CC BY
11
право. 2009. №2. URL: https://cyberlenmka.ru/article/n/sozdame-i-deyatelmst-gosudarstvennyh-korporatsiy (дата обращения: 24.05.2018).
7. Кузык Б.Н. Оборонно-промышленный комплекс России: прорыв в XXI век. М. : Рус. биогр. ин, 1999. 271 с.
8. Официальный сайт Правительства Российской Федерации. [Электронный ресурс]. http://government.ru/govworks/37/events/ (дата обращения: 24.05.2018).
9. Официальный сайт федерального казначейства Российской Федерации. [Электронный ресурс]. http://roskazna.ru/(дата обращения: 21.05.2018).
Гункин Евгений Михайлович, аспирант кафедры «Финансы и менеджмент», 9202748610@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
CURRENT STATE OF THE RUSSIAN MILITARY-INDUSTRIAL COMPLEX AND FEATURES OF ITS FUNCTIONING
E.M. Gunkin
The structural, sectoral and departmental composition of the Russian defense industry, the main financial and economic indicators, the territorial structure, as well as the current state of the complex and its products are considered.
Key words: defense-industrial complex, state defense order, defense capability, military-industrial commission.
Gunkin Eugene Mikhailovich, post-graduate student of chair «Finance and management», 9202748610@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 137.425.669.2
ОДИН ИЗ ПОДХОДОВ К ОЦЕНКЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКОЙ ТОМОГРАФИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЦИЛИНДРА ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Е. А. Дронов, В. Н. Самочкин, В. И. Барахов
Предлагается один из возможных подходов к оценке экономического эффекта применения рентгеновской вычислительной томографии для исследования неоднородности распределения плотности по внутренней структуре чугунных цилиндров дизельных двигателей с целью устранения их заклинивания. Приводится числовой пример расчета экономического эффекта применения томографии.
Ключевые слова: экономическая эффективность, рентгеновская томография, цилиндр дизельного двигателя.
Неоднородность распределения плотности и ее разброс по внутренней структуре чугуна цилиндра из существующих заготовок является ос-
новной причин заклинивания дизельного двигателя. Объясняется это следующим. Показателями, характеризующими деформации цилиндра во время его работы, являются: модули упругости (Е) коэффициент линейного расширения чугуна (а), коэффициент теплопроводности (X), удельная теплоемкость (С). Эти физико-механические характеристики являются функциями плотности чугуна.
В результате исследуем чугунный цилиндр, у которого каждая элементарная ячейка внутренней структуры материала имеет свой модуль упругости, коэффициент линейного расширения, коэффициент теплопроводности, удельную теплопроводность, линейную усадку. Распределение этих показателей по внутренней структуре материала полностью повторяет распределение плотности. Поэтому разноплотность внутренней структуры чугуна цилиндра приводит к несимметричным деформациям стенок (короблению) цилиндра при действии внутреннего давления и температуры. Это и является основной причиной заклинивания двигателя.
В результате часть готовых цилиндров при испытаниях с рабочими нагрузками имеют коробление, превышающее микронные зазоры между стенками поршня и цилиндра, и заклинивают. Для устранения заклинивания необходимо иметь заготовки цилиндра с минимальными диапазонами изменения плотности и неоднородность ее распределения по структуре чугуна. В этом направлении АК «Туламашзавод» с применением рентгеновской вычислительной томографии проводит корректировки и совершенствование технологии литья заготовок, которое позволит .
Рентгеновская вычислительная томография (РВТ) - одно из наиболее перспективных направлений исследования внутренней структуры материалов различных изделий, их структурных неоднородностей, обнаружения дефектов, изучения различных физических процессов. Для ответственных деталей дизельных двигателей, таких как цилиндр, а значит и его заготовка, РВТ может служить незаменимым инструментом существенного улучшения их качества. Специфика её состоит в том, что она позволяет исследовать любые сечения внутренней структуры материала заготовки, оценивая плотность каждой элементарной ячейки и не нарушая его целостности. Это обстоятельство позволило эффективно применять метод РВТ для исследования неоднородности распределения плотности элементарных ячеек, ее разбросов в поперечных сечениях заготовок и цилиндров дизельных двигателей АК «Туламашзавод», локальных дефектов, структурных особенностей чугуна цилиндров и определить основные виды дефектности внутренней структуры.
Рентгеновская томография позволит ликвидировать заклинивание цилиндра и поршня. Поэтому годовой ожидаемый экономический эффект применения томографии Э будем определять по формуле
Э = п х Рзак х Сед ,
где п - годовая программа выпуска дизельных двигателей;
Рзак - вероятность заклинивания цилиндра и поршня при испытаниях;
Сед - себестоимость цилиндра дизельного двигателя.
