'e sistemy. M. Izdatelstvo standartov. 312 p. [in Russian]. 60. Baxarev L.V., Pronyakin A.V. (2004). Vse o kachestve. Otechestvenny'e razrabotki. Vol. 4 (31). [in Russian]. 61. Grinberg L.V., Firyulina N.N. (2004). Vse o kachestve. Otechestvennye razrabotki. Vol. 4 (31). [in Russian]. 62. Mashkin V.I. (2004). Vse o kachestve. Otechestvenny'e razrabotki.Vol. 4 (31). [in Russian]. 63. Dzhxunyan V.L., Mixajlova A.N., Nikol'skaya T.G. (2003). Vse o kachestve. Otechestvennye razrabotki. Vol. 3 (24). [in Russian]. 64. Fedyukin V.K. (2004). Upravlenie kachestvom processov. SPb. Piter. 208 p. [in Russian]. 65. Fonteno G., Xenke L., Karson K. (2006). Delovoe sovershenstvo. Vol. 4. [in Russian]. 66. Zharkov Yu., Ciciliano O. (2004). Standartizacіya, sertifіkacіya, yakіst. Vol. 4. [in Russian]. 67. Vіtkіn L.M. (2005). Formuvannya metodichnix і normativnix zasad dlya vprovadzhennya mіzhnarodnix standartіv ISO 9000 u vishhix navchal'nix zakladax: avtoref. diss. na zdobuttya vchen. stupenya kand. texn. nauk: 05.01.02. Kiiv. 19 p. [in Ukraine]. 68. Usachev P.A., Parxomenko V.P. (1981). Povyshenie iznosostojkosti i prochnosti rezhushhix instrumentov. K. Texnіka. 160 p. [in Russian]. 69. Zolotareva N.P. (1975). Sovershenstvovanie upravleniya zapasami rezhushhego instrumenta na mashinostroitelnyx zavodax: diss. ... kand. texn. nauk: 05.01.02. X. 140 p. [in Russian]. 70. DSTU ISO 15234:2003 Statistichnij kontrol'. Kontrol'nі karti Shuxarta. [in Ukraine]. 71. Zorin Yu.V., Yary'gin V.T. (1997). Sistemy kachestva i upravlenie processami. Samara. SPI. 269 p. [in Russian]. 72. Klimenko G.P. (2002). Osnovy racionalnoj ekspluatacii rezhushhego instrumenta na tyazhely'x tokarny'x stankax: diss. ... dokt. texn. nauk: 05.03.01. Kramatorsk. 418 p.

Технічне регулювання та метрологічне забезпечення

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. E 1–E 16.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Сравнительный анализ методов оценки систем (процессов) управления, получивших широкое распространение в настоящее время

E 10

Технічне регулювання та метрологічне забезпечення

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. E 1â&#x20AC;&#x201C;E 16.

E 11

E 12

Технічне регулювання та метрологічне забезпечення

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. E 1â&#x20AC;&#x201C;E 16.

E 13

E 14

Технічне регулювання та метрологічне забезпечення

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. E 1â&#x20AC;&#x201C;E 16.

E 15

E 16

Технічне регулювання та метрологічне забезпечення

ЖУРНАЛ ІНЖЕНЕРНИХ НАУК JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCES ЖУРНАЛ ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК Web site: http://jes.sumdu.edu.ua/ Том 1, № 4 (2014) UDC 621.763:539.61/62:539.31

Research of the structure and properties of antifriction composites with modified polytetrafluoroethylene matrix K. V. Berladir1), T. P. Hovorun2), K. O. Dyadyura3), M. E. Vyshehorodtseva4), M. S. Ustimenko5) 1), 2), 3), 4), 5)

Sumy State University, 2, Rimsky Korsakov Str., 40007, Sumy, Ukraine

Article info: Paper received: The final version of the paper received: Paper accepted online:

01 April 2015 08 May 2015 05 November 2015

Correspondent Author's Address: 1) kr.berladir@pmtkm.sumdu.edu.ua 2) hovorun@pmtkm.sumdu.edu.ua 3) dyadyura.kostya@mail.ru 4) vyshegorodtseva.mari@mail.ru 5) ustimenko.2011@yandex.ua

