ДОСВІД ТЕОРЕТИЧНИХ І ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

Під час виконання теоретичних і експериментальних досліджень в області механіки деформування і руйнування еластомерних матеріалів як пружно-спадкових середовищ на основі побудованих структурно-синергетичних моделей розроблено три критерії руйнування пружно-спадкових середовищ: енергетичний критерій дисипативного типу, ентропійний критерій та критерій пошкодженості структури. Встановлено невідомі раніше закономірності теплового старіння гум в умовах циклічного деформування; стрибкоподібного фазового переходу метастабільного стану еластомерів до лабільного, що передує їх руйнуванню від втоми при циклічному навантаженні; руйнування еластомерів при тривалому циклічному навантаженні. Розроблено методи розрахунків лінійних і нелінійних динамічних систем з еластомерними елементами, параметри яких змінюються в часі і залежать від впливу зовнішнього агресивного середовища. Створено методики комплексних розрахунків еластомерних конструкцій важких гірничих машин, що працюють в екстремальних умовах, з метою підвищення їх довговічності, надійності і якості. Запропоновано методи розрахунків (у тому числі довговічності) еластомерних конструкцій, що працюють при втомно-абразивному зношуванні. Реалізовано способи безпечного функціонування критично важливих об’єктів, інфраструктури і безпеки праці обслуговуючого персоналу при екстремальних навантаженнях. В цілому була створена прикладна механіка деформування і руйнування еластомерів як пружно-спадкових середовищ. Розроблено також методи комплексних розрахунків гумових елементів на довговічність, методики і рекомендації щодо прогнозування поведінки машин з гумовими ланками в умовах тривалого навантаження і під впливом різних агресивних середовищ.

Слід підкреслити, що дослідження з динаміки машин і механіки еластомерів здійснювали протягом 50 років. При цьому були отримані унікальні результати в лабораторних і промислових умовах з реологічних, теплофізичних і втомних характеристик еластомерних матеріалів. Деякі дані (зі старіння і довговічності еластомерів в промислових умовах) напрацьовувалися в процесі безперервних спостережень, що тривали від 16 до 40 років. Такі експерименти не можна повторити не тільки з економічних міркувань, але і через чинник часу.

На основі виконаних досліджень отримано 4 дипломи на відкриття:

• №220 «Закономерность изменения интенсивности старения резины при ее циклическом деформировании», автори – Говоруха В.В., Дирда В.І. (2003 р.);
• №234 «Закономерность скачкообразного фазового перехода метастабильного состояния эластомеров к лабильному при циклическом нагружении, предшествующего их усталостному разрушению», автори – Говоруха В.В., Дирда В.І. (2004 р.);
• №437 «Закономерная связь сути понятий хаос, порядок и предел в общественных науках с аналогичными понятиями термодинамически открытых нелинейных эволюционных систем», автори – Дирда В.І., Булат-Корнейчук Є.А. (2010 р.);
• №461 «Закономерность возникновения разрушения эластомеров при циклическом нагружении», автори – Дирда В.І., Звягільський Є.Л., Булат Є.А., Кобець А.С. (2013 р.).

Цінність отриманих результатів полягає ще і в тому, що в основному спостереження проводили на натурних зразках, а це дуже важливо для інженерної практики проектування і розрахунків сучасних машин. Результати цих досліджень особливо актуальні в наш час, коли вдосконалення технологій вимагає створення нових високоефективних машин, оскільки наявність розроблених методів розрахунків і даних про параметри еластомерних конструкцій значно полегшує цей процес. В результаті виконання значного обсягу науково-дослідних робіт і промислових випробувань створені і впроваджені у виробництво різні конструкції еластомерних елементів (пружні ланки, віброізолятори, захисні футеровки тощо); завдяки їх застосуванню розроблена високоефективна техніка (живильники, грохоти, млини та ін.) і на її основі створено нові енерго- і ресурсозберігаючі технології видобутку, переробки і збагачення мінеральної сировини.