Заклинивание цилиндра и поршня происходит тогда, когда коробление цилиндра превышает зазор между стенками цилиндра и поршня. Осуществляется селективная сборка цилиндра и поршня. Все поле допуска диаметров цилиндра и поршня АК «Туламашзавод» (0,03 мм) разбито через 0,01 мм на три группы: 2-я, 1-я, 0-я. Таким образом, в каждой группе поле допуска диаметров цилиндра и поршня составляет 0,01 мм или 10 мкм. Весь диапазон изменения радиусов поршня 15 мкм и цилиндра 15 мкм (по 5 мкм на каждую группу.
Величина зазор между стенками цилиндра и поршня определятся
как разность их радиусов А = Яц - Яп. Поэтому диапазоны изменения зазоров в каждой группе от 0 < А < 10 мкм (5 мкм за счет поля допуска цилиндра и 5 мкм за счет поля допуска поршня). Границы размеров радиусов по группам с учетом температурных деформаций при рабочих нагрузках:
- во 2-ой группе поршень 47495 - 47500 мкм, цилиндр 47500 -47505 мкм;
- в 1-ой группе поршень 47500 - 47505 мкм, цилиндр 47505 -47510 мкм;
- в 0-ой группе поршень 47505 - 47510 мкм, цилиндр 46510 -47515 мкм.
Функции распределения радиусов цилиндров f яц и поршней Г яп примем в виде нормальных законов. Тогда будем иметь
f кц =—-/=е 2х°ц2 Г Кп =—7=е 2х^2 .
<зцу/2п оп\12п
где ац, ап - средние значения радиусов цилиндра и поршня для всего диапазона их изменения (ац - 47507,5 мкм ап = 47502,5 мкм);
—
оп, ап - средние квадратические отклонения а = тах ^—= 2,5 мкм.
6
Вероятность попадания радиусов цилиндров и поршней в заданный интервал ^ , ^+1 определяется по формуле:
Отсюда вероятность попадания радиусов цилиндров и поршней во 2-ю и 0-ю группы Р2гр = Р0гр = 0,157, в 1-ю группу Р1гр =0,683. Вероятность попадания радиусов цилиндров и поршней в весь интервал в 15 мкм, включающий все группы, Р^ = 0,997.
Для определения вероятности заклинивания цилиндра и поршня каждая группа рассмотрена отдельно. Для 2-ой и 0-ой группы из-за симметричности нормального закона вероятности заклинивания равны между собой. Поделим интервал возможного зазора А = 10 мкм между кольцами поршня и стенками цилиндра на интервалы в 1мкм. Каждый интервал характеризуется своим средним значением и вероятностью попадания в него случайных величин Яп1 - радиуса поршня и Яц1 - радиуса цилиндра (таблица).
Вероятности попадания Яп1 и Яц1 в интервалы разбивки полей допусков поршня и цилиндра
Средние 2-я группа 1 -я группа 0-я группа
значения
Я ., Я в ш' щ Поршень Цилиндр Поршень Цилиндр Поршень Цилиндр
интервалах
0,5 мкм 0,078 0,003 0,116 0,116 0,003 0,078
1,5 мкм 0,045 0,009 0,146 0,146 0,009 0,045
2,5 мкм 0,022 0,022 0,159 0,159 0,022 0,022
3,5 мкм 0,009 0,045 0,146 0,146 0,045 0,009
4,5 мкм 0,003 0,078 0,116 0,116 0,078 0,003
Заклинивание двигателя происходит в случае, если коробление цилиндра больше зазора между внутренней поверхностью цилиндра и
внешней поверхностью поршня d з. Коробление стенок цилиндра определялось расчетным путем следующим образом. На рентгеновском вычислительном томографе было исследовано 36 поперечных сечений цилиндра и для каждого из них получены матрицы плотностей элементарных ячеек. Томограмма одного из них приведена на рис. 1. Как видно из рис. 1 в сечении исследуемой заготовки имеет место существенная неоднородность распределения плотности элементарных ячеек. Перемещение стенки цилиндра за счет внутреннего давления и(р) определялось по формуле:
р Яц + И ( И
Ц(Р)= * 1-т ■ (!)
Е(р)-Ь
V ¿-У
2
-5
где модуль упругости Е(р) зависит от плотности чугуна р (кг/м ) и опре-
-5
делен обработкой статистических данных, р - плотность чугуна (кг/м3), Яц - радиус цилиндра (м), h - толщина стенки цилиндра (м), р - давление (Па = Н/м2),
V - коэффициент Пуассона.