Structures of the powdered polytetrafluoroethylene (PTFE) before and after intensive mechanical activation (mechanical alloying) are investigated by the set of physical research methods. Enhancement of physical and mechanical properties and structuring activity of polytetrafluoroethylene as matrix of composites by means of mechanical activation is shown. Operating modes of mechanical activation equipment are defined, in which the service properties of PTFE are maximized. The effect of mechanical activation technology on restructuring and change of morphology and supramolecular structure of PTFE is detected for the first time. Obtained results and examples of implementation of the developed tribotechnical composites are analyzed. Key words: polytetrafluoroethylene, matrix, structure, properties, mechanical activation, carbon fiber, composites.

1. INTRODUCTION

2. EXPERIMENTAL

To create reliable modern machinery and technological equipment, it is necessary to design and develop highly efficient wear-resistant materials to ensure reli-able operation of friction joints of mechanisms operated in a wide range of loads, speeds and temperatures, and able to work in aggressive environments, as well as in vacuum. Use of polymers as structural materials for tribotechnical usage is due to many factors, including the possibility to form composites with desired proper-ties [1–3]. Review of the literature, patent and commercial sources [2–5] reveals a low potential of traditional technological approaches in obtaining polymeric composite materials (PCM) based on polytetrafluoroethylene (PTFE). However, various advanced technological methods may be performed that allow obtaining composite materials and products from them with the properties required by customers [4–5]. The technology of energy impact on the structure and properties by means of mechanical activation (mechanical effect) presents itself as the most acceptable in the case of PCM with PTFE matrix [6]. Since the chemical, petrochemical, oil and gas, nuclear, aerospace, transportation, ore mining and many other branches of engineering, in order for the equipment to operate efficiently, reliably and safely, require the use of PTFE-based PCM in critical friction joints that determine performance, durability of manufactured equipment and competitiveness of manufactured products, the studies performed and the work results obtained seem to be timely and relevant.

The object of the research is PTFE of F-4-PN brand (GOST 10007) and PCM with the carbon fiber (CF) based on it. Activation of PTFE powder was performed on MRP1M mill with various rotation speed of working mem-bers in the interval of n = (5–9)•103 min-1 and during experimentally determined time interval of τ = (3–8) min. Activated powder was obtained by dry milling in MRP-1M high speed blade mixer. Test samples were obtained by cold molding technology (molding pressure Pmold = (50.0–70.0) MPa), followed by free sintering of tablet blanks in air at 365 ± 5 °C at a speed of heating – cooling of 40 °C/h. Methodology of the composite properties studying included determining the density ρ (kg/m 3), breaking strength σb (MPa), relative elongation δ (%) and wear intensity I•10-6 (mm3/N•m) in accordance with the regulations. Tests of strength and relative elongation at break were performed on ring samples of ø50xø40 diameters and 10 mm height using rigid half-discs (GOST 11262) at R–1 disruptive installation (GOST 4651) at the motion speed of sliding member of 0.25 cm/min. The study of the wear rate was carried out on SMT1 serial friction machine according to «partial insertionshaft» scheme. The magnitude of wear of the samples was determined gravimetrically on an analytical balance within the accuracy of 10-5 grams and transferred to the intensity of wear by known methodologies.

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. F 1–F 4.

The study of supramolecular structure of activated PTFE and composite structures before and after friction powder were carried out using TESCAN MIRA 3 LMU scanning electron microscope of high resolution. Processing of experimental data was performed by the methods of mathematical design of experiments and mathematical statistics. 3. RESULTS AND DISCUSSION One of the most effective and low-cost ways of produce a polymer with new properties is the method of mechanical activation (mechanical alloying) [6]. The studies determined that unlike the structural and morphological structure of activated and nonactivated PTFE leads to differences in the properties (table 1). The authors of this paper determined that the optimal ratios of physical-mechanical and tribotechnical properties an activated PTFE has in mode n= 9•103 min-1 and τ = 5 min: breaking strength σv = 24.8 MPa, relative elongation δ = 415 %, wear intensity I = 610∙10-6 mm³/N∙m. The non-activated PTFE has σb = 9.5 MPa, δ = 96 %, I = 1133∙10-6 mm³/N∙m.

