Балабин К.В., студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме.

Министерство образования и науки РФ
филиал федерального государственного бюджетного
образовательного учреждения высшего профессионального
образования
«Московский государственный индустриальный университет»
в г. Вязьме Смоленской области
(филиал ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме)
Научно-практическая конференция
« Проблемы и перспективы развития автотранспортного
комплекса »
г. Вязьма
2012
ББК 65.37
П-80
Научно-практическая конференция: « Проблемы и перспективы развития
автотранспортного комплекса ». Вязьма: филиал ФГБОУ ВПО «МГИУ» в
г. Вязьме, 2012 – 130с.
ОРГАНИЗАЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
Бармашова Л.В., доцент, к э н
Павлов Н.Е. , доцент, к п н
Осипян В. Г., доцент, к т н
Воронова О. Н., ст преподаватель
Морозов С. М., доцент, к т н
Технический редактор:
М. А. Воробьева
Корректор:
Н.В. Никитина
ISBN 978-5-902327-93-6
Напечатано в Редакционно-издательском центре филиала
ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме, ул. Просвещения, д. 6а.
Тираж: 110 экз.
Подписано в печать: 29.05.2012г.
2
ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ
БЕЗОПАСНЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА
Абаров Е., студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме
В последние годы в связи с ростом плотности движения автомобилей в
городах резко увеличилось загрязнение атмосферы продуктами сгорания
двигателей. Выпускные газы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) состоят
в основном из безвредных продуктов сгорания топлива – углекислого газа и
паров воды. Однако в относительно небольшом количестве в них содержатся
вещества, обладающие токсическим и канцерогенным действием. Это окись
углерода, углеводороды различного химического состава, окислы азота,
образующиеся в основном при высоких температуре и давлении.
При горении углеводородного топлива происходит образование
токсичных веществ, связанное с условиями горения, составом и состоянием
смеси. В двигателях с принудительным воспламенением концентрация окиси
углерода достигает больших значений из-за недостатка кислорода для
полного окисления топлива при их работе на богатой топливом смеси.
При движении автомобилей в городе и на дорогах с переменным
уклоном и часто меняющимися скоростями с включенной передачей и
открытой дроссельной заслонкой двигателям приходится около 1/3 путевого
времени работать в режиме принудительного холостого хода. На
принудительном холостом ходу двигатель не отдает а, напротив, поглощает
энергию, накопленную автомобилем. При этом нерационально расходуется
топливо, усиленное всасывание которого приводит к наибольшему выбросу
токсичных газов СО и СН в атмосферу.
Автомобильные выхлопные газы — смесь примерно 200 веществ. В
них содержатся углеводороды—не сгоревшие или не полностью сгоревшие
компоненты топлива, доля которых резко возрастает, если двигатель
работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости на старте, т.е.
во время заторов и у красного сигнала светофора. Именно в этот момент,
когда нажимают на акселератор, выделяется больше всего несгоревших
частиц: примерно в 10 раз больше, чем при работе двигателя в нормальном
режиме. К несгоревшим газам относят и обычную окись углерода,
образующуюся в том или ином количестве повсюду, где что-то сжигают. В
выхлопных газах двигателя, работающего на нормальном бензине и при
нормальном режиме, содержится в среднем 2,7% оксида углерода. При
снижении скорости эта доля увеличивается до 3,9%, а на малом ходу—до
6,9%.
Основными эксплуатационными факторами, влияющими на уровень
вредных выбросов двигателей, являются факторы, характеризующие
состояние деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ). Повышенный износ
деталей ЦПГ и отклонения от их правильной геометрической формы
3
являются причиной увеличения концентрации токсичных компонентов в
отработавших газах (ОГ) и картерных газах (КГ).
Базовой деталью ЦПГ, от которой зависит работоспособность и
экологичность двигателя, является цилиндр, т. к. герметичность камеры
сгорания зависит от уплотняющей способности кольца в сопряжении с
цилиндром. От технического состояния цилиндров и поршневых колец
главным образом зависит интенсивность роста зазоров между кольцами и
канавками поршней. Таким образом, контроль и регулировка зазора между
кольцом и цилиндром в процессе эксплуатации являются существенным
резервом снижения количества вредных примесей в ОГ и КГ посредством
улучшения условий сгорания топлива и снижения количества масла,
оставшегося в надпоршневом пространстве.
Токсичными выбросами ДВС являются отработавшие и картерные
газы. С ними поступает в атмосферу около 40% токсичных примесей от
общего выброса. Содержание углеводородов в отработавших газах зависит
от технического состояния и регулировок двигателя и на холостом ходу
колеблется от 100 до 5000% и более. При общем небольшом количестве
картерных газов равном 2-10% отработавших газов в общем загрязнении
атмосферы, доля картерных газов составляет около 10% у мало изношенных
двигателей и вырастает до 40% при эксплуатации двигателя с изношенной
цилиндропоршневой группой, т.к. концентрация углеводородов в картерных
газах в 15-10 раз выше, чем в отработавших двигателя. Количество КГ, а так
же их химический состав зависят от состояния деталей ЦПГ,
осуществляющих уплотнение камеры сгорания. От величины зазоров между
трущимися деталями ЦПГ зависит проникновение газов из цилиндра в картер
и обратно. При этом увеличивается доля углеводородов с канцерогенными
свойствами из-за повышенного угара масла и увеличенного расхода
картерных газов через замкнутую систему вентиляции картера.
В ближайшие год-два в России может начаться падение добычи нефти,
прогнозируют эксперты. Это сделает проблематичным развитие
высокотехнологичных отраслей за счет нефтянки — традиционной "дойной
коровы" экономики России, — и приведет к повышению стоимости бензина
на автозаправках.
Мы не заметили, как "сырьевая игла", на которой уже давно "сидит"
российская экономика, немного проржавела, пошутил генеральный директор
Фонда национальной энергетической безопасности Константин Симонов в
беседе с корреспондентом "Росбалта". Аналогичные процессы, по словам
эксперта, происходят и с воспроизводством ресурсов топлива в России. "Все
более-менее разбирающиеся в отрасли специалисты говорят, что это
бумажное расширение ресурсной базы. На деле происходит переоценка
старых запасов. Мы достигли пределов развития и в ближайшие годы
нефтяная промышленность начнет идти вниз. При этом компании будут
тратить колоссальные деньги даже на то, чтобы хоть как-то поддержать ее на
прежнем уровне", — сообщил он.
4
Пока аналитики расходятся в оценке, когда же в России начнется
снижение показателя добычи нефти. Симонов полагает, что это может
случиться уже в следующем году. По его оценке, падение будет находиться в
пределах статистической погрешности — "процент-два". Затем в течение 3-5
лет динамика добычи нефти в России будет находиться на некоем плато.