□ 6700 ипйз
□ 6810 ипЙБ
□ 6920 ипйз
■ 7030 ипйз
■ 71 -40 ипЙ5
■ 7250 ипИз
Рис. 1. Томограмма сечения заготовки цилиндра дизельного двигателя внутренним диаметром 90 мм для интервала самых малых плотностей элементарных ячеек от 6,76 до 7,25 г/см3
Исследовались томограммы поперечных сечения просканирован-ных цилиндров. В каждом сечении диапазон изменения плотности элементарных ячеек делился на два интервала: первый определял сектор с малыми плотностями, второй сектор с большими плотностями. Для каждого сектора определялось среднее значение плотности рми рб. Для рм и рб определялись модули упругости и по формуле (1) перемещения стенок цилиндра и(рм)и и(рб). Коробление:
¿к = и(рм)-и(рб).
Обработка статистики по короблениям стенок цилиндра дала возможность получить функцию плотности их распределения по нормальному закону в виде
^к-ак)2
= \ о 2 1к °
Гё = 1 е 2ха*2
1 и,, г— е
аЛы2п
где , ак - среднее квадратические отклонение и среднее значение короблений цилиндра.
Тогда вероятности для зазора у 2-ой и 0-ой групп:
47500 47501
1мкм Р2з1= | Г кп аяпх | Г Яц сЖц р2з1= Р0з1 = 0,0003;
Т1
47499 47500
47500 47502 47499 47501
2мкм р2з2= I f Rn dRnx J f R4 dR4+ J f Rn dRn X J f R4 dR4:
47499 47501 47498 47500
= Р0з2 = 0,0009;
47499 47502 47500 47503
Р2з3= j f Rn dRnX J f R„ dRIi+ j f Rn dRnx J f R„ dRIi +
3 MKM 47498 47501 47499 47502
47498 47501
J f Rn dRn X J f R4 dRy =Р0з3 = 0,002
47497 47500
47499 47503 47498 47502
Р2з4= j f Rn dRnx J f Ru dRu+ J f Rn dRnx J f Ru dRu +
/I 47498 47502 47497 47501
4 мкм
47500 47504 47497 47501
J f Rn dRnx J f Ru dRu+ J f Rn dRnx J f Ru dRu = P034 = 0,005
47499 47503 47496 47500
47498 47503 47500 47505
Р2з5= j f Rn dRnx J f Ru dRu+ J f Rn dRnx J f Ru dRu +
5 мкм 47497 47502 47499 47504
47499 47504 47497 47502
J f Rn dRnx j f Ru dRu+ J f Rn dRnx J f Ru dRu = P035 = 0,009
47498 47503 47496 47501
47499 47505 47496 47502
Р2з6= f f Rn dRnx J f Ru dRu+ J f Rn dRnx J f Ru dRu +
6 мкм 47498 47504 47495 47501
47498 47504 47497 47503
J f Rn dRnx J f Ru dRu+ J f Rn dRnx J f Ru dRu = Р0з6 = 0,002
«-Ц ч^ц . j X j X
47497 47503 47496 47502
47497 47504 47498 47505
Р2з7= J f Rn dRnx j f dRIi+ j f Rn dRnx j f dRIi +
n 47496 47503 47497 47504
7 47496 47503
j f Rn dRnx J f R„ dRy = Р0з7 = 0,002
47495 47502
47497 47505 47496 47504
8мкмР2з8 = J f Rn dRnx j f Ru dRu+ J f Rn dRnx J f Ru dRu =0,0009
47496 47504 47495 47503 '
47496 47505
9 мкм Р2з9= J f Rn dRnx J f R4 dRu Р2з9= Р0з9 = 0,0003.
47495 47504
Для 1-ой группы вероятности появления перечисленных зазоров определялись по аналогичным формулам с соответствующими пределами интегрирования:
Ры = 0,013, РЬ2 = 0,034, РЬ3 = 0,058, Рм = 0,08, РЬ5 = 0,095;
Р1з6 = 0,08, Р1з7 = 0,°58, Р1з8 = 0,034, Р1з9 = 0,°13.
Результаты определения рм и рб для 36 просканированным на томографе сечений цилиндра, перемещений и(И, ра) и и(И, рб), короблений позволили обработать статистику и построить функцию нормального распределения плотности вероятности короблений (рис. 2).