Mechanically activated PTFE more actively adheres to the surface of CF (Fig. 2, a, b) than non-activated (Fig. 2, c) in obtaining of PCM. This results in a modification of surface layer CF by activated PTFE, PTFE fragments are distributed on the surface CF with higher homogeneity that enhances their activity in interactions with the PTFE matrix during the formation of the composite. The homogeneous composite structure is formed with fewer voids and with formation of more uniform distribution of the fragments of the filler in the matrix polymer. CF particles are contacted with the activated particles of PTFE and formed the primary adhesive bonds, which reduce the defectiveness of mixture and probability of occurrence of defects during the forming of composite. Composites filled with CF, created on the basis of such an activated matrix, have significantly higher tribotechnical performance (table 2) than non-activated matrix. Microphotographs of the friction surface of composites (Fig. 3) show that by increasing the adhesive bond «activated matrix PTFE – filler» wear process is less active than the non-activated composite matrix. The microphotographs clearly show that in the case of wear of the PTFE composite non-activated (Fig. 3, a) marks of wear are deeper, observed the furrows of tem-

Table 1 – Effect of mechanical activation PTFE on physical and mechanical and tribotechnical properties No. of sample

Technology of obtaining

Density ρ, g/cm3

Breaking strength σb, MPa

1 2 3 4 5 6 7 8

non-activated τ=5 min., n=5000 min-1 τ=8 min., n=5000 min-1 τ=5 min., n=7000 min-1 τ=8 min., n=7000 min-1 τ=3 min., n=9000 min-1 τ=5 min., n=9000 min-1 τ=8 min., n=9000 min-1

2.269 2.211 2.175 2.205 2.211 2.203 2.214 2.213

9.5 21.6 17.3 23.5 18.2 19.6 24.8 18.0

In the structure of PTFE samples after mechanical activation, lentil-like formations are observed in the form of granules with micron dimensions in area and thickness (Fig. 1, b), threadlike strands of fibers with length of 10 to 50 microns and diameter from 10 to 100 nm (Fig. 1, c) and other formations («cobweb», «frost flowers», «lace» and «branch» structures, etc.) (Fig. 1, d–f), which are absent in non-activated PTFE structure (Fig. 1, a). The influence of external forces on unfilled PTFE in-creases the parameters of its deformation and strength characteristics (breaking strength 2.6 times, relative elongation 4.3 times) while maintaining high tribotechnical performance. This is obviously related to the formation of new reaction centers and an increase in the surface energy of the individual fragments of macromolecules as a result of elastic and plastic deformations at mechanical influence. Thus, improving of the wear resistance of the PTFE in mechanical activation associated with a reduced degree of crystallinity and increase in the average interlayer distance in the frictional interaction and structural adaptability modified PTFE in friction and manifestation of synergistic effects of self-organization tribotechnical structures with increased durability. F2

Питання матеріалознавства

Relative elongation δ, % 96 416 280 423 358 290 415 340

Wear intensity I∙10-6, mm³/N∙m 1133 930 800 820 717 890 610 720

per softening material, etc., which is not observed in wear composite with activated PTFE (Fig. 3, b), and contributes to increasing durability to 50 %. The use of this composite as a friction units compressors 4GM 2.5 2/3 250, 2RV 3/220, SA 1174, SA 7171 (gland seals and piston rings) contributed to the overall increase of its efficiency by 2.3 times. 4. CONCLUSIONS The undertaken studies reveal the possibility to use activated PTFE as a matrix of fluoropolymer composites in order to obtain a composite material with high physical and mechanical properties for friction joints of machinery and equipment for various purposes. As a result of work performed it was obtained modes of process technological equipment, which after processing on it activated PTFE has elevated the performance properties compared to the baseline, and may be used to produce composites based on it with maximum efficiency: 1. Mechanical activation of PTFE matrix leads to the change in its supramolecular structure and increases its reactivity.

d) e) Fig. 1. Structure of PTFE before (a) and after (b-f) mechanical activation

a) b) c) Fig. 2. Microphotographs of PTFE composite structures with CF with activated (a, b) and non-activated (c) matrix

a) b) Fig. 3. Microphotographs of the friction surface of PTFE composites with non-activated (a) and activated (b) matrix

Journal of Engineering Sciences, Vol. 1, Issue 4 (2014), pp. F 1â&#x20AC;&#x201C;F 4.