За роки існування відділу були організовані та проведені наступні конференції:

• Всесоюзный симпозиум по вопросам механики резиновых конструкций тяжелых горно-металлургических машин, Днепропетровск, 4 октября 1983 г.;
• І Международный симпозиум по механике эластомеров, Севастополь, 21‑23 июня 1994 г.;
• ІІ Международный симпозиум по механике эластомеров, Севастополь, 1996 г.;
• ІІІ Международный симпозиум «Механика эластомеров – 99», Днепропетровск, 23‑25 июня 1999 г.;
• ІV Международный симпозиум «Механика эластомеров – 2001», Днепропетровск, 9‑11 октября 2001 г.;
• V Международный симпозиум «Механика эластомеров – 2003», Днепропетровск, 9‑11 июня 2003 г.;
• VI Международный симпозиум «Механика эластомеров – 2005», Днепропетровск, 22‑24 ноября 2005 г.;
• VIII Міжнародна науково-технічна конференція «Вібрації в техніці та технологіях», Дніпропетровськ, 1‑5 жовтня 2007 р. (спільно з Національним гірничим університетом та Дніпропетровським національним університетом).

На основі фундаментальних теоретичних, експериментальних і промислових досліджень розроблено принципово новий клас машин різного технологічного призначення з широким використанням еластомерних конструкцій, які дозволили реалізувати широкомасштабне впровадження високоефективної техніки.

Зокрема:

1. Створено і масово впроваджено у виробництво параметричний ряд віброживильників для всього розмаїття технологічних схем виробництва, доставки і навантаження гірничої маси при розробці рудних покладів від жильних до досить потужних, що дало можливість вперше створити підземну маловідходну циклічно-потокову технологію (ЦПТ). До 1992 р. на гірничодобувних підприємствах Мінсредмаша СРСР щорічно експлуатувалося 800-1000 вібромашин, за допомогою яких видобувалося до 95 % руди; на підприємствах Мінчормету і Мінколірмету – 150-200 машин і до 60-75 % руди. Віброживильники поставлялися і зарубіжним гірничорудним підприємствам. Всього було виготовлено та впроваджено понад 18 тисяч вібраційних машин і комплексів. В даний час ЦПТ застосовується на СхідГЗК ; щорічно виготовляється і експлуатується на підприємствах 25-30 машин.

2. Створено параметричні ряди гумових і гумометалевих віброізоляторів типу ВР, ВРМ і ВН. Віброізолятори зазначених типів пройшли приймальні і промислові випробування на різних типах технологічних машин. Їх використання дозволило в 1,5-2 рази збільшити довговічність основних вузлів і деталей машин, знизити динамічні навантаження на підтримувальні конструкції, інтенсифікувати технологічні процеси, знизити виробничий шум.

резинометаллические виброизоляторы типа ВРМ

резиновые виброизоляторы типа ВР

резиновые виброизоляторы типа ВН

 3. Створено гумову футеровку шахтних вагонеток для транспортування вантажів, що міцно налипають. Конструкція футеровки захищена патентом (а.с. № 1063675), пройшла випробування в умовах уранових шахт (м. Жовті Води), підприємств «Уралзолото». Експлуатація вагонеток з гумовою футеровкою показала, що ступінь очищення вагонетки становить 95 %, знижено динамічні навантаження на ходову частину, збільшено продуктивність відкатки, з’явилася можливість ліквідації існуючих систем вібраційного та механічного очищення вагонеток з глухим днищем.

4. Створено і впроваджено оригінальні віброізолюючі системи для параметричного ряду молоткових (ДМРЭ) та інерційних дробарок (КІД). Зазначені дробарки широко використовуються для подрібнення вугілля на коксохімзаводах. Параметричний ряд дробарок типу КІД із розробленими ІГТМ НАН України віброізолюючими системами випускається серійно і поставляється до багатьох країн світу.

5. Розроблені та впроваджені у виробництво віброізолюючі системи однобарабанних окомкувачів, змішувачів та грануляторів (маса 120‑160 т). Захисні системи виконані з застосуванням гумових та гумометалевих віброізоляторів. Їх застосування дозволило знизити вібраційні навантаження на перекриття у 10 разів, зменшити рівень звукового тиску на 20‑25 дБ та підвищити продуктивність окомкувачів за рахунок підвищення в 1,3‑1,5 разів швидкості обертання барабану. На металургійному комбінаті ім. Ілліча було впроваджено віброізолюючі системи на 11 окомкувачах та 4 барабанних змішувачах та 2 змішувачах металургійного заводу «Азовсталь». Ще 4 системи було впроваджено на змішувачах фабрики окомкування (ФОК‑3) Північного ГЗК.