Рис. 2. Функция распределения плотности вероятности коробления цилиндра при действии внутреннего рабочего давления
С применением полученной функции распределения короблений стенок цилиндра f ёк можно определить вероятности появления конкретных короблений
с1тах
рс1ы1тах= I ^кЖс ((1 тах = 5,5 мкм). си
Для исследуемого цилиндра получены следующие значения вероятностей коробления в интервалах : от 1 до 5,5 мкм; от 2 до 5,5 мкм; от
3 до 5,5 мкм; от 4 до 5,5 мкм; от 5 до 5,5 мкм:
Рс11-5,5 =0,975, Рс12-5,5 = 0,889, Р^ =0,604, Р,4.55 = 0,228,
Р^ =0,031.
Вероятность заклинивания для \ - го зазора в каждой группе: р _ р х р р _р ур р _р ур
1 закИ \\\ сН-с1та\' 1 зак21 >>21 сН-с1та\' 1 закИ 1 зН 1 сН-с1та\ '
Вероятность заклинивания для каждой группы равна сумме вероятностей заклинивания для i - го зазора:
5 5 5
р ='Ур р =Ур р =Ур
зак1 закН' зак2 зак21 ' закО зак(Н "
;=1 ;=1 ;=1
Вероятности заклинивания вычисляется как сумма
Р =р +р +р
^ зак ^ зак1 ^ зак2 закЗ'
Для цилиндров дизельных двигателей Рзак = 0,12.
Рентгеновская томография позволит ликвидировать заклинивание цилиндра и поршня. Поэтому для рассматриваемого примера ожидаемый годовой экономический эффект применения томографии при устранения заклинивания дизельных двигателей с программой выпуска п = 2000 ед. и с себестоимостью цилиндра 10000 руб. Э = п х Рзак х Сед =2,4 млн руб.
Таким образом, предложен один из возможных подходов к определения эффективности применения рентгеновской томографии для отработки конструкции и технологии изготовления высоконагруженных деталей дизельных двигателей.
Список литературы
1. Ицкович Г. Тройная спираль. Университеты - предприятия - государство. Инновации в действии / под ред. А.Ф.Уварова. Томск: Том. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2010. 238 с.
2. Иода Е.В. Управление рисками инновационной деятельности в регионе: монография. Тамбов, 2007. 291с.
3. Калинина М.И. Формирование и управление инновационной инфраструктурой региона: дис.:... канд. экон. наук. СПб.: РГБ. 2007. С. 14
4. Сурнина Н.М.. Пространственная экономика: теоретико-методологическое и научно-практическое исследование: автореф. дис.. д-ра экон. наук. Екатеринбург. 2003. 17 с.
5. Фоломьев А.Н. Инновационный тип развития экономики. Изд. 2-е доп. и перераб. М.: Изд-во РАГС, 2008. С. 57
6. Чистякова, Н. О. Мониторинг и оценка эффективности функционирования инфраструктуры инновационной системы региона: автореф.. канд. экон. наук. Новосибирск, 2009. С12-13.
7. Шляхто, И.В. Оценка инновационного потенциала региона //Управление общественными и экономическими системами. 2007. №1. С.1-7.
Дронов Евгений Анатольевич, канд. экон. наук, доцент, генеральный директор, sekretar@,tulamash.т, Россия, Тула, АО «АК «Туламашзавод»,
Самочкин Владимир Николаевич, д-р экон. наук, проф., samochkin@,tulamash.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Барахов Владимир Иванович, канд. техн. наук, главный специалист, potmz2@,tulamash.ru, Россия, Тула, АО «АК «Туламашзавод»
ONE OF APPROACHES TO ASSESSMENT OF EFFICIENCY OF APPLICATION OF THE X-RAY TOMOGRAPHY FOR IMPROVEMENT OF QUALITYCYLINDER OF THE DIESEL ENGINE
E.A. Dronov, V.N. Samochkin, V.I. Barakhov
One of possible approaches to assessment of economic effect of application of a x-ray computing tomography for a research of heterogeneity of distribution of density on internal structure of pig-iron cylinders of diesel engines for the purpose of elimination of their jamming is offered. The numerical example of calculation of economic effect of application of a tomography is given.
Key words: economic efficiency, x-ray tomography, cylinder of the diesel engine.
Dronov Evgeny Anatolyevich, candidate of economic sciences, associate professor, sekretar@,tulamash.ru, Russia, Tula, CEO of JSC Tulamashzavod,
Samochkin Vladimir Nikolaevich, doctor of economic sciences, professor, samo-chkin@,tulamash.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Barakhov Vladimir Ivanovich, candidate of technical sciences, chief specialist , potmz2@,tulamash.ru, Russia, Tula, CEO of JSC Tulamashzavod