Table 2 – Properties of PTFE composites depending on the use of activated and non-activated matrix

Density ρ, g/cm3 nonactivatactivated ed 2.01 2.02 1.98 1.99 1.96 1.98 1.95 1.96

Composite

F4CF10 F4CF15 F4CF20 F4CF25

Properties Breaking strength Relative elongation σb, MPa δ, % nonnonactivatactivatactivatactivated ed ed ed 17.5 17.9 90 98 18.3 19.1 105 115 20.4 22.1 120 145 16.9 18.4 115 125

2. The best performance has activated PTFE in activation mode n = 9•103 min-1 and τ = 5 min: breaking strength σb = 24.8 MPa, relative elongation δ = 415 %, wear intensity I = 610∙10-6 mm³/N∙m. The non-activated PTFE has σb = 9.5 MPa, δ = 96 %, I = 1133∙10-6 mm³/N∙m.

Wear intensity I∙10-6, mm³/N∙m nonactivated

activated

25–60 20–50 19–45 18–40

21–51 17–42 16–38 15–34

3. PCM based on activated PTFE has physical and mechanical characteristics of 3–5 times higher than non-activated, durability 1.5 times higher.

Исследование структуры и свойств антифрикционных композитов с модифицированной политетрафторэтиленовой матрицей К. В. Берладир1), T. П. Говорун2), K. А. Дядюра3), M. Е. Вышегородцева4), M. С. Устименко5) 1), 2), 3), 4), 5)

Сумский государственный университет, ул. Римского-Корсакова, 2, 40007, Сумы, Украина

Совокупностью физических методов исследований изучено строение порошкообразного политетрафторэтилена (ПТФЭ) до и после интенсивной механической активации (механического легирования). Показано повышение физико-механических свойств и структурирующей активности политетрафторэтилена как матрицы композитов за счет механической активации. Определены режимы работы механоактивационного оборудования, при которых служебные свойства ПТФЭ максимальны. Впервые выявлено влияние технологии механической активации на структурную перестройку и изменение морфологии и надмолекулярной структуры ПТФЭ. Ключевые слова: политетрафторэтилен, матрица, структура, свойства, механическая активация, углеродное волокно, композиты.

Дослідження структури та властивостей антифрикційних композитів з модифікованою політетрафторетиленовою матрицею Х. В. Берладір1), T. П. Говорун2), K. O. Дядюра3), M. Є. Вишегородцева4), M. С. Устименко5) 1), 2), 3), 4), 5)

Сумський державний університет, вул. Римського-Корсакова, 2, 40007, Суми, Україна

Сукупністю фізичних методів досліджень вивчено будову порошкоподібного політетрафторетилену (ПТФЕ) до і після інтенсивної механічної активації (механічного легування). Показано підвищення фізико-механічних властивостей та структуруючої активності політетрафторетилену як матриці композитів за рахунок механічної активації. Визначено режими роботи механоактиваційного обладнання, при яких службові властивості ПТФЕ максимальні. Вперше виявлено вплив технології механічної активації на структурну перебудову та зміну морфології і надмолекулярної структури ПТФЕ. Ключові слова: політетрафторетилен, матриця, структура, властивості, механічна активація, вуглецеве волокно, композити.

REFERENCES 1. Mashkov Yu. K., Ovchar Z. N., Surikov V. I., Kalistratova L. F. (2005). Kompozitsionnyye materialy na osnove politetraftoretilena. Strukturnaya modifikatsiya [Composite materials based on polytetrafluoroethylene. Structural modification]. Mashinostroyeniye. Moscow [in Russian]. 2. Avdeychik S. V. (2008). Tribokhimicheskiye tekhnologii funktsional'nykh kompozitsionnykh materialov [Tribochemical technology of functional composite materials]. GGAU. Grodno [in Russian]. 3. Manson J., Sperling L. (1979). Polymer blends and composites [Polimernyye smesi i kompozity]. Khimiya. Moscow [in Russian].

