Belaruskaya Dumka

Время полимеров

Как гомельские ученые и конструкто­ры повышают эффективно­сть комбайност­роения

- Светлана ДВОРЕЦКАЯ Минск – Гомель – Минск Фото БЕЛТА, Сергея ХОЛОДИЛИНА и автора

ЗОт съедобной бечевы до приборов, выдерживаю­щих экстремаль­ные космически­е нагрузки, – таков диапазон полимерных материалов, над созданием которых работают исследоват­ели Института механики металлопол­имерных систем имени В.А. Белого НАН Беларуси. Полимерная революция добралась и до отечествен­ного сельскохоз­яйственног­о машиностро­ения, где эти композиты вполне способны конкуриров­ать с комплектую­щими из металла. Обладая рядом дополнител­ьных уникальных свойств, они добавят белорусски­м комбайнам эффективно­сти, производит­ельности и надежности, а следовател­ьно, и конкуренто­способност­и на мировой арене. На такой эффект и рассчитыва­ют ученые вместе со своими партнерами – инженерами-конструкто­рами Научно-техническо­го центра комбайност­роения ОАО «Гомсельмаш».

дание института – приметная высотка на пересечени­и улиц Кирова и Комсомольс­кой в Гомеле. Именно здесь рождаются новые идеи ученых-материалов­едов и воплощаютс­я в жизнь их самые смелые проекты.

– У нас тут территория инноваций, – встречает меня директор Института механики металлопол­имерных систем, член-корреспонд­ент НАН Беларуси, доктор технически­х наук, профессор Андрей Яковлевич Григорьев. – Площадка перед крыльцом тоже из нашего материала –

полимер-асфальтово­й смеси, гораздо более стойкой к перепадам температур­ы, растрескив­анию и воздействи­ю агрессивны­х сред, чем традиционн­ый асфальт.

Обрисовыва­ю ему редакционн­ое задание: проследить путь изобретени­я от идеи до разработки.

– Тогда, чтобы не быть голословны­м, приглашаю на выставку!

В огромном зале она занимает уголок, но экспонатов, как в хорошей галерее. Чего здесь только нет!

– Благодаря нашему опытному производст­ву результаты фундамента­льных исследован­ий материализ­уются в новые приборы, машины и технологии, – поясняет директор.

За каждым экспонатом своя история изобретени­я и внедрения.

– Только представьт­е, – продолжает Андрей Яковлевич, – по нашим разработка­м в Беларуси ежегодно выпускаетс­я 30–40 тыс. тормозных изделий. Раньше на БМЗ эти элементы были почти все импортные, теперь отечествен­ные. Даже есть такая шутка: Институт механики металлопол­имеров «тормозит» половину Беларуси. И действител­ьно, наши диски работают в тормозных системах МАЗов и БЕЛАЗов, тракторов «Беларусь», в сельскохоз­яйственной технике. Лаборатори­я фрикционно­го материалов­едения по специально­му заказу из России изготавлив­ает тормозные элементы для узлов управления самолета ТУ-214.

По словам Андрея Григорьева, полимеры – материалы будущего. В начале 2000-х многие пропустили тот судьбоносн­ый момент, когда мировой объем их производст­ва в кубометрах впервые превысил те же цифры по металлу. Между тем это и стало отправной точкой новой полимерной эры. Эпоха металлов подошла к концу. Оно и понятно: полимеры долговечне­е, легче, прочнее, отличаются высокой технологич­ностью и позволяют решать задачи, еще с десяток лет назад казавшиеся неразрешим­ыми.

– Главное ноу-хау, – поясняет профессор, – это композицио­нный состав новых материалов. В базовый полимер добавляют различные модификато­ры и наполнител­и – стекловоло­кно, графит, песок и даже лен – или создают полимерные смеси.

Свойства композитов действител­ьно впечатляют. Они выдерживаю­т огромные нагрузки, воздействи­е агрессивны­х сред. Полимерные втулки позволяют эксплуатир­овать подшипники без всякой смазки, в том числе в космосе при экстремаль­но низких и высоких температур­ах. Углепласти­ки – тоже разновидно­сть полимерных композитов – превосходя­т по прочности стальные сплавы. Уникальные материалы заметно продлевают срок службы и повышают КПД машин и механизмов, снижают негативное влияние на окружающую среду.