После этого возможно ускорение темпов падения добычи "черного золота" в
России — до 5-7% в год. "Даже несмотря на колоссальные затраты", —
уточнил эксперт.
Старший аналитик ИФК "Метрополь" Сергей Вахрамеев настроен чуть
более оптимистично. По его оценке, в год Дракона будет все же отмечен
небольшой рост — на 0,5% или на 2,5 млн тонн (общероссийский уровень
добычи эксперт оценивает в 510-515 млн тонн по итогам 2012 года). Правда,
произойдет это, в основном, за счет увеличения добычи на новых
месторождениях Восточной Сибири. В традиционных месторождениях
Западной Сибири добыча будет падать.
Сокращение производства в целом по России может начаться в 2013
году, отметил эксперт. Произойдет это в том случае, если компании не
получат от государства новых льгот по налогообложению.
Еще с 1990-х годов российскую нефтянку прозвали "дойной коровой"
российской экономики. И несмотря многочисленные заявления о "ресурсном
проклятии" России, с тех пор мало что поменялось. "Когда Путин пришел к
власти и принималась известная десятилетняя программа Грефа, она
исходила из того, что надо любыми путями перераспределять инвестиции из
нефтегазового сектора в обрабатывающую промышленность, — напоминает
Константин Симонов. — Идея была проста. Давайте соберем денег для
бюджета и искусственно понизим инвестиционную привлекательность
отрасли, доля которой в экономике должна быть уменьшена. Прошло 12 лет.
И что говорил Путин на днях (на встрече с "Деловой Россией" —
"Росбалт")? То же самое, что писал Греф в начале "нулевых". Повысим
налоги на нефтегаз, чтобы увеличить инвестиции в обработку".
В "нулевых" добыча нефти в России росла очень быстро — до 10 с
лишним процентов в год. Но нефтяники в массе своей эксплуатировали
месторождения, запущенные еще во времена СССР. "Сегодня мы понимаем,
что советский потенциал когда-то кончится. И это когда-то наконец-то
наступает", — сообщил Симонов.
По его оценке, самой главной проблемой российской нефтяной отрасли
были инвестиции в будущее. Государство не создавало стимулов для
проведения разведочного бурения, развития добычи на шельфе. Эксперт
напомнил, что у России фактически нет возможности производить
соответствующее оборудование. "Даже та платформа, которая недавно
затонула, была сделана не в России, а в Финляндии. А буровая установка,
ставящая сейчас рекорды на Сахалине по горизонтальному бурению, имеет к
России весьма отдаленное отношение", — сказал он.
5
Отрасль серьезно экономила на будущем. И теперь наверстать
упущенное будет очень трудно. "Компании собираются инвестировать
колоссальные деньги. Но уже такой отдачи не будет. Все гринфилды — в
Восточной Сибири. Там не только сложнее добыча, но и нет
инфраструктуры. Значит, надо строить дороги, прокладывать трубопроводы.
Для добычи на шельфе надо вкладывать деньги в судостроение, в танкерный
флот", — заявил "Росбалту" глава Фонда национальной энергетической
безопасности.
За ошибки правительства неизбежно придется расплачиваться
россиянам, ведь такие колоссальные затраты нефтяников неизбежно
отразятся на стоимости бензина на автомобильных заправках. Возможно, это
влияние еще не слишком будет ощущаться в следующем году. Правда, и в
год Дракона избежать повышения цен не удастся. По оценке Сергея
Вахрамеева, в 2012 году цены на бензин вырастут на 8-10%.
Связано это с тем, что с 1 января государство намерено увеличить
акцизы на моторное топливо, что само по себе поднимет ценник на 95-й
бензин на 1-1,5 рубля. Помимо этого, стоимость бензина вырастет еще и за
счет инфляции — около 6%. И это без учета возможного роста стоимости
нефти на мировом рынке из-за обострения ситуации вокруг Ирана.
Анализ отечественной и зарубежной литературы показал, что развитие
перехода на новые виды топлива будет проходить три основных этапа. На
первом этапе будет использоваться стандартное нефтяное топливо, спирты,
добавки водорода и водородсодержащих топлив, газовое топливо и
различные их сочетания, что позволит решить проблему частичной экономии
нефтяного топлива. Второй этап будет базироваться на производстве
синтетических топлив, подобных нефтяным, производимых из угля, горючих
сланцев и т.д. На этом этапе решатся проблемы долгосрочного снабжения
существующего парка двигателей новыми видами топлива. На
заключительном, третьем этапе будет характерен переход к новым видам
энергоносителей и энергосиловых установок (работа двигателей на водороде,
использование атомной энергии).
Переход на водородную энергетику означает крупномасштабное
производство водорода, его хранение, распределение (в частности,
транспортировку) и использование для выработки энергии с помощью
топливных элементов. Водород находит применение и в других областях,
таких как металлургия, органический синтез, химическая и пищевая
промышленность, транспорт и т.д. Судя по современным темпам и
масштабам развития водородной энергетики на нашей планете, мировая
цивилизация в ближайшее время должна перейти к водородной экономике.
Фактически задача состоит в том, чтобы создать топливные элементы и
использовать водород для получения электрической энергии. Именно
топливным элементам я уделю основное внимание.
Начну с производства водорода. Один из его источников - природное
топливо: метан, уголь, древесина и т.д. При взаимодействии топлива с
6
парами воды или воздухом образуется синтез-газ - смесь СО и Н2 (рис. 2). Из
нее затем выделяется водород. Другой источник
- отходы
сельскохозяйственного производства, из которых получают биогаз, а затем синтез-газ. Промышленно-бытовые отходы тоже используются для
производства синтез-газа, что способствует одновременно и решению
экологических проблем, поскольку отходов много и их нужно утилизировать.
В конечном счете образуются углекислый газ, водород и окись углерода.
Дальше идет каталитическая очистка, электрохимическая конверсия и т.д.
Водород можно получать также электролизом воды, то есть разложением ее
под воздействием электрического тока. Очень важным элементом при
преобразовании газа, содержащего водород, является очистка газа на
палладиевых мембранах. В конечном счете получается чистый водород.
Теперь остановлюсь на способах хранения водорода. Самый
эффективный из них - это баллоны. В таблице 1 приведено отношение (в
процентах) массы водорода к массе тары для его хранения. Если баллон
выдерживает 300 атм, то в нем можно хранить 13% (масс) водорода; 500 атм
- 11%. В США разработаны баллоны, рассчитанные на 700 атм. Они хранят
9% водорода. Удобно хранить водород в сжиженном состоянии. Хорошие
способы его хранения - адсорбция водорода в гидридах металлов (порядка
3%) и в интерметаллидах (до 5%). Есть идеи и проводятся уже эксперименты
по таким способам хранения водорода, как углеродные наноматериалы,
нанотрубки и стеклянные микросферы. Отмечу, что целесообразно
максимально согласовать во времени процессы производства водорода из
традиционного топлива и его потребления, чтобы минимизировать
потребность в хранении водорода.
