CC BY
33
ОРГАНИЗАЦИЯ НАУЧНЫХ РАБОТ ,л
© В.Г. Ивахник, Г.Г. Каркашадзе, ' '
••2000 ::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::
УДК 001.83:622
В.Г. Ивахник, Г.Г. Каркашадзе
ИННОВАЦИОННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ: ИНТЕГРАЦИОННЫЕ СВЯЗИ УЧЕНЫХ МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА С НАУЧНЫМИ СТРУКТУРАМИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
С
овременные экономические преобразования в России предопределили характер сотрудничества Высшей школы (ВШ) с РАН, ориентированных как на рациональное использование ограниченных бюджетных ассигнований на их выживание, так и на активный поиск внебюджетных средств для плодотворного функционирования отечественной научной сферы. Стратегический союз вузовской науки с научными структурами РАН может характеризоваться многообразием различных форм их сотрудничества, но типичным подходом в формировании результативности сотрудничества в научной сфере должна быть организация эффективных интеграционных связей.
В настоящее время интеграционные процессы вузовской науки и РАН связываются с целесообразностью формирования в России единой инновационной сферы, как важнейшей базы в развитии государства [1]. В правительственном курсе совершенствования научной сферы интеграция ВШ и РАН рассматривается в контексте утверждения особой роли науки в реформировании экономики и укрепления государства, а научные организации РАН ориентируются на активное участие в инновационной деятельности, что, предполагает их привлечение к системе сложившихся научно-техни-ческих и финансовых связей производственной сферы с вузовской наукой, которая традиционно существовала за счет хоздоговорной темати-
ки. Эти связи ВШ с производственной базой страны, отработанные за многолетний период, значительно ослабли за годы настоящих экономических реформ, однако существуют и, очевидно, после завершения основного этапа либерализации экономики начнут полноценно функционировать. В этой связи, заинтересованность вузовской науки в действенных научнотехнических связях с РАН имеет серьезные основания, т.к. вузовская наука, в современных экономических условиях, нуждается в высокой степени готовности к масштабному возобновлению финансовых отношений с отечественной промышленностью на качественно новом уровне, требующем практическую реализацию только ликвидных инноваций [2]. Кроме того, ориентация отечественной научной сферы на активное участие в инновационном развитии российской экономики предполагает интенсивную систематизацию имеющегося научного задела ВШ и привлечение всего массива приоритетных отечественных инноваций, накопленных в научной сфере в целом, в том числе и в системе РАН.
Создание такого содружества вузовской науки с РАН, на примере МГГУ, можно характеризовать следующими результатами.
С 1988 года функционирует совместный Научный и Учебный центр, созданный Горным Университетом и Институтом проблем комплексного освоения недр (ИПКОН), объединяющий усилия и результаты организаций ВШ и РАН в проведении важнейших фундаментальных и приклад-
ных исследований в области горных наук, а также в подготовке и переподготовке специалистов по перспективным направлениям развития техники и приоритетных технологий.
Научно-исследовательский и учебный комплекс, организованный в форме Центра, работающего на общественных началах, базируется на кафедральном и лабораторном потенциале Горного Университета и научно-исследовательских структурах ИПКОН.
По результатам исследований проводятся совместные семинары, изданы сборники научных трудов, проведена научная конференция «Освоение подземного пространства страны», подготовлена научная конференция «Экологические проблемы горного производства». Ежегодно проводятся 10-12 научных семинаров, публикуется свыше 30 научных статей, делается более 40 докладов на научных конференциях и симпозиумах ( в том числе 5-6 международных).
Ученые Центра совместно участвуют в разработке проектов ряда государственных научно-технических программ, в том числе Федеральная целевая программа «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997 - 2000 годы (ИНТЕГРАЦИЯ)», «Прогрес-сивные технологии комплексного освоения топливноэнергетических ресурсов России (Недра России)», «Ресурсо-сберегающие и экологически безопасные процессы горно-металлургического производства»
- «Экогорметкомплекс будущего». В рамках Центра подготовлен и издан фундаментальный научный труд «Горные науки. Освоение и сохранение недр земли» [3], в котором приведена новая концепция горных наук, основанная на выявлении и изучении закономерностей развития геосистем с учетом экологических последствий нерачительного освоения недр.
В интеграционных связях Горного Университета с РАН инновационный блок создания и промышленной реализации отечественных нововведений формируется Инженерным центром (ИЦ) МГГУ, организованным году для масштабного внедрения в горнодобывающей и других отраслях промышленности ликвидных инноваций
конструктивного и технологического профиля..