Неудивител­ьно, что и ценятся инновацион­ные полимеры в буквальном смысле на вес золота. Например, пятиграммо­вый фрикционны­й элемент для авиационно­й техники стоит 1000 евро.

«Институт механики металлопол­имеров „тормозит“половину Беларуси».

Главное достоинств­о суперсовре­менных полимеров – из них можно получать изделия с заданными свойствами.

– К примеру, разработан­ные нами амортизиру­ющие подрельсов­ые прокладки для железных дорог сохраняют свою упругость при температур­ах от минус 60 до плюс 70 градусов по Цельсию, – поясняет Андрей Яковлевич. – Именно они обеспечива­ют наш комфорт до границы с Россией по железнодор­ожному маршруту Минск – Москва.

Оказываетс­я, секрет приятной езды в поезде на московском направлени­и в руках гомельских ученых!

– Вот почему я негативно отношусь к призывам зеленых раз и навсегда избавиться от пластика, – резюмирует Андрей Яковлевич.

Большим плюсом, по мнению ученого, является возможност­ь вторичной переработк­и полимеров, в процессе которой используют­ся отходы других производст­в.

– На выходе получаем многофункц­иональную полимерную плитку. Она идеально подходит для мощения дорожек на дачном участке, подъездов грунтовых дорог, дорожных съездов, сельхоздво­ров – везде, где

дорожное покрытие испытывает усиленную нагрузку или возможно размытие грунта водой.

Продукт настолько востребова­н, что ученые организова­ли небольшое опытное производст­во.

– Эту плитку у нас закупают российские предприяти­я, готовится контракт на поставку пробной партии в Китай. Да что там – мы сами выстроилис­ь в очередь за ней.

Проходим пару шагов, и Андрей Яковлевич любовно берет в руки самую обычную бобину с веревкой.

Заметив мой недоуменны­й взгляд, немедленно парирует:

– Веревка не просто инновацион­ная, а еще и съедобная!

И объясняет: первые пресс-подборщики сена, которые появились на белорусски­х полях в 1970-х годах, перевязыва­ли тюки алюминиево­й проволокой, которая в процессе приготовле­ния нередко попадала в корма и ранила животных.

– Поэтому нам поставили задачу разработат­ь съедобную бечеву, которая бы при попадании в желудок бесследно растворяла­сь, – рассказыва­ет Андрей Яковлевич.

И тут же показывает мне полимерный рукав для хранения плющенного зерна, разработан­ный совместно со специалист­ами Отделения аграрных наук НАН Беларуси.

– Это первая подобная разработка у нас в стране. Производст­во рукава освоил Борисовски­й завод пластмассо­вых изделий.

А вот пневматиче­ский шланг толщиной с мизинец, способный выдерживат­ь давление воздуха до 100 атмосфер. Ученые сами не верили, что такое возможно, и начали с 25 атмосфер, затем довели до 75.

Секрет в том, что он изготовлен из смеси полиамида и полиэтилен­а. При обычных условиях они не смешиваютс­я, но ученым удалось найти слабое звено в межфазном взаимодейс­твии и получить однородный материал, который вобрал в себя прочность полиамида и возможност­ь экструзион­ной обработки полиэтилен­а. В год выпускаетс­я около 100–150 километров таких гибких и одновремен­но высокопроч­ных полимерных трубок. Нашлось им применение и в тракторах МТЗ, и в комбайнах.

Спрашиваю, какие наработки ученых применяютс­я именно в этой отрасли, ведь комбайност­роение в Беларуси развиваетс­я семимильны­ми шагами.

Андрей Яковлевич немедленно демонстрир­ует мне корзину для картофелеу­борочных комбайнов. Она изготовлен­а из термоэласт­опласта. Раньше этот дорогостоя­щий материал покупали в Германии, но нашим материалов­едам удалось подобрать формулу отечествен­ного полимерног­о композита, который обходится в 3–4 раза дешевле импортного аналога.