Перехожу к выработке электроэнергии с использованием водорода, то
есть непосредственно к топливным элементам. Это - гальваническая ячейка,
вырабатывающая электроэнергию за счет окислительно-восстановительных
превращений реагентов, поступающих извне. При работе топливного
элемента электролит и электроды не расходуются, не претерпевают какихлибо изменений. В нем химическая энергия топлива непосредственно
превращается в электроэнергию. Очень важно, что нет превращения
химической энергии топлива в тепловую и механическую, как в
традиционной энергетике. При сжигании газа, мазута или угля в котле
нагревается пар, который под высоким давлением поступает в турбину, а
турбина уже вращает электрогенератор.
В простейшем топливном элементе, где используются чистый водород
и чистый кислород, на аноде происходит разложение водорода и его
ионизация (рис. 3). Из молекулы водорода образуются два иона водорода и
два электрона. На катоде водород соединяется с кислородом и возникает
вода. Фактически в этом и состоит главный экологический выигрыш: в
атмосферу выбрасывается водяной пар вместо огромного количества
углекислого газа, образующегося при работе традиционных тепловых
электростанций.
7
Биоэтанол один, из мало кому известных, биологических видов
топлива. В США его изготавливают из кукурузы, в Бразилии из сахарного
тростника. Главное достоинство - это практически чистое альтернативное
топливо для экологии, вредных веществ, выпускаемых в атмосферу, в нем
минимальное количество. Лидирующими странами в потреблении этанола
являются такие страны, как США и Бразилия, а так же есть потребители и в
Европе – Швеция, здесь распространены автомобили, которые могут ездить
на бензине и на смеси бензина с этанолом - Flex-Fuel (FFV).
В автомобилях этанол применяют не в чистом виде, а в смеси с
бензином в гибких пропорциях. Биологического этанола в топливе Е-10 10%
и, соответственно, бензина 90%, в топливе Е-85 содержится 85% этанола и
бензина 15%. Нынешние автомобили могут заправляться топливом Е-10 без
каких-либо изменений, но при большой насыщенности этанола в топливе
требуются преобразования в двигателе, топливном баке, системе питания, в
топливо-проводе, необходимы уплотнения, устойчивые к бензину и спирту.
Также необходима перепрошивка блока управления, значительно
устойчивый клапан и их седла. Биоэтанол хорошо поглощает воду, так как он
гигроскопичен, что гарантирует коррозию деталей топливной системы. Когда
автомобиль работает при низких температурах, то это приводит к появлению
льда на авто-деталях, в топливной системе. В автомобилях Flex-Fuel
требуется перед пуском обязательный подогрев топлива.
У альтернативного биологического этанола присутствуют как
сторонники, так и противники. Единомышленники говорят, что применять
этанол в пропорциях с бензином лучше: работа двигателя улучшается,
уменьшается риск детонации, так как октановое число больше, чем у
бензина, форсунки не загрязняются, двигатель не перегревается.
Ненавистники этого топлива утверждают: мощность двигателя снижается,
потому что сгорание этанола в цилиндрах выделяет в три раза меньше
энергии в сравнении с бензином. А, следовательно, сильно увеличивается
потребление топлива, экономии не выйдет.
Из всех достоинств напрашивается вопрос: возможно ли перейти на
биоэтанол для автомобилей во всех странах. Нет, практически невозможно.
Чтобы получить такое огромное количество альтернативного биологического
топлива, требуется засеять дополнительно очень большие площади. К
примеру, возьмем Бразилию: для этой операции вырубаются леса Амазонки.
Что случится в мировом масштабе? При производстве этого топлива в
атмосферу выделяется огромное количество углекислого газа. Противники
этанола задаются вопросом: если везде начнут изготавливать этанол, то что
будет с нами, что мы станем есть, когда все сельские хозяйства
изготавливают сырье для топлива. Поэтому в мировом применении этанола
не будет никогда, а останется он лишь топливом регионального
использования.
А существует ли дизельное альтернативное биотопливо? Да,
существует. Дизельное биотопливо так и называется – биодизель, это смесь
8
солярки и переработанные продукты растительного масла, чаще всего этим
продуктом является рапс, соя или подсолнечник. Кстати, далеко не многие
знают, первые двигатели, изготовленные Рудольфом Дизелем, работали
совсем не на солярке, а на арахисовом масле.
У биодизеля имеется множество достоинств, главным его
достоинством является большое снижение выбросов вредных веществ в
атмосферу, ведь ради этого изобрели такое топливо для автомобилей. Еще у
него высокое цетановое число, понизилось содержание серы, улучшились
смазочные свойства в отличие от обычной солярки. Все ниже перечисленные
достоинства способствуют повышению ресурса двигателя. Маркировка этого
топлива зависит от процентного содержания в нем биодизеля, к примеру,
возьмем топливо маркой В-20, в нем присутствует 20% биодизеля, 80%
обычного дизельного топлива. Всегда в автомобилях применяется биодизель
в смеси с соляркой.
Но недостатки имеются и у биодизеля, и их достаточно много. При
использовании этого альтернативного топлива расход увеличивается, а
мощность двигателя снижается. В топливной системе образуется отложение
воска, когда дизельное биотопливо применяется в низких температурах. Срок
хранения очень мал – не больше трех месяцев, далее он начинает разлагаться.
Также биодизель более агрессивен к резиновым деталям.
Но самый главный недостаток дизельного биотоплива для автомобилей
- его изготовление сильно нагружает окружающую среду. Существенно
истощают почву растения, из которых перерабатывают топливо. Из-за этого
приходится повышать количество удобрений, а остатки этих удобрений
загрязняют подземные воды. Сторонникам биодизеля, как и с биоэтанолом,
следует задуматься: что важнее, экологически чистое топливо или еда на
столе?
Биогаз - это канализационный газ, его так называют, потому что
переработан из различных видов отходов: сельскохозяйственных, пищевых,
навоза и другого мусора. Состоит он из метана и углекислого газа. В
принципе, это тот же природный метан, биогаз для автомобилей очищают от
углекислого газа, только разница в его происхождении.
Как и у всех видов топлива для автомобилей, у альтернативного
биогаза имеются достоинства и недостатки. Начнем с достоинств: низкая
концентрация различных вредных веществ в выхлопных газах, высокая
антидетонационная стойкость, также можно сказать, что газ не смывает
масляную пленку со стенок цилиндров, увеличивая этим ресурс двигателя.
Переходя к недостаткам альтернативного биологического газа для
автомобилей, хочется отметить его низкую теплоотдачу, следовательно,
повышенный расход, и необходимость заправлять его только в тяжелые
баллоны. Общественный и грузовой транспорт - это единственная область
применения биогаза.
