CC BY
18
--© Е.П. Апросимова, 2012
Е.П. Апросимова
К ВОПРОСУ ПЕРСПЕКТИВ ОРГАНИЗАЦИИ ИННОВАЦИОННОГО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ЦЕНТРА В РАЙОНЕ «ПОЛЮС ХОЛОДА»
Описан опыт промышленного освоения территорий с суровыми климатическими условиями. Высказано мнение: о возможности использования района «Полюс холода» для инновационных исследований в области развития индустриальных технологий с учетом перспектив освоения планет Солнечной системы; о перспективах создания международного научного центра с возможностью развития сотрудничества технических университетов и фирм производителей, заинтересованных стран.
Ключевые слова: техника, полюс холода, инновация, космос, международный научный центр.
В России есть места с очень сложными и суровыми климатическими условиями. Но люди там живут тысячи лет. Уже второе столетие идет промышленное освоение этих районов, что привело к накоплению уникального практического технологического опыта.
В общей валовой продукции доля горной промышленности в данных регионах до сих пор занимает значимое место. Анализ применения техники в северных регионах выявил отрицательное влияние климатических факторов на оборудование (табл.1).
Исследованиями установлено, что разрушение металлов и конструктивных элементов под воздействием низких температур в массовом порядке наблюдаются при температуре -350С.
Значительное отрицательное влияние на работоспособность техники оказывает суточный и рельефный перепад температур. Кроме того, отмечается опасное влияние ветра при низких температурах, как фактора увеличивающего теплоотдачу, которое приводит к резкому нарушению режима
эксплуатации двигателей, охлаждению деталей и интенсивной ломкости. К отрицательным факторам так же следует отнести многолетнемерзлые породы в сочетании с сильной льдистостью.
Таблица 1
Влияние некоторых климатических факторов севера на технику
Температура воздуха Влажность Давление
Низкая Резкий Высокая Низкая Меняющаяся Резкий
перепад перепад
обледене- трещины коррозия наруше- нарушение ди- изменение
ние ние изо- электрических гидравличе-
ляции свойств мате- ского балан-
риалов са
ломкость напряже- повышение дефор- коррозия разгермети-
деталей ние в кон- электроли- мация зация со-
конструк- струкциях зованности прокла- единений
ций конструк- док
ций
потеря деформа- конденсат на ухудшение
теплового ция влаго- поверхности работы дви-
режима поглоща- металлов гателей
двигателя ющих ма-
териалов
повышение
вязкости
ГСМ
В условиях криолитозоны Якутии, при работе на грунте с повышенной степенью твердости, срок службы деталей исполнительных органов машин в 2—3 раза меньше, чем в Сибири.
В 80-х годах прошлого столетия доцентом горного факультета Николаем Ивановичем Тарасовым были проведены исследования по использованию проходческих комбайнов (ГПК) для проходки наклонных стволов в условиях шахт комбината «КУЛАРЗОЛОТО».
Комплексными исследованиями была определена степень износа рабочих инструментов (резцов), позволяющая выявить закономерности их изнашивания. Для испытаний было отобрано 3 партии резцов И-90МБ, И-79, И-90В, в каждой отобранной группе по 200 резцов.
На рис. 1. показана характерная качественная картина износа резцов при разрушении многолет-немерзлых илисто-глинистых пород.
Николай Иванович отмечал, что повышенная абразивность пород вызывает износ тела резцов, при относительно высокой стойкости твердого сплава (рис. 1). Повышенный износ тела резцов ниже арми-ровки вызывал изменение профиля сечения, способствовал износу твердого сплава, ослаблял резцы и уменьшал сечение до 45—50 % (критический износ) и приводил к преждевременной поломке.
В результате исследований было определено: «характер износа резцов при разрушении многолетних мерзлых пород в условиях проходки стволов шахт не типичен и резко отличается от картины, наблюдаемой при разрушении угля и пород при разработке угольных месторождений» (табл. 2).
Анализ данных исследования показывает, что основными причинами выхода из строя рабочих инструментов являются износ, поломка и отрыв пластин армировки, поломка режущей кромки вследствие износа тела резца. Последняя причина является преобладающей.
Определение значений критического износа была связана с практической задачей своевременной замены резцов. Для решения данной проблемы в целях уменьшения износа тела резца и повышения износостойкости была увеличена длина армировки и создана опытная партия резцов.
Резцы И-90МБ имели высоту армировки 46 мм и были сделаны из твердосплавной пластины формы Г-1107 сплава WC-15. В результате износостойкость рабочего инструмента увеличилась в 5—6 раз [1].
К сожалению, сегодня подход решения проблемы износостойкости рабочего инструмента мало отличается от 80-х
Рис. 1. Изменение формы резца после проходки 28 п.м. в многолетнемерзлых илисто-глинистых породах
годов ХХ столетия. Хотя появились иные возможности, например, исследования в области наноматериалов.