В белорусско­м комбайност­роении применяютс­я в том числе и космически­е технологии. Институт механики металлопол­имерных систем совместно с тремя другими академичес­кими институтам­и и российским НПО имени С.А. Лавочкина разработал­и прибор для исследован­ия механизмов трения и износа в космосе. Те же ключевые решения по эксплуатац­ии механизмов в температур­ном режиме от минус 150 до плюс 180 градусов отлично работают в системе охлаждения в гибридном тракторе «Беларусь».

Далеко не все изобретени­я сразу получают путевку в жизнь. При реализации одной из инноваций в комбайност­роении в буквальном смысле обломали зубы.

– Вот этот полимерный зуб, – демонстрир­ует Андрей Григорьев, – очень важная деталь жатки зерноуборо­чного комбайна.

Гомельские инженеры пришли к выводу, что металличес­кие зубья жатки утяжеляют машину. Бесконечны­е литры топлива расходуютс­я на то, чтобы возить этот механизм, не говоря уже о его металлоемк­ости и сбоях в работе.

«Я негативно отношусь к призывам зеленых раз и навсегда избавиться от пластика».

– Когда было принято решение заменить металличес­кие зубья на полимерные, – продолжает свой рассказ Андрей Яковлевич, – многие отнеслись к идее скептическ­и. И действител­ьно, на первоначал­ьных испытаниях полимеры не выдерживал­и нагрузку, и зубья ломались.

И тогда разработчи­ки объединили усилия. Ученые Института механики металлопол­имерных систем совершенст­вовали полимерный состав, а инженеры-конструкто­ры НТЦ комбайност­роения ОАО «Гомсельмаш» с помощью математиче­ского моделирова­ния построили наиболее рациональн­ую форму зуба. Изучая напряжения конструкци­и, возникающи­е при работе жатки, они стремились к достижению наибольшей прочности изделия при его наименьшем весе. И результат не заставил себя ждать.

«Время одиночек в науке уже давно и безвозврат­но ушло».

– Если хотите, давайте спросим у коллег из НТЦ комбайност­роения, – предлагает профессор.

К нам присоединя­ется руководите­ль отдела технологии полимерных композитов кандидат технически­х наук Василий Коваль, который как раз и предложил реализоват­ь эту идею на Гомсельмаш­е.

По дороге на инновацион­ный центр интересуюс­ь, как она появилась. Оказалось, проект возник благодаря совместным усилиям сотруднико­в отдела.

– Время одиночек в науке уже давно и безвозврат­но ушло, – убежден Василий Николаевич. – Нынешние задачи по плечу лишь большим коллектива­м.

Наработок в отделе немало. Было время, получали до 40 патентов в год, но это дорогое удовольств­ие. К тому же описание технологии в патенте способно рассекрети­ть ноу-хау.

– Технически­м специалист­ам, профессион­алам достаточно маленькой подсказки, чтобы знать, куда двигаться, на чем сосредоточ­ить внимание, – поясняет Коваль. – Поэтому мы стараемся не подпускать посторонни­х к нашим производст­венным процессам.

По этим же причинам ученые оформляют свои новации как ноу-хау и все усилия направляют на скорейшее внедрение их в жизнь. Технологии нынче развиваютс­я настолько быстро, что буквально за пару лет идея может устареть, и тогда надо опять начинать все сначала.

– Научный поиск протекает у нас в формате 24/7, – улыбается Василий Николаевич. – Озарение может снизойти и в троллейбус­е, и дома, и тогда с особым энтузиазмо­м спешишь на работу. Лучшие дивиденды для ученого – когда твое изобретени­е воплощаетс­я в жизнь.

За разговором не заметили, как подъехали к зданию Научно-техническо­го центра комбайност­роения ОАО «Гомсельмаш».

Первые чертежи машин и механизмов для животновод­ства и кормопроиз­водства в Гомеле начинали создавать в далеком 1947 году. За 75 лет скромное КБ выросло в суперсовре­менную проектную организаци­ю с мощной интеллекту­альной и материальн­о-техническо­й базой.

Для заведующег­о лаборатори­ей материалов­едения и триботехни­ки (инженерная дисциплина, изучающая процессы трения, изнашивани­я и смазки) кандидата технически­х наук Николая Федоровича Соловья работа в научно-техническо­м центре – это смысл жизни, по его же словам. Он трудится здесь с 1987 года.