Альтернативные топлива, получают в основном из сырья не нефтяного
происхождения, применяют для сокращения потребления нефти. Главные
9
виды альтернативного топлива: сжиженные и сжатые горючие газы (напр.,
метан); спирты, продукты их переработки и смеси с бензином (напр.,
метанол, метил-третбутиловый эфир); топливные смеси (напр., водноугольные); синтетическое жидкое топливо; водород.
Биотопливо производится из органических материалов, типа пшеницы,
канола и сои.
Использование
альтернативных
видов
топлива, значительно
экологичнее, а его стоимость в объеме, эквивалентном 1 литру бензина,
составляет намного меньше.
БИБЛИОГРАФИЯ
1.http://www.sciteclibrary.ru
2.Вагнер В.А., Матиевский «Осуществление добавки водорода к
топливу и ее влияние на показатели работы дизеля» // Двигателестроение.1985.- №2.- С. 11-13.
3.Вагнер В.А., Синицын В.А., Батурин С.А. «Снижение сажевыделения
и радиационной теплоотдачи» // Двигателестроение.-1985, №8.-С. 11-13.
4.Вагнер В.А., Новоселов А.Л., Лоскутов А.С. Снижение дымности
дизелей / Алт. краев, правление Союза НИО СССР,-Барнаул: Б.и., 1991-140 с.
5.Магидович Л.Е., Румянцев В.В., Шабанов А.Ю. особенности
тепловыделения и рабочего процесса дизеля, работающего с добавками
водорода: Двигателестроение.-1983.- №9.- с.7-9.
ПРОБЛЕМЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И
ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ
АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА
Бочкарев Р., Нефатенков М., студенты филиала ФГБОУ ВПО МГИУ»
в г. Вязьме
Проблемы экологической безопасности автомобильного транспорта
являются составной частью экологической безопасности страны. Значимость
и острота этой проблемы растет с каждым годом. В инфраструктуре
транспортной отрасли России насчитывается около 4 тыс. крупных и средних
автотранспортных предприятий, занятых пассажирскими и грузовыми
перевозками. С развитием рыночных отношений появились в большом
количестве коммерческие транспортные подразделения небольшой
мощности. В 2000 году в РФ функционировало свыше 400 тыс. субъектов
транспортного рынка различных форм собственности. Рост автопарка,
изменение форм собственности и видов деятельности существенно не
повлияли на характер воздействия автотранспорта на окружающую
природную среду. Вызывает тревогу тот факт, что несмотря на проводимую
10
работы, выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспортных
средств увеличивается в год в среднем на 3,1%. В результате величина
ежегодного экологического ущерба от функционирования транспортного
комплекса России составляет более 3,5 млрд. долл. США и продолжает
расти. Автомобильный парк России в 2000 году составлял 27,06 млн. шт., в
том числе 20,12 млн. легковых автомобилей, 4. 57 млн. грузовиков, 650 тыс.
автобусов и 1,72 млн. прицепов и полуприцепов. Средний возраст
автотранспортных средств остается значительным и составляет 10 лет, в том
числе 10% парка эксплуатируется свыше 13 лет, полностью изношенный и
подлежит списанию. Автомобильный транспорт, с одной стороны,
потребляет из атмосферы кислород, а с другой – выбрасывает в атмосферу
отработанный газ, углеводороды. Воздействие автомобильного транспорта на
все составляющие биосферы: атмосферу, водные и земельные ресурсы,
литосферу и человека. Однако наиболее остро стоит проблема загрязнения
воздушного бассейна вредными выбросами с отработавшими газами
автомобильных двигателей.
В составе отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания
содержатся сотни вредных компонентов, однако наиболее существенными
являются: оксид углерода (СО), углеводороды (СН), оксиды азота (NOx),
твердые частицы (ТЧ), соединения свинца (Pb) и серы (SO2), альдегиды, а
также канцерогенные вещества. Важное значение начинает приобретать
загрязнение атмосферы диоксидом углерода (СО2), в больших количествах
содержащимся в отработавших газах автомобилей. Этот газ играет основную
роль в формировании парникового эффекта планеты - явления, устранение
которого в настоящее время стало глобальной проблемой.
Один автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы в среднем более 4
т кислорода, выбрасывая при этом с отработанными газами примерно 800 кг
угарного газа, 40 кг оксидов азота и почти 200 кг различных углеродов. В
результате по России от автотранспорта за год в атмосферу поступает
огромное количество только канцерогенных веществ: 27 тыс. т бензола, 17,5
тыс. т формальдегида, 1,5 т бенз(а)пирена и 5 тыс. т свинца. В целом, общее
количество вредных веществ, ежегодно выбрасываемых автомобилями,
превышает цифру в 20 млн. т.
Автомобильный парк, являющийся одним из основных источников
загрязнения окружающей среды, сосредоточен, в основном, в городах. Если в
среднем в мире на 1 км2 территории приходится пять автомобилей, то
плотность их в крупнейших городах развитых стран в 200-300 раз выше.
Во всех странах мира продолжается концентрация населения в
крупных городских агломерациях. С развитием городов и ростом городских
агломераций всё большую актуальность приобретает своевременное и
качественное обслуживание населения, охрана окружающей среды от
негативного воздействия городского, особенно автомобильного, транспорта.
В настоящее время в мире насчитывается 300 млн. легковых, 80 млн.
грузовых автомобилей и примерно 1 млн. городских автобусов.
11
Автомобили сжигают огромное количество ценных нефтепродуктов,
нанося одновременно ощутимый вред окружающей среде, главным образом
атмосфере. Поскольку основная масса автомобилей сконцентрирована в
крупных и крупнейших городах, воздух этих городов не только обедняется
кислородом, но и загрязняется вредными компонентами отработавших газов.
Согласно данным статистики в США, все виды транспорта дают 60% общего
количества загрязнений, поступающих в атмосферу, промышленность – 17%,
энергетика – 14%, остальные – 9% приходятся на отопление зданий и других
объектов и уничтожение отходов.
Противоречия, из которых «соткан» автомобиль, пожалуй, ни в чём не
выявляются так резко, как в деле защиты природы. С одной стороны, он
облегчил человеку жизнь, с другой – отравляет её в самом прямом смысле
слова. Специалисты установили, что один легковой автомобиль ежегодно
поглощает из атмосферы в среднем более 4 тонн кислорода, выбрасывая с
отработавшими газами примерно 800 кг окиси углерода, около 40 кг окислов
азота и почти 200 кг различных углеводородов. Если помножить эти цифры
на 400 млн. единиц мирового парка автомобилей, можно представить себе
степень угрозы, таящейся в чрезмерной автомобилизации.
Увеличение количества взвешенной в воздухе и осевшей на
поверхности пыли объясняется повышенным износом асфальтового
покрытия автомобильных дорог вследствие применения ошипованных шин.