Организационный механизм функционирования научных структур, участвующих в инновационной дея-
тельности, базируется на порядке юридических взаимоотношений, НРС- неразрывное разрушающее средство, при затвердении увеличивает объем и создает напряжение в массиве, приводящее к развитию трещин и разрушению материала. Расход -2,7 кг на один погонный метр шпура 0 40 мм
включающий совместную апробацию экспериментальных и опытнопромышленных образцов ликвидных инноваций в промышленной сфере с последующим паритетным участием сторон в патентовании новых научнотехнических решений.
Интеграционные связи ВШ и РАН способствуют реализации возможностей выполнения совместных работ инновационной направленности на конкурсной основе. Так, к примеру, в 1995 г. ИЦ совместно с Институтом прикладной механики (ИПРИМ) РАН принял участие в промышленной апробации приоритетных технологий демонтажа сложных железнобетонных конструкций, которая осуществлялась в рамках реконструкци-онных работ в Большом Кремлевском дворце (БКД), выполняемых по указу Президента РФ № 1581 от 02.08.94г. «О восстановлении исторического облика БКД».
Регламентными работами в БКД был предусмотрен конкурсный отбор современных технологий и технических средств, обеспечивающих демонтаж железобетонных конструкций большой площади в здании, пред-
ставляющем государственную историческую ценность, исключающих техногенный риск (вибрация отбойных молотков, взрывчатые и огнеопасные вещества). В конкурсе приняли участие организации ВПК, РАН, ВШ и
ГКУ - гидроклиновая установка, обеспечивает разрушение бетона с помощью гидроскалывающих клиньев. К ним подводятся от насосной станции (входит в комплект поставки) высокое давление, которое передается на стенки шпура и вызывает в монолите разрушающие усилия
другие. Отбор конкурсных технологий осуществлялся в условиях полигонного эксперимента.
Отбор конкурсных технологий установил следующее:
• Использование лазеров - очень технологичный процесс разделки больших непрерывных поверхностей металла с высокой точностью (кроме железобетонного монолита).
Недостатки - высокая стоимость оборудования и квалификация специалистов, необходимость фокусирования излучения на объекте за счет его перемещения резкое снижение эффективности при запыленности, отсутствие серийных образцов, проблематичность использования в стесненных условиях чердака БКД.
• Использование__________воздутттно-
плазменной установки -высокая технологичность, исключительная приспособленность к условиям чердака БКД, неограниченность срока службы.
Недостатки - большой расход дискового твердосплавного и алмазного инструмента, отсутствие отечественного мобильного
оборудования для работы в стесненных условиях чердака БКД.
• Использование комплексной технологии, включающей невзрывные разрушаютттие средства (НРС), гидро-раскалываютттие устройства, сверление железобетона с применением активных средств - полная безопасность, возможность применения в любых труднодоступных участках БКД.
Недостатки - высокая производительность, которая компенсируется увеличением рабочих смен и привлечением
рабочих средней квалификации.
Конкурсная комиссия отдала предпочтение двум последним вариантам технологий, включаю-щим применение приоритетных отечественных технологий с использованием технологических средств ИЦ по магнитно-импуль-сной обработке (МИО) и ИПРИМ по поверхностно активным веществам (ПАВ). Кроме того, для работ в БКД были привлечены установки алмазного резания и сверления Фирмы «ХИЛТИ» (Лихтенштейн), с использование разработок ИЦ и ИПРИМ по повышению ресурса алмазного инструмента и уменьшению его расхода в БКД. Преимущества комбинированной технологии ИЦ - ИПРИМ позволили сделать выбор в пользу традиционного невзрывного разрушающего средства (НРС), гидроскалывающих устройств, термоэлектрического способа шелушения бетона, автогенной резки арматуры железобетона ручными перфораторами с использованием ПАВ.
Комплекс научно-техничес-ких и инженерных работ ИЦ и ИПРИМ включал как отработку инновационных технологий средств на экспериментальных объектах, так выбор рациональной схемы демонтажа потолочного перекрытия БКД (рис. 1).
В описаниях технических
Рис. 1. Общая схема разделки потолка БКД:
В х L х Н = 30 х 80 х 0,5
Вес 1 м2 железобетона (300 кг стали) = 2,7 тонны.
ТЭУ - термоэлектрическая установка, обеспечивает крупное и мелкое шелушение бетона до и за арматурой бетона. Напряжение питания - 220 ^380 В; мощ-
О С . С. С ТУТ)^. „пЛп
чая площадь - 2,1 х 1,2 м.
:учной пневмо-перфоратор с применением ПАВ, обеспечивающих бурение шпуров 0 40 мм со скоростью до 4 м/ час и частичное его разрушение.
средств, рекомендованных для разделки потолка БКД (Рис. 2), дается общее представление о выборе наиболее эффективных технологических решений.