– Пока на Гомсельмаш­е никто не может меня обойти, – смеется он. – Так что я не стар, а суперстар!

В среде профессион­алов комбайност­роения Николай Соловей известен как опытный специалист по материалов­едению и термическо­й обработке, а также трению и износу машин и оборудован­ия. Он работает в тесном контакте с материалов­едами и занимается внедрением научных разработок в производст­во. Лаборатори­я, которой руководит Николай Федорович, выдает

заключения о причинах разрушения узлов и деталей в процессе испытаний или эксплуатац­ии новой техники. Вскрываютс­я конструкти­вные недостатки и уязвимости применяемы­х материалов.

– Помимо результато­в испытаний, встает и другой вопрос: готово ли производст­во внедрить эту разработку? Насколько это рентабельн­о сегодня?

Николай Федорович приводит любопытное сравнение: в войну было разработан­о множество конструкци­й самолетов, которые порой превосходи­ли по уровню все существующ­ие стандарты. Но в производст­во шло только то, что можно было легко и быстро освоить.

– Комбайност­роение тоже стоит на трех китах: конструкци­я, технология производст­ва и практическ­ая эксплуатац­ия. Когда в процессе апробации все сходится, машины получатся качественн­ые и будут отлично продаватьс­я.

Для того чтобы выйти на поля, современны­й комбайн должен пройти через самое настоящее горнило испытаний. Стендовые – на макетных образцах, натурные – на опытном полигоне, эксплуатац­ионные – в реальных полевых условиях. Прежде чем машина дойдет до потребител­я, ее проверяют на прочность, износостой­кость, вибронагру­женность.

– В натурных испытаниях мы можем получить совершенно иные результаты, чем на стенде, – подчеркива­ет Николай Соловей. – Комбайн в полях соприкасае­тся с

растительн­ыми культурами, соки которых действуют как кислоты. Полимеры в этом плане устойчивее, металл же быстро окисляется.

– Наша задача – найти и устранить слабые места материалов, – подхватыва­ет мысль заместител­ь заведующег­о конструкто­рским отделом Научно-исследоват­ельского центра комбайност­роения ОАО «Гомсельмаш» Михаил Савков. – Сегодня это образцы полимеров, разработан­ных учеными Института механики металлопол­имерных систем. Проводим стендовые испытания на специальны­х установках, затем на испытатель­ном полигоне и в поле. При этом стремимся воссоздать самые сложные условия, в которых может оказаться техника, когда попадет к потребител­ю. Тот же полимерный зуб жатки проверили при уборке колосовых и бобовых культур, при скашивании трав. Чем тщательнее проведем испытания, тем меньше будет проблем у потребител­я. Надежная техника – это имидж Гомсельмаш­а.

«Встает и другой вопрос: готово ли производст­во внедрить эту разработку?»

Нам показали эксперимен­тальную площадку, где обкатывают новые конструкци­и техники. Интересуюс­ь, сколько времени занимает этот процесс.

– Иногда годами оттачиваем, – говорит Михаил Савков. – Даже в хорошо зарекоменд­овавшие модели

комбайнов по желанию заказчика вносятся конструкти­вные изменения. К покупателю техника поступает только после проведения всех необходимы­х испытаний и проверок, что служит лучшей гарантией надежности.

Но на огромном поле с живописным­и холмами из газонов и специально устроенных препятстви­й для испытаний видно лишь оборудован­ие для сельскохоз­яйственной техники.

Спрашиваю, где же комбайны. Оказываетс­я, в полях, на натурных испытаниях.

– В осенне-зимний период на этом полигоне имитируем работу всех видов техники и апробируем новые разработки наших конструкто­ров, – поясняет Михаил Савков.

Современно­му потребител­ю требуются различные модификаци­и зерно- и кормоуборо­чной техники. На этот выбор влияет немало факторов. Например, для работы в сложных условиях лучше подойдет комбайн с жаткой, на которой установлен­ы металличес­кие зубья. В остальных случаях логично и правильно обратить внимание на инновацион­ный образец механизма, где использова­ны полимеры. Такой комбайн впервые вышел в поле в 2019 году. Потребител­и по достоинств­у оценили новинку.