Во многих крупных городах мира очень остро стоит проблема
городского транспорта. Транспортные потоки растут вместе с ростом
городов из-за стихийного, не подчинённого рациональному планированию
размещения жилых и промышленных зон. Распространение пригородного
образа жизни ведёт к увеличению числа частных автомобилей. Их потоки,
затопляющие уличную сеть (отнюдь на них не рассчитанную), делают
передвижение по городу в часы «пик» мучительно медленным.
Для ускорения передвижения сооружают грандиозные дорогостоящие
системы скоростных автомобильных трасс, получившие наиболее широкое
развитие в США и Японии. В стремлении сократить затраты средств на
приобретение земельных участков японские инженеры проложили
значительную часть таких трасс на мощных железобетонных опорах вдоль
русл рек и каналов. Там, где эстакады скоростных автотрасс идут по суше, их
опоры местами подняты на высоту 20-25 метров, а пролеты переброшены
прямо над кровлями домов. Эти инженерные решения подкупающе смелы,
они вошли новым элементом в городской ландшафт. Однако, «собирая»
движение с окружающих территорий, скоростные дороги лишь на какое-то
(обычно недолгое) время решают транспортную проблему города. Вскоре и
эти могучие коммуникационные каналы оказываются переполненными.
Общий хаос, причина которого – невозможность рационально регулировать и
территориально упорядочить социальные и экономические процессы,
оказывается сильнее самых смелых инженерных решений.
12
В Японии из-за небольших размеров территории на единицу площади
приходится в 5 раз больше автомобилей, чем в США. В результате такой
концентрации автотранспорта загрязнение воздуха достигло критического
уровня. Регулировщики уличного движения в центре Токио работают в
кислородных масках, сменяются каждые 2 часа и проходят «реанимацию»
специальных боксах, куда накачивается очищенный воздух.
Существует много технических и планировочных приёмов
выравнивания транспортной нагрузки на магистральной сети города. Прежде
всего, следует равномерно размещать основные зоны приложения труда и
жилые районы, а также места отдыха и центры культурно-бытового
обслуживания. Одновременно наиболее загруженные участки транспортной
сети можно дублировать новыми линиями.
Магистральные улицы в городах составляют примерно 20-30% общей
протяженности всех улиц и проездов. На них сосредотачивается до 60-80%
всего автомобильного движения, то есть магистрали в среднем загружены
примерно в 10-15 раз больше, чем остальные улицы и проезды.
Создание в городе сети магистралей скоростного движения позволяет
существенно увеличить скорости общественного транспорта и легковых
автомобилей, повысить её пропускную способность, сократить число
дорожно-транспортных происшествий, изолировать жилые районы и
общественные центры от концентрированных потоков транспортных средств.
Но магистраль скоростного движения – дорогостоящее сооружение.
Строительство её может быть эффективно только на направлениях,
обеспечивающих мощные и устойчивые транспортные потоки с
относительно большой в пределах города дальностью поездок, при которой
ощутим выигрыш от увеличения скорости движения. Поэтому такие
магистрали строят лишь в крупных городах с полицентрической структурой
и растянутой территорией.
При строительстве и реконструкции городов проектировщики
стремятся ограничить количество автомобилей, въезжающих в городские
центры, разрабатывают новые системы регулирования уличного движения,
сводящих к минимуму возможность образования транспортных пробок. Это
очень важно, потому что, останавливаясь и потом снова набирая скорость,
автомобиль выбрасывает в воздух в несколько раз больше вредных веществ,
чем при равномерном движении. Эффективными профилактическими
мероприятиями являются расширение улиц, создание между проезжей
частью дорог и жилыми домами фильтров – стен и зелёных насаждений.
Для снижения вредного влияния автомобильного транспорта требуется
вынос из городской черты грузовых транзитных потоков. Требование это
зафиксировано в действующих строительных нормах и правилах, но
практически соблюдается редко.
«Город без автомобиля» мыслится как сочетание широких
транспортных магистралей, где предоставляется простор для автомобильного
13
движения, с микрорайонами, куда въезд транспорта запрещён или предельно
ограничен и где люди ходят только пешком.
Эффективным мероприятием по снижению вредного влияния
автомобильного транспорта на горожан является организация пешеходных
зон с полным запретом въезда транспортных средств на жилые улицы. Менее
эффективное, но более реальное мероприятие – это введение системы
пропусков, дающих право на въезд в пешеходную зону только специальным
автомобилям, владельцы которых живут в конкретной зоне жилой застройки.
При этом должен быть полностью исключён сквозной проезд автотранспорта
через жилой квартал.
Развитие общественного транспорта в городах обуславливает
необходимость поиска путей оптимального использования городских
территорий, так как для перевозки одного пассажира в трамвае требуется 0,9
м2, автобусе – 1,1, легковом автомобиле – свыше 20 м2 городской
территории.
«Автомобиль не роскошь, а средство передвижения» – эти слова из
известного произведения Ильфа и Петрова, звучавшие иронически, обрели в
наше время реальный смысл. Более 10 млн. людей имеют автомобиль в
личном пользовании. Взлёт личного потребления автомобилей произошёл в
последние 15 лет. Один из основных источников шума в городе –
автомобильный транспорт, интенсивность движения которого постоянно
растёт. Наибольшие уровни шума 90-95 дБ отмечаются на магистральных
улицах городов со средней интенсивностью движения 2-3 тыс. и более
транспортных единиц в час.
Уровень уличных шумов обуславливается интенсивностью, скоростью
и характером (составом) транспортного потока. Кроме того, он зависит от
планировочных решений (продольный и поперечный профиль улиц, высота и
плотность застройки) и таких элементов благоустройства, как покрытие
проезжей части и наличие зелёных насаждений. Каждый из этих факторов
способен изменить уровень транспортного шума в пределах до 10 дБ.
В промышленном городе обычно высок процент грузового транспорта
на магистралях. Увеличение в общем потоке автотранспорта грузовых
автомобилей, особенно большегрузных с дизельными двигателями, приводит
к повышению уровней шума. В целом грузовые и легковые автомобили
создают на территории городов тяжёлый шумовой режим.
Шум, возникающий на проезжей части магистрали, распространяется
не только на примагистральную территорию, но и вглубь жилой застройки.
Так, в зоне наиболее сильного воздействия шума находятся части кварталов
и микрорайонов, расположенных вдоль магистралей общегородского
значения (эквивалентные уровни шума от 67,4 до 76,8 дБ). Уровни шума,
замеренные в жилых комнатах при открытых окнах, ориентированных на
указанные магистрали, всего на 10-15 дБ ниже.