В интенсивной инновационной деятельности МГГУ также определенное значение придается привлечению научного потенциала РАН к принципиально новым исследованиям, связанным с применением электромагнитных воздействий в горнодобывающих и других отраслях промышленности, приоритетность в использовании которых принадлежит ВШ. В результате совместных эксперименталь-
ных работ со специалистами институтов РАН: Центральным научноисследовательским ин-ститутом химии и механики (ЦНИИХМ), Институтом нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева (ИНХС), ИП-РИМ и др., были получены количественные оценки эффективности электромагнитных воздействий в импульсных режимах и определены следующие области целесообразного их применения:
• для обработки деталей различных деталей и узлов, выполненных из металлов, композитов и пластических масс, работающих в условиях интенсивного износа, переменных нагрузок
Рис. 2. Краткое описание действия технических средств, рекомендованных для разделки потолка БКД
и агрессивных сред с целью повышения их долговечности за счет увеличения вязкости материалов и снижения их усталостных и динамических напряжений;
• для обработки технического углерода с целью изменения его свойств, в замену способа ионизирующего радиационного воздействия, являющегося непроизводительным, небезопасным в радиационном плане и не обеспечивающего в достаточной мере улучшение эксплуатационных свойств резинотехнических изделий, в основе которых находится технический углерод;
• для обработки предельных и непредельных углеводородов, в том числе горюче-смазочных материалов, с целью увеличения теплотворной способности топлива и увеличения срока службы масел (моторных, трансмиссионных и т.д.).
По перечисленным областям применения импульсных электромагнитных воздействий в настоящее время осуществляется разработка ресурсосберегающих процессов горного и общего машиностроения, а также, улучшения качественных характеристик горючесмазочных материалов и резинотехнических изделий для горнодобывающей и других отраслей промышленности [4].
Сущность МИО заключается в воздействии импульсного электромагнитного поля, получаемого при электроразрядном
процессе импульсного преобразования энергии, на органические и неорганические вещества, требующие применения МИО. Продолжительность обработки одного объекта может быть различна, но, как правило, не превышает нескольких секунд или составляет доли секунды. В результате МИО на обрабатываемый объект генерируется сильное электромагнитное поле определенной частоты, что приводит к изменению структуры объекта в поверхностных слоях или во всем объеме.
Рис. 3. Исходное состояние структуры стали 25ХГ2МТЛ Рис. 4.Структура стали 25ХГ2МТЛ после МИО
В частности, установлено, что при определенной интенсивности и форме импульсов происходит улучшение (упорядочение) структуры и упрочнение поверхности обрабатываемых объектов. В других случаях (обычно при высокой интенсивности воздействия на объект) происходит нарушение молекулярных связей и разупрочнение объекта, причем при повторной его обработке первоначальные свойства объекта могут быть восстановлены и даже улучшены.
Опыт применения этой обработки свидетельствует о том, что МИО может подвергать следующие различные объекты: металлорежущий инструмент, литье, резинотехнические изделия, композиты, сыпучие материалы, жидкости, газы.[5-8]. Так, к примеру, энергетическое воздействие магнитным полем на стальное литье улучшает структуру стали за счет измельчения зерна, резко снижает концентрацию напряжений за счет равномерного распределения дефектных областей, создает магнитнострикционный эффект, вызывающий напряжение сжатия по всему объему металла.
В результате творческих связей вузовской науки с РАН созданы уникальные магнитно-импульсные установки (МИУ), применяемые для изменения физико-механических
свойств различных материалов и упрочнения узлов и деталей горнодобывающего, дробильно-сортировочного, землесосного и другого оборудования.
Эффективность инновационной технологии МИО представляется целесообразным рассмотреть на примере повышения износостойкости стали 25ХГ2МТЛ (рис. 3 4), имеющей приоритетность российских ученых и металлургов [9].
Комбинация термической обработки с МИО металла позволяет получить следующие механические характеристики стали 25ХГ2МТЛ при твердости Ш£ 28-32:
- предел текучести -
750-850 МПа;
- предел прочности -
900-1000 МПа;
- относительное сужение -
38-50%;
- ударная вязкость -
0,7-0,8 МДж/м2.
Приоритетная отечественная марка литейной стали 25ХГ2МТЛ разработана для замены дорогостоящей и ранее наиболее распространенной зарубежной аустенитной высокомарганцовистой стали 110Г13Л (сталь «Гатваль-да»), недостатками которой является высокая себестоимость (определя-мая использованием дорогостоящего элемента марганца, содержание которого достигает 15 %), жесткие требования к химическому составу (использование ферромарганца с низким содержанием фосфора) и параметрам изготовления литых деталей. Отсутствие ферромагнитных свойств у этих сталей значительно затрудняет извлечение из горной массы их фрагментов, утерянных при поломках экскаваторных зубьев, бульдозерных ножей и т.д.. Кроме того, сталь 110Г13Л имеет ограниченную свариваемость и тяжело обрабатывается механическим способом.