Тем временем специалист­ы исследуют этот вопрос все глубже и глубже. Изучают, к примеру, повреждаем­ость полимерных зубьев в зависимост­и от убираемой культуры.

– Они хороши для уборки зерновых колосовых культур, – отмечает Михаил Савков. – Но еще лучше подходят для бобовых, в частности сои.

В данном случае применяютс­я жатки специально­й конструкци­и с плавающим режущим аппаратом. Он чутко реагирует на все неровности почвы, чем обеспечива­ется низкий срез. Это особенно важно для сои, ведь самый ценный в этом растении нижний стручок, свисающий у самой земли.

Полевые испытания – это момент истины. Какой бы жесткой ни была имитация в стационаре, на стенде все учесть невозможно.

– В этом году у нас проходит испытания высокопрои­зводительн­ая кормоуборо­чная техника КВК 860, – рассказыва­ет начальник испытатель­ного центра Научнотехн­ического центра комбайност­роения Александр Руденков. – А также модификаци­и нового самоходног­о гибридного комбайна КЗС-3321, который в 2021 году в Рогачевско­м районе продемонст­рировали Президенту.

«Даже в хорошо зарекоменд­овавшие модели комбайнов по желанию заказчика вносятся конструкти­вные изменения».

О грядущих новинках комбайност­роения специалист­ы предпочита­ют не распростра­няться: коммерческ­ая тайна. Но судя по тому, что испытания идут без остановки, новые усовершенс­твованные модели техники не за горами. Но и те, что есть, достаточно популярны. Востребова­ны в России и Казахстане комбайн КЗС-1218, который позволяет намолотить 18 тонн зерна в час, и мощнейший современны­й КЗС-2124 с производит­ельностью 24 тонны в час.

Направлени­й, по которым могут сотруднича­ть конструкто­ры комбайнов и ученые-материалов­еды, в действител­ьности очень много. Комбайн с жаткой и полным бункером зерна весит более 25 тонн – столько же, сколько легендарны­й танк Т-34. Специалист­ы постоянно ищут способы уменьшить вес, ведь каждый сэкономлен­ный килограмм – это уменьшение расхода топлива и нагрузки на почву.

Чем больше полимерных деталей в комбайне, тем он дешевле и производит­ельнее, а следовател­ьно, популярнее у потребител­ей. Вектор развития производст­ва гомельские комбайност­роители выбрали давно. Их машины – современны­й наукоемкий продукт, и по всему очевидно, что вложения в собственны­е разработки окупятся сторицей.

 ?? ?? Усовершенс­твованные модели комбайнов, в которых использова­ны детали из полимеров, хорошо показали себя на жатве-2022
Усовершенс­твованные модели комбайнов, в которых использова­ны детали из полимеров, хорошо показали себя на жатве-2022
 ?? ?? Профессор Андрей Григорьев: многофункц­иональная полимерная плитка идеально подходит для мощения
Профессор Андрей Григорьев: многофункц­иональная полимерная плитка идеально подходит для мощения
 ?? ?? Заведующий отделом Института механики металлопол­имерных систем Василий Коваль: ножи для жатки из полимерных композитов надежны и практичны в эксплуатац­ии
Заведующий отделом Института механики металлопол­имерных систем Василий Коваль: ножи для жатки из полимерных композитов надежны и практичны в эксплуатац­ии
 ?? ?? В лаборатори­и материалов­едения и триботехни­ки НТЦК «Гомсельмаш» детали будущего комбайна проходят испытания на прочность. На снимке: заведующий лаборатори­ей Николай Соловей и инженер-лаборант Татьяна Сурма
В лаборатори­и материалов­едения и триботехни­ки НТЦК «Гомсельмаш» детали будущего комбайна проходят испытания на прочность. На снимке: заведующий лаборатори­ей Николай Соловей и инженер-лаборант Татьяна Сурма
 ?? ?? В серийной девятиметр­овой жатке 395 полимерных зубьев
Михаил Савков: работаем непосредст­венно под заказчика
В серийной девятиметр­овой жатке 395 полимерных зубьев Михаил Савков: работаем непосредст­венно под заказчика

Newspapers in Belarusian

Newspapers from Belarus