Акустическая характеристика транспортного потока определяется
показателями шумности автомобильности. Шум, производимый отдельными
14
транспортными экипажами, зависит от многих факторов: мощности и режима
работы двигателя, технического состояния экипажа, качества дорожного
покрытия, скорости движения. Кроме того, уровень шума, как и
экономичность эксплуатации автомобиля, зависит от квалификации
водителя. Шум от двигателя резко возрастает в момент его запуска и
прогревания (до 10 дБ). Движение автомобиля на первой скорости (до 40
км/ч) вызывает излишний расход топлива, при этом шум двигателя в 2 раза
превышает шум, создаваемый им на второй скорости. Значительный шум
вызывает резкое торможение автомобиля при движении на большой
скорости. Шум заметно снижается, если скорость движения гасится за счёт
торможения двигателем до момента включения ножного тормоза.
За последнее время средний уровень шума, производимый
транспортом, увеличился на 12-14 дБ. Вот почему проблема борьбы с шумом
в городе приобретает всё большую остроту.
В условиях сильного городского шума происходит постоянное
напряжение слухового анализатора. Это вызывает увеличение порога
слышимости (10 дБ для большинства людей с нормальным слухом) на 10-25
дБ. Шум затрудняет разборчивость речи, особенно при его уровне более 70
дБ.
Ущерб, который причиняет слуху сильный шум, зависит от спектра
звуковых колебаний и характера их изменения. Опасность возможной потери
слуха из-за шума в значительной степени зависит от индивидуальных
особенностей человека. Некоторые теряют слух даже после короткого
воздействия шума сравнительно умеренной интенсивности, другие могут
работать при сильном шуме почти всю жизнь без сколько-нибудь заметной
утраты слуха. Постоянное воздействие сильного шума может не только
отрицательно повлиять на слух, но и вызвать другие вредные последствия –
звон в ушах, головокружение, головную боль, повышенную усталость.
Шум в больших городах сокращает продолжительность жизни
человека. По данным австрийских исследователей, это сокращение
колеблется в пределах 8-12 лет. Чрезмерный шум может стать причиной
нервного истощения, психической угнетённости, вегетативного невроза,
язвенной болезни, расстройства эндокринной и сердечно-сосудистой систем.
Шум мешает людям работать и отдыхать, снижает производительность
труда.
Наиболее чувствительны к действию шума лица старших возрастов.
Так, в возрасте до 27 лет на шум реагируют 46% людей, в возрасте 28-37 лет
– 57%, в возрасте 38-57 лет – 62%, а в возрасте 58 лет и старше – 72%.
Большое число жалоб на шум у пожилых людей, очевидно, связано с
возрастными особенностями и состоянием центральной нервной системы
этой группы населения.
Наблюдается зависимость между числом жалоб и характером
выполняемой работы. Данные опроса показывают, что беспокоящее действие
шума отражается больше на людях, занятых умственным трудом, по
15
сравнению с людьми, выполняющими физическую работу (соответственно
60% и 55%). Более частые жалобы лиц умственного труда, по-видимому,
связаны с большим утомлением нервной системы.
Массовые
физиолого-гигиенические
обследования
населения,
подвергающегося воздействию транспортного шума в условиях проживания
и трудовой деятельности, выявили определённые изменения в состоянии
здоровья людей. При этом изменения функционального состояния
центральной
нервной
и
сердечно-сосудистой
систем,
слуховой
чувствительности зависели от уровня воздействующей звуковой энергии, от
пола и возраста обследованных. Наиболее выраженные изменения выявлены
у лиц, испытывающих шумовое воздействие в условиях, как труда, так и
быта, по сравнению с лицами, проживающими и работающими в условиях
отсутствия шума.
Высокие уровни шума в городской среде, являющиеся одним из
агрессивных раздражителей центральной нервной системы, способны
вызвать её перенапряжение. Городской шум оказывает неблагоприятное
влияние и на сердечно-сосудистую систему. Ишемическая болезнь сердца,
гипертоническая болезнь, повышенное содержание холестерина в крови
встречаются чаще у лиц, проживающих в шумных районах.
Шум в значительной мере нарушает сон. Крайне неблагоприятно
действуют прерывистые, внезапно возникающие шумы, особенно в вечерние
и ночные часы, на только что заснувшего человека. Внезапно возникающий
во время сна шум (например, грохот грузовика) нередко вызывает сильный
испуг, особенно у больных людей и у детей. Шум уменьшает
продолжительность и глубину сна. Под влиянием шума уровнем 50 дБ срок
засыпания увеличивается на час и более, сон становится поверхностным,
после пробуждения люди чувствуют усталость, головную боль, а нередко и
сердцебиение.
Отсутствие нормального отдыха после трудового дня приводит к тому,
что естественно развивающееся в процессе работы утомление не исчезает, а
постепенно переходит в хроническое переутомление, которое способствует
развитию ряда заболеваний, таких как расстройство центральной нервной
системы, гипертоническая болезнь.
Для защиты людей от вредного влияния городского шума необходима
регламентация его интенсивности, спектрального состава, времени действия
и других параметров. При гигиеническом нормировании в качестве
допустимого устанавливают такой уровень шума, влияние которого в
течение длительного времени не вызывает изменений во всём комплексе
физиологических
показателей,
отражающих
реакции
наиболее
чувствительных к шуму систем организма.
В основу гигиенически допустимых уровней шума для населения
положены фундаментальные физиологические исследования по определению
действующих и пороговых уровней шума. В настоящее время шумы для
условий городской застройки нормируют в соответствии с Санитарными
16
нормами допустимого шума в помещениях жилых и общественных зданий и
на территории жилой застройки (№ 3077-84) и Строительными нормами и
правилами II.12-77 «Защита от шума». Санитарные нормы обязательны для
всех министерств, ведомств и организаций, проектирующих, строящих и
эксплуатирующих жильё и общественные здания, разрабатывающих проекты
планировки и застройки городов, микрорайонов, жилых домов, кварталов,
коммуникаций и т.д., а также для организаций, проектирующих,
изготавливающих
и
эксплуатирующих
транспортные
средства,
технологическое и инженерное оборудование зданий и бытовые приборы.
Эти организации обязаны предусматривать и осуществлять необходимые
меры по снижению шума до уровней, установленных нормами.
Одним из направлений борьбы с шумом является разработка
государственных стандартов на средства передвижения, инженерное
оборудование, бытовые приборы, в основу которых положены гигиенические
требования по обеспечению акустического комфорта.
ГОСТ 19358-85 «Внешний и внутренний шум автотранспортных
средств. Допустимые уровни и методы измерений» устанавливает шумовые
характеристики, методы их измерения и допустимые уровни шума
автомобилей (мотоциклов) всех образцов, принятых на государственные,
межведомственные, ведомственные и периодические контрольные
испытания. В качестве основной характеристики внешнего шума принят
уровень звука, который не должен превышать для легковых автомобилей и
автобусов 85-92 дБ, мотоциклов – 80-86 дБ. Для внутреннего шума
приведены ориентировочные значения допустимых уровней звукового
давления в октавных полосах частот: уровни звука составляют для легковых
автомобилей 80 дБ, кабин или рабочих мест водителей грузовых
автомобилей, автобусов – 85 дБ, пассажирских помещений автобусов – 75-80
дБ.
