Проблемы надежности и долговечности

В эпоху современной научно-технической революции все более жесткие требования предъявляются к надежности и долговечности автоматических систем, приборов и оборудования. Нынешний уровень техники настоятельно требует создания материалов и изделий из них с заданными свойствами, которые могли бы обеспечивать надежную и безотказную работу средств автоматики в космических условиях, под землей, под водой и т. д.

Современные технологические процессы сварки, наплавки, пайки и склеивания позволяют изготовлять элементы конструкций из монолитно соединенных между собой разнородных материалов. Комбинирование различных материалов, обладающих качествами, соответствующими тем или иным условиям эксплуатации, открывает большие возможности для повышения технических и экономических характеристик машин, оборудования и сооружений. Оно может способствовать значительному увеличению их надежности, долговечности, снижению веса, уменьшению расходов на изготовление и эксплуатацию.

Эффект малонапряженности

Реализация возможностей соединения неоднородных материалов долгое время сдерживалась отставанием теоретических исследований по механике неоднородного тела. До сих пор классические курсы сопротивления материалов оставляли без рассмотрения элементы конструкций из разнородных материалов. С помощью новейших средств математики и механики предстоит исследовать и установить явления и общие закономерности распределения напряжений в различных конструкциях из неоднородных материалов и разработать практические рекомендации по выбору их оптимальных сочетаний.

Решению этой актуальной проблемы должно служить научное открытие под названием "эффект малонапряженности". Оно сделано в Институте механики АН Армянской ССР кандидатом физико-математических наук К. С. Чобаняном. Обнаруженный им эффект обусловлен различием упругих свойств составных конструктивных элементов и определенной конфигурацией их сочетания. Он проливает свет нд ряд подобных "решений" в природе животного и растительного мира. Стало, например, ясно, что конфигурация соединения позвоночника обеспечивает его прочность и гибкость при больших нагрузках и малые напряжения в местах соединения позвонков.

Эффект малонапряженности может быть не только использован для решения технических задач по созданию прочных и надежных элементов конструкций машин, приборов и оборудования, но и успешно применен в хирургической практике при наложении швов, восстановлении костей, в зубопротезной технике при создании неразъемных соединений и т. д.

На принципах сделанного открытия К. С. Чобанян создал ряд изобретений. Среди них способы оформления ступенчатых переходов для устранения концентрации напряжений, повышения вибропрочности деталей из биметалла, повышения вибропрочности соединений разнородных материалов при склеивании, пайке, сварке, наплавке и т. д.

Эффект малонапряженности зарегистрирован под № 102 с приоритетом от 22 марта 1967 г. Формула открытия такова:

"Установлено неизвестное ранее явление малонапряженности края поверхности соединения в составном теле при действии общей нагрузки, характерное для выступающего края однородного тела, наблюдаемое в окрестности края при условии, когда в составном теле сумма углов α и β между поверхностью соединения и внешней поверхностью тела меньше 3/2 π и угол а, относящийся к материалу с большими модулем упругости и коэффициентом поперечной деформации, заключен в пределах β<α<π".

Закономерность передачи энергии при ударе

В результате исследований поведения тел при соударении доктор технических наук Е. В. Александров из Института горного дела имени А. А. Скочинского установил ранее неизвестную закономерность, заключающуюся в том, что при упругом ударе коэффициент передачи энергии зависит от отношения масс соударяющихся тел до критического значения этого отношения, которое определяется конфигурацией соударяющихся тел. При дальнейшем увеличении отношения масс соударяющихся тел коэффициент передачи энергии определяется уже не отношением действительных масс, а лишь критическим значением этого отношения.

Масса ударника (меньшая масса), умноженная на величину критического отношения масс, называется критической. То обстоятельство, что критическая масса зависит от конфигурации тел, доказывает возможность искусственного изменения ее величины при соударении одного тела с другим и при распространении ударного импульса по одному и тому же телу. Следовательно, становятся искусственно управляемыми такие последствия удара, как коэффициент передачи энергии, т. е. КПД удара, коэффициенты восстановления скорости или потери относительной скорости, отскока и т. п.

В настоящее время при расчете машин ударного действия учитываются новые представления о передаче энергии, коэффициенте восстановления и т. п. и соответственно используются новые формулы. Например, коэффициент восстановления, ранее считавшийся элементом характеристики материалов, теперь рассчитывается для каждого отдельного случая по критическим массам.

Теоретически доказана возможность и целесообразность бурения на глубину порядка 100 м без погружения машины в скважину. Машины, созданные по этому принципу (АБ-2, ВП-80, П-29, ПК-9, БУ-70, ФБУ-70 и др.), выпускаются серийно рядом заводов.

На основе открытия Е. В. Александрова создан так называемый механический полупроводник, в котором передача энергии может практически осуществляться только в заданном направлении, независимо от жесткости опоры. Возникло новое направление в постройке машин ударного действия, позволившее создать легкие молотки такого рода. Новый отбойный молоток, основанный на данном открытии, в 2 раза легче своего серийного прототипа, обладает пониженной вибрацией и большей производительностью, а по размерам и форме не отличается от него.

Облегчение отбойного молотка, который используется в качестве лома, ограничено статическими нагрузками. Что же касается перфораторов, рубильных молотков и других подобных машин, то их можно сделать значительно более легкими. Уже существуют образцы рубильных молотков, которые в 4 раза легче обычных той же производительности. Эти молотки почти целиком изготовлены из полимеров.

Открытие позволило создать машины для скоростной проковки сварных швов, успешно работающие на ряде предприятий. Эти машины приносят большой экономический эффект и способствуют резкому повышению качества продукции.

В соответствии с открытием принципиальные изменения претерпела первоначальная конструкция лунобура, был получен значительный выигрыш в весе, производительности и надежности. Самостоятельный технический интерес представляет импульсный ударный привод без редуктора, обеспечивающий высокий момент на ведомом валу.

На изобретения машин ударного действия, созданных йа базе открытий Е. В. Александрова, выдано более десяти авторских свидетельств. Некоторые из них запатентованы в Англии, Швеции, США, ФРГ и в других странах. К ним относятся, в частности, механизм для воздействия на твердое тело ударной нагрузкой и механизм ударного действия с воздушным буфером.

В 1971 г. профессор Е. В. Александров докладывал на симпозиуме в Париже об открытии и связанных с ним новых направлениях в создании машин ударного действия. На докладе присутствовали представители 33 стран, проявившие интерес к этой работе, в том числе ученые США, ФРГ, Швеции, Англии, Японии.

Открытие зарегистрировано под № 13 с приоритетом от 30 октября 1957 г.