Питання матеріалознавства

4. Lipatov Yu. S. (1977). Physical Chemistry of Polymers [Fizicheskaya khimiya polimerov]. Khimiya. Moscow [in Russian]. 5. Okhlopkova A. A., Vinogradov A. V., Pinchuk L. S. (1999). Plastiki, napolnennyye ul'tradispersnymi neorganicheskimi soyedineniyami [Plastic, filled with ultrafine inorganic compounds]. IMMS NANB. Gomel [in Russian]. 6. Budnik O. A., Budnik A. F., Rudenko P. V., Sviderskiy V. A., Berladir K. V. (2015). Influence of mechanical activation polytetrafluoroethylene matrix of tribotechnical composites at its structural and phase transformations and properties. Functional Materials. 22. 4. 499–506 [in English].

УГОДА ПРО ПЕРЕДАЧУ АВТОРСЬКИХ ПРАВ

Ми, автор (автори) рукопису статті, що публікується в «Журналі інженерних наук», у разі її прийняття до опублікування передаємо засновникам та редколегії «Журналу інженерних наук» права на:  публікацію цієї статті українською (російською, англійською) мовою та розповсюдження її друкованої версії;  переклад статті англійською мовою (для статей українською або російською мовою) та розповсюдження друкованої версії перекладу;  розповсюдження електронної версії статті, а також електронної версії англомовного перекладу статті (для статей українською або російською мовою) через будь-які електронні засоби (розміщення на офіційному web-сайті журналу, в електронних базах даних, репозитаріях тощо). При цьому зберігаємо за собою право без узгодження з редколегією та засновниками:  використовувати матеріали статті повністю або частково з освітньою метою;  використовувати матеріали статті повністю або частково для написання власних дисертацій;  використовувати матеріали статті для підготовки тез, доповідей конференцій, а також усних презентацій;  розміщувати електронні копії статті (у тому числі кінцеву електронну версію, завантажену з офіційного web-сайта журналу) на: a) персональних web-ресурсах усіх авторів (web-сайти, web-сторінки, блоги тощо); b) web-ресурсах установ, де працюють автори (включно з електронними інституційними репозитаріями); c) некомерційних web-ресурсах відкритого доступу (наприклад, arXiv.org). В усіх випадках наявність бібліографічного посилання на статтю або гіперпосилання на її електронну копію на офіційному web-сайті журналу є обов’язковою. Цією угодою ми також засвідчуємо, що поданий рукопис:  не порушує авторських прав інших осіб або організацій;  не був опублікований раніше в інших видавництвах і не був поданий до публікації в інші видання.

Адреса редакційної колегії:

вул. Римського-Корсакова, 2, м. Суми, 40007

Телефони:

(+38 0542) 68-78-52, (+38 0542) 33-41-09

Електронна адреса:

jes.sumdu@gmail.com

Web-site:

http://jes.sumdu.edu.ua/

Міністерство освіти і науки України The Ministry of Education and Science of Ukraine Министерство образования и науки Украины

ЖУРНАЛ ІНЖЕНЕРНИХ НАУК JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCES ЖУРНАЛ ИНЖЕНЕРНЫХ НАУК

Науковий журнал Scientific Journal Научный журнал

Відповідальний за випуск Д. В. Криворучко Комп’ютерне складання та верстання: О. В. Івченко Коректори: Н. А. Гавриленко, Н. З. Клочко, Н. В. Лисогуб, С. М. Симоненко

Підписано до друку 03.11.2015. Формат 60 х 84 / 8. Папір офс. Друк офс. Ум. друк. арк. 6,1. Обл.-вид. арк. 5,78. Наклад 100 пр. Замовлення № 1047. Сумський державний університет. 40007, м., Суми, вул. Римського-Корсакова, 2 Свідоцтво про внесення суб’єкта видавничої справи до Державного реєстру ДК № 3062 від 17.12.2007. Надруковано у друкарні СумДУ вул. Римського-Корсакова, 2, м. Суми, 40007