Санитарные нормы допустимого шума обуславливают необходимость
разработки технических, архитектурно-планировочных и административных
мероприятий, направленных на создание отвечающего гигиеническим
требованиям шумового режима, как в городской застройке, так и в зданиях
различного назначения, позволяют сохранить здоровье и работоспособность
населения.
Снижение городского шума может быть достигнуто в первую очередь
за счёт уменьшения шумности транспортных средств.
К градостроительным мероприятиям по защите населения от шума
относятся: увеличение расстояния между источником шума и защищаемым
объектом; применение акустически непрозрачных экранов (откосов, стен и
зданий-экранов),
специальных
шумозащитных
полос
озеленения;
использование различных приёмов планировки, рационального размещения
микрорайонов. Кроме того, градостроительными мероприятиями являются
рациональная застройка магистральных улиц, максимальное озеленение
17
территории микрорайонов и разделительных полос, использование рельефа
местности и др.
Существенный защитный эффект достигается в том случае, если жилая
застройка размещена на расстоянии не менее 25-30 м от автомагистралей и
зоны разрыва озеленены. При замкнутом типе застройки защищёнными
оказываются только внутриквартальные пространства, а внешние фасады
домов попадают в неблагоприятные условия, поэтому подобная застройка
автомагистралей нежелательна. Наиболее целесообразна свободная
застройка, защищённая от стороны улицы зелёными насаждениями и
экранирующими зданиями временного пребывания людей (магазины,
столовые, рестораны, ателье и т.п.). Расположение магистрали в выемке
также снижает шум на близрасположенной территории.
Основная причина загрязнения воздуха заключается в неполном и
неравномерном сгорании топлива. Всего 15% его расходуется на движение
автомобиля, а 85% «летит на ветер». К тому же камеры сгорания
автомобильного двигателя – это своеобразный химический реактор,
синтезирующий ядовитые вещества и выбрасывающий их в атмосферу. Даже
невинный азот из атмосферы, попадая в камеру сгорания, превращается в
ядовитые окислы азота.
В отработавших газах двигателя внутреннего сгорания (ДВС)
содержится свыше 170 вредных компонентов, из них около 160 –
производные углеводородов, прямо обязанные своим появлением неполному
сгоранию топлива в двигателе. Наличие в отработавших газах вредных
веществ обусловлено в конечном итоге видом и условиями сгорания топлива.
Отработавшие газы, продукты износа механических частей и покрышек
автомобиля, а также дорожного покрытия составляют около половины
атмосферных выбросов антропогенного происхождения. Наиболее
исследованными являются выбросы двигателя и картера автомобиля. В
состав этих выбросов, помимо азота, кислорода, углекислого газа и воды,
входят такие вредные компоненты, как окись углерода, углеводороды,
окислы азота и серы, твёрдые частицы.
Состав отработавших газов зависит от рода применяемых топлива,
присадок и масел, режимов работы двигателя, его технического состояния,
условий движения автомобиля и др. Токсичность отработавших газов
карбюраторных двигателей обуславливается главным образом содержанием
окиси углерода и окислов азота, а дизельных двигателей – окислов азота и
сажи.
К числу вредных компонентов относятся и твёрдые выбросы,
содержащие свинец и сажу, на поверхности которой адсорбируются
циклические углеводороды (некоторые из них обладают канцерогенными
свойствами). Закономерности распространения в окружающей среде твёрдых
выбросов отличаются от закономерностей, характерных для газообразных
продуктов. Крупные фракции (диаметром более 1 мм), оседая поблизости от
центра эмиссии на поверхности почвы и растений, в конечном счете,
18
накапливаются в верхнем слое почвы. Мелкие фракции (диаметром менее 1
мм) образуют аэрозоли и распространяются с воздушными массами на
большие расстояния.
В таблице основных загрязнителей воздушной среды, составленной
Организацией Объединённых Наций, окись углерода, помеченная силуэтом
автомобиля, стоит на втором месте.
Двигаясь со скоростью 80-90 км/ч в среднем автомобиль превращает в
углекислоту столько же кислорода, сколько 300-350 человек. Но дело не
только в углекислоте. Годовой выхлоп одного автомобиля – это 800 кг окиси
углерода, 40 кг окислов азота и более 200 кг различных углеводородов. В
этом наборе весьма коварна окись углерода. Из-за высокой токсичности её
допустимая концентрация в атмосферном воздухе не должна превышать 1
мг/м3. Известны случаи трагической гибели людей, запускавших двигатели
автомобилей при закрытых воротах гаража. В одноместном гараже
смертельная концентрация окиси углерода возникает уже через 2-3 минуты
после включения стартера. В холодное время года, остановившись для
ночлега на обочине дороги, неопытные водители иногда включают двигатель
для обогрева машины. Из-за проникновения окиси углерода в кабину такой
ночлег может оказаться последним.
Окислы азота токсичны для человека и, кроме того, обладают
раздражающим действием. Особо опасной составляющей отработавших
газов являются канцерогенные углеводороды, обнаруживаемые, прежде
всего, на перекрёстках у светофоров (до 6,4 мкг/100 м3, что в 3 раза больше,
чем в середине квартала).
При использовании этилированного бензина автомобильный двигатель
выбрасывает соединения свинца. Свинец опасен тем, что способен
накапливаться, как во внешней среде, так и в организме человека.
Уровень загазованности магистралей и примагистральных территорий
зависит от интенсивности движения автомобилей, ширины и рельефа улицы,
скорости ветра, доли грузового транспорта и автобусов в общем потоке и
других факторов. При интенсивности движения 500 транспортных единиц в
час концентрация окиси углерода на открытой территории на расстоянии 3040 м от автомагистрали снижается в 3 раза и достигает нормы. Затруднено
рассеивание выбросов автомобилей на тесных улицах. В итоге практически
все жители города испытывают на себе вредное влияние загрязнённого
воздуха.
На скорость распространения загрязнения и концентрацию его в
отдельных зонах города значительно влияют температурные инверсии. В
основном, они характерны для севера европейской части России, Сибири,
Дальнего Востока и возникают, как правило, при штилевой погоде (75%
случаев) или при слабых ветрах (от 1 до 4 м/с). Инверсионный слой
выполняет роль экрана, от которого на землю отражается факел вредных
веществ, в результате чего их приземные концентрации возрастают в
несколько раз.