До настоящего времени фирмы производители горного оборудования, как российские, так и зарубежные, не ведут систематическую и целенаправленную работу по оптимизации оборудования с учетом климатических особенностей Севера. Таблица 2
Износ резцов в породах криолитозоны
Породы Средний удельный вес причин выхода из строя резцов, %
Износ Поломка, отрыв ар-мировки Поломка режущей части по телу резца Потери
Лед, льдистый ил 32,5 0,5 65,0 2,0
Илисто-песчано- 22,0 4,0 72,0 2,0
глинистые отложения
Дресва, лигниты 30,0 2,5 64,0 3,5
Глины вязкие с илами 29,5 3,5 63,0 4,0
и песком
Мелко, средне, круп- 15,3 12,0 68,7 4,0
нозернистый песок с
илами
Илисто-глинистные 10,0 17,0 68,0 5,0
отложения с включе-
нием гали, щебня,
кварца (до 10 %)
Илисто-глинистные 7,0 25,0 48,0 10,0
отложения с включе-
нием кварца (до
20 %)
Илисто-глинистные 5,0 50,5 31,5 13,0
отложения с включе-
нием гали, щебня,
мелкого кварца (до
30 %)
Песок мелко- 5,0 75,5 4,0 20,0
средзернистый с
включениями кварца
крупностью более 20
мм, илисто-глинист-
ные отложения с
включением кварца
крупностью до 100
мм (свыше 30 %)
Неудовлетворительная работоспособность машин и механизмов обуславливается так же отсутствием ремонтных и производственных баз, необходимых материалов, технических условий и низким качеством ремонтных работ на местах.
Фирменное обслуживание зарубежных машин производится, но это явление, как правило, единичное и дорогостоящее. Таблица 3
Сравнительные данные климата центральных и северных регионов РФ
Пункт Ср. температура, °С Ср. скорость ветра, м/сек Средняя суровость климата в баллах
Москва +3,6 4,5 1,9
Анадырь -14.14 6.4 3,2
Воркута 14.8 5.3 2,8
Мурманск -7 3,2 3,1
Диксон -26 9 4,5
Дудинка -10,7 6,7 4
Оймякон -50,1 1,1 4,2
Тикси -25.3 5.45 4,1
Якутск -43,2 1,4 3,6
Известно, что суровость климата оценивается в баллах, по формуле Бодмана, в которой учитываются температура воздуха и скорость ветра.
Из табл. 3 видно, что наибольшая суровость климата наблюдается там, где низкие температуры сочетаются с сильными ветрами. Но в большинстве случаев подобное сочетание соответствует районам близким к морям и океанам, что включает так же влажностный фактор [2].
Данная информация представлена в связи с тем, что в 2003 году президент Буш в речи по программам американских космических исследований сказал о создании новых аппаратов, и десантов на Луну и Марс, вплоть до их колонизации. План предусматривал освоение космического пространства в 2019 году, т.е. в пределах ближайших 8 лет. На 2020
год по президентской хронологии было намечено возвращение человека на Луну (рис. 2). По представленной версии спутник земли должен стать трамплином для отработки технологий для пилотируемого полета к Марсу.
Вместе с тем осознавая насущность данной задачи, следует заметить, что в настоящее время ни у одной из стран мира нет необходимых финансовых ресурсов. Поэтому с некоторого времени американские специалисты в своих прогнозах стали гораздо менее оптимистичны [3].
Рис. 2. Проект освоения планет солнечной системы (США)
Известно, что Марс почти вдвое меньше Земли по размерам — его экваториальный радиус равен 3396,9 км (53,2 % земного). Площадь поверхности Марса примерно равна площади суши на Земле.
Ускорение свободного падения на экваторе равно 3,711 м/сек2 (0,378 земного). Наклон оси вращения Марса обеспечивает смену времен года. Вытянутость орбиты приводит к большим различиям их продолжительности. Северная весна и лето, вместе взятые, длятся 371 сол, т. е. заметно больше половины марсианского года. На Марсе северное лето долгое и прохладное, а южное — короткое и жаркое (рис. 3). Температура на планете колеблется от -153 ^ на полюсе зимой и до +20 °С с лишним на экваторе в полдень. Средняя температура составляет -50 °С.
Рис. 3. Панорама планеты Марс
Рис. 4. Иней, зафиксированный, на планете Марс
Климат, как и на Земле, носит сезонный характер. В холодное время года даже вне полярных шапок на поверхности может образовываться светлый иней (рис. 4). Аппарат «Phoenix» зафиксировал снегопад, однако снежинки испарялись, не достигая поверхности [4].
Вопросы колонизации, а тем более добычи полезных ископаемых на других планетах Солнечной системы потребуют, прежде всего, оптимизации индустриальных технологий.
Думаю, что никакая лабораторная установка не может заменить натурных испытаний. Можно предположить, что научные исследования, связанные с освоением планет должны иметь полигон для практической реализации своих достижений.
Говоря о космических перспективах, учитывая отсутствие влажности на планетах солнечной системы, наиболее оптимальным районом для проведения тестирования индустриальных технологий является северо-восток России.
На северо-востоке России есть район «Полюс холода» — пос. Оймякон, где зарегистрирована самая низкая температура на северном полушарии планеты — 73 0С.
С учетом существующих реалий, считаю, что это оптимальное место для проведения практического тестирования индустриальных технологий будущего.
Представляемая идея была озвучена в январе 2011 года в Московском горном университете. Слушатели были заинтересованы. Но, к сожалению, возможности только профильных вузов в рамках одной страны для реализации научных перспектив не велики.
Идея тестирования индустриальных технологий для решения задач будущего, воплощенная в виде международного научного центра в районе «Полюс холода» с возможностью развития сотрудничества многих стран, может стать реальной альтернативой для реализации инновационных решений.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Разработка технологии проходки наклонных стволов с использованием проходческих комбайнов ГПК в условиях шахт комбината «КУЛАР-ЗОЛОТО»: отчет о НИР; исполн. Тарасов Н.И./ Якут. гос. ун-т. — Якутск, 1982. — 250с.
2. Погода/ http://www.pogoda.ru.net/climate/24688.htm
3. Луна, Марс и Венера накануне колонизации/ http://nauka.izvestia.ru/ space/ article38869.html
4. Планета Марс/ http://ru.wikipedia.org/wiki/ ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Апросимова Е.П. — кандидат технических наук, доцент, MF_YSU@mail.ru, Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова.