6. Для стрічкових конвеєрів (дільничних і магістральних) розроблено пристрій для запобігання порізів конвеєрних стрічок на віброізолюючий підставі. Досвід експлуатації понад 200 пристроїв, показав, що їх застосування дозволяє практично повністю виключити поздовжні порізи конвеєрних стрічок.

7. Розроблено, випробувано і впроваджено параметричний ряд гумових вібросейсмоізоляторів для захисту житлових будинків від дії землетрусів, динамічних дій підземного, автомобільного, залізничного транспорту та ударних хвиль від вибухів. Віброізолятори діаметром 300, 340, 400, 500 мм та висотою 40, 50, 70 мм мають жорсткість на стиск від 10 до 300 т/см.

Розроблені конструкції захисних елементів були використані при будівництві трьох 27-поверхових житлових будівель по Оболонському проспекту у м. Київ 

та десяти 10-поверхових будинків по вул. М. Бойчука у м. Київ для захисту від впливу метро неглибокого залягання.

Також ці елементи були використані при будівництві трьох будинків житлового комплексу по вул. Під Дубом, 26 (м. Львів) для захисту від впливу залізничного транспорту.

 На будівельних майданчиках були виконані натурні динамічні випробування вібронавантажень до будівництва та після застосування захисних елементів. Встановлено, що при відсутності вібросейсмозахисту рівні вібрації перевищували допустимі значення у 1,5‑4,0 рази (від 2,5 до 13 дБ), після закінчення будівництва віброприскорення плит перекриттів в октавних смугах «31,5 Гц» та «63,0 Гц» на 14‑18 дБ (від 6 до 8 разів) менше допустимих рівнів, що забезпечує комфортні умови проживання.

Прийнято участь у державних приймальних випробуваннях віброзахисних систем з використанням гумових та гумометалевих елементів:

• грохота ГІТ‑41 (1983 р.);
• дробарки КІД‑600 (1985 р.);
• дробарки КІД‑300 (1987 р.);
• дробарки КІД‑2200 (1989 р.);
• вентилятори віброзахищені з гумовими віброізоляторами (1990 р.);
• віброізолююча система дробарки ДМРЕ-14,5´13 (2005 р.).
• віброізолююча система змішувача BG 20 (2005 р.).

Прийнято участь у розробці наступних стандартів:

• ДСТУ 3853-99 (ГОСТ 30644-99) «Віброізолятори гумові для вибухозахищених вентиляторів», чинний від 2001-01-01;
• ТУ У 25.1-30172296-005-2001 «Віброізолятори гумові», дата введення 19.11.2001;
• ДБН В.1.1-12:2014 «Будівництво у сейсмічних районах України», чинний від 2014-10-01.

За роботу «Створення та впровадження технології випуску і доставки руди потужними виброживильниками при розробці родовищ корисних копалин підземним способом» присуджена премія Ради Міністрів СРСР за 1987 рік (автори Потураєв В.М., Дирда В.І. та ін.).

За цикл праць «Прикладна механіка деформування і руйнування пружно-спадкових середовищ» присуджена премія ім. С.П. Тимошенка Національної академії наук України (2012 р., автори Дирда В.І. та ін.).

За роботу «Створення та промислове впровадження високоефективної техніки із застосуванням еластомерних матеріалів в технологіях видобутку, переробки і збагачення мінеральної сировини» присуджена Державна премія України в галузі науки і техніки (2015, автори Дирда В.І. та ін.).

Президент Національної академії наук України академік НАН України Б.Є. Патон (праворуч) вручає премію ім. С.П. Тимошенка (2012 р.) завідувачу відділу доктору технічних наук, професору Дирді В.І. (ліворуч)

НАЯВНА МАТЕРІАЛЬНО-ТЕХНІЧНА БАЗА ВІДДІЛУ

Відділ має необхідні пристрої та апаратуру для проведення статичних і динамічних випробувань гумових, гумометалевих захисних елементів. Для статичних випробувань є стенд, який оснащений самогальмуючою черв’ячною парою, що дозволяє виконувати вимірювання з фіксованим навантаженням до 30 кН. Для динамічних випробувань є два стенди з діючим динамічним навантаженням 1 кН та 4 кН та амплітудою 0,005-0,02 м. Для вимірювань вібрації та шуму у виробничих умовах є вимірювач шуму ВШВ-001. Також розроблено та виготовлено установку для моделювання температурних умов підготовчих тупикових виробок. Ці пристрої дозволяють проводити дослідження в повному обсязі та на високому науковому рівні.