Новая сталь 25ХГ2МТЛ имеет износостойкость и прочность не ниже сталей типа 110Г13Л, более низкую себестоимость за счет резкого снижения концентрации легирующих элементов, удовлетворительную обрабатываемость резанием, хорошую свариваемость, обладает ферромагнитными свойствами и возможностью широкого изменения свойств при изменении режимов термической обработки и МИО.
Сталь 25ХГ2МТЛ успешно применяется при изготовлении зубьев и траков карьерных экскаваторов типа ЭКГ-5, бульдозерных ножей к Т-330, Т-170, кремальерных реек, зубчатых колес и других деталей горных машин.
Пятилетний опыт изготовления литья горного профиля из стали 25ХГ2МТЛ с МИО ОАО «Бежицкий сталелитейный завод» (г. Брянск) и результаты его эксплуатации в условиях железорудных карьеров (Косто-мукшского ГОКа, Оленегорского ГОКа, и др.), а также на предприятиях нерудной промышленности (ОАО «Пав-ловскгранит», ОАО «Хромцов-ский карьер», АОЗТ «Мансу-ровское
карьероуправление» и т.д.) показали, что новое износостойкое литье значительно дешевле и надежнее в работе по сравнению со штатным из традиционной стали 110Г13Л.
Технология МИО, осуществляемая полями больших энергий (до 10 кДж), позволила получить высокую износостойкость деталей, не уступающую стали 110Г13Л, а в ряде случаев при работе в условиях средней и низкой абразивности, например, на добыче известняка, песчаногравийных смесей и перегрузках, значительно превышающую износостойкость стали 110Г13Л.
Высокое качество деталей, изготавливаемых из стали 25ХГ2МТЛ, достигается обработкой на МИУ и обеспечивается 100% контролем геометрических размеров и дефектов, обязательной сертификацией химического состава и механических свойств по каждой плавке. Литые детали из стали 25ХГ2МТЛ хорошо обрабатываются резанием, подвергаются термической и магнитноимпульсной обработке, имеют низкую себестоимость по сравнению с отечественными и зарубежными аналогами.
Практические шаги Горного Университета и научных структур РАН при формировании интеграционных связей инновационной профилизации направлены на решение следующих важнейших задач:
• консолидацию отечественной научной сферы в единый образовательный и научно-инновационный комплекс;
• стабилизацию финансово- экономической базы ВШ и РАН в условиях становления отечественной рыночной экономики;
• совершенствование финансовоэкономического механизма функционирования ВШ и РАН в условиях различных форм собственности;
• объединение усилий отечественной научной сферы на решение профессиональных проблем науки и подготовки кадров в условиях реформирования российской экономики.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Московский государственный горный университет
1. Козлов Г.В. Основные направления государственной научнотехнической политики и программа стимулирования инновационных процессов в сфере науки: - В сб.: Влияние технопарков высшей школы на процессы преобразований в экономике регионов - важный фактор реализации единой инновационной политики государства. Vя научно-практическая конференция по МНТП «Технопарки и инновации» (1-3 апреля 1997 г., г. Тверь). Изд-во Тверского Инноцентра,
1997, с.14-19.
2. Пучков Л.А. Новые формы сотрудничества МГГУ с производством. АО «БСЗ», «Сталелитейщик», г. Брянск, 1995, № 21, с.1.
3. Горные науки. Освоение и сохранение недр земли (РАН, АГН, РАЕН, МИА). Под ред. К.Н. Трубецкого. - М.: Изд-во Академии горных наук, 1997. - 478 с.
4. Каркашадзе Г.Г., Ивахник В.Г. Магнитно-импульсная обработка материалов, используемых в горной промышленности. Горный журнал, № 7, 1999, с.93-94.
5. Способ обработки технического углерода и устройство для его осуществления. Патент РФ № 2099373, 1997.
6. Способ обработки жидких углеводородов и устройство для его осуществления. Патент РФ № 2098454, 1997.
7. Способ рекристаллизации металла. Патент РФ № 2064510, 1996.
8. Способ термообработки изделий из износостойкой ферромагнитной стали. Патент РФ № 2085595, 1997.
9. Износостойкая ферромагнитная сталь. Патент РФ № 2104323,
1998.
/■
у
Ивахник Владимир Георгиевич кандидаї технических наук, директор Инженерною ценіра МГГУ.
Ііаркаша&іе 1'еор<чт Г док юр іехнических наук, профессор, начальник Управления НИР МГГУ.
г