19
Из соединений металлов, входящих в состав твёрдых выбросов
автомобилей, наиболее изученными являются соединения свинца. Это
обусловлено тем, что соединения свинца, поступая в организм человека и
теплокровных животных с водой, воздухом и пищей, оказывают на него
наиболее вредное действие. До 50% дневного поступления свинца в организм
приходится на воздух, в котором значительную долю составляют
отработавшие газы автомобилей.
Поступления углеводородов в атмосферный воздух происходит не
только при работе автомобилей, но и при разливе бензина. По данным
американских исследователей в Лос-Анджелесе за сутки испаряется в воздух
около 350 тонн бензина. И повинен в этом не столько автомобиль, сколько
сам человек. Чуть-чуть пролили при заливке бензина в цистерну, забыли
плотно закрыть крышку при перевозке, плеснули на землю при заправке на
автозаправочной станции, и в воздух потянулись различные углеводороды.
Каждый автомобилист знает: вылить из шланга весь бензин в бак
практически невозможно, какая-то часть его из ствола «пистолета»
обязательно выплёскивается на землю. Немного. Но сколько сегодня у нас
автомобилей? И с каждым годом их число будет расти, а, значит, будут
увеличиваться и вредные испарения в атмосферу. Лишь 300 г бензина,
пролитого при заправке автомобиля, загрязняют 200 тысяч кубических
метров воздуха. Самый простой путь решения проблемы – создать
заправочные автоматы новой конструкции, не позволяющие пролиться на
землю даже одной капле бензина.
Особенно опасен тот факт, что бензин или дизельное топливо, а также
мазут, зачастую просто смываются дождями с поверхности дорог, после чего
они попадают в грунтовые воды. Каждый школьник знает, что именно
грунтовые воды как раз и служат основными источниками питьевой воды для
человечества на всей планете. Кроме того, эти воды часто используют для
поливки полей и для питья животным на фермах.
Необходимо отметить, что с точки зрения наносимого экологического
ущерба, автотранспорт лидирует во всех видах негативного воздействия:
загрязнение воздуха – 95%, шум – 49,5%, воздействие на климат – 68%.
Экологические проблемы, связанные с использованием традиционного
моторного топлива в двигателях транспортных средств, актуальны не только
для России, но и для всех стране мира. Во многих странах мира приняты
жесткие требования по экологизации автотранспорта. В результате с начала
90-х годов по их конец количество вредных веществ в отработанных газах
автомобилей за рубежом снизилось примерно в 2 раза, а всего за последние
40 лет содержание токсичных компонентов уменьшилось на 70% /2/. В
настоящее время многие зарубежные моторостроительные фирмы взяли курс
на решение задачи достижения нулевой (Zero) токсичности отработанных
газов. Их многолетний опыт показывает, что добиться этого можно только в
случае использования альтернативных (не нефтяных) видов моторного
20
топлива. Именно поэтому, практически все перспективные экологически
чистые автомобили, проектируются под альтернативные виды топлива.
Безусловно, значительные материальные затраты на создание
экологически чистых машин, связаны не с благородством и альтруизмом
западных моторостроительных компаний, а определяются давлением
государственных законов. Косвенно эти законы коснулись и Россию - к нам
хлынул поток зарубежных автомобилей, которые в развитых странах были
признаны экологически не безопасными, тем самым пополнив отечественный
автопарк автомобилей, наносящих колоссальный ущерб экологии наших
городов. Справедливости ради необходимо признать, что производимые в
России автомобили отстают на 8-10 лет по всем показателям (в том числе и
по экологии) от автомобилей, выпускаемых в настоящее время в
промышленно развитых странах.
«Евро-2»
CH
CO
NO
0.72
2.72
0.27
«Евро-3»
CH
0.2
CO
0.2
NO
0.15
Роль государства в вопросах экологизации автотранспорта особенно
красноречива видна на примере США. За последнее десятилетие в США
принято ряд законодательных актов, в которых самое пристальное внимание
уделяется проблеме улучшения экологической обстановки в городах и
населенных пунктах. В их числе: Закон «Об альтернативном моторном
топливе», Закон «О чистом воздухе», Закон «Об энергетической политике».
На основе этих законов Министерство энергетики США значительно
расширило научно-исследовательские работы в секторе потребления
энергоресурсов в автотранспорте и разрабатывает новые программы по
ускоренному широкомасштабному использованию альтернативных видов
топлив.
Как и во всем мире, в США в вопросе «экологизации» автотранспорта
основной упор делается на замещение нефтяного топлива природным газом.
Это отчетливо видно по динамике изменения применения альтернативных
моторных топлив в прогнозах на следующие 10 лет.
В таблице №1 приведены экспертные оценки по строительству
заправочных станций и переводу транспорта на альтернативные виды
топлива в США до 2010 года.
21
Таблица №1. Альтернативные моторные топлива 1994 г. 2010 г.
1. Структура автопарка по видам альтернативного моторного топлива
2. Автозаправочные станции по видам топлива
Электричество
0,2%
Метанол-этанол
8,10%
Природный газ
13,57%
Пропан
79,31%
Метанол
Этанол
Природный газ
Пропан
2,4%
0,1%
32,59%
66,36%
Широкое применение природного газа как наиболее чистого
альтернативного моторного топлива возведено в ранг государственной
политики. Ни для кого не секрет, что именно с этой целью все свое
президентство Билл Клинтон ездил на автомобиле, работавшем на
природном газе.
Приоритетность природного газа, как наиболее перспективного
экологически чистого моторного топлива, очевидна для многих стран мира.
В Канаде, Новой Зеландии, Аргентине, Италии, Голландии, Франции и
других странах успешно действуют национальные программы перевода
автотранспорта, в первую очередь городского, на газомоторное топливо. Для
этого разработана соответствующая нормативно-законодательная база:
ценовая, налоговая, тарифная, кредитная. В результате налицо явный
прогресс. В Нидерландах более 50% всего автотранспорта используют в
качестве топлива газ, в Италии – более 20%. 95% автобусного парка Вены и
87% парка Дании работают на газе. В странах Западной Европы для
стимулирования
газификации
автотранспорта
предусматривается
существенное уменьшение налогов на автомобили, использующие газовое
топливо. В среднем, эта разница составляет 1,5-2 раза, кроме того,
автовладельцы после конверсии автомобиля освобождаются от налоговых
выплат на 3 года. С 1996 года в Великобритании и Франции существенно
уменьшены налоги на автомобили, использующие газовое топливо. В
Германии эта разница составляет 1,5 раза, в Нидерландах – 1,7 раза /3/.
В начале 90-х годов прошлого столетия Правительство РФ также стало
принимать определенные меры по решению проблем экологизации
автотранспорта... Наиболее доступным является перевод автопарка на
природный газ, а так же становится важнейшей государственной задачей для
России.
Однако в последнее годы вопросы экологизации автотранспорта и
широкого использования природного газа в качестве моторного топлива явно
22
стали буксовать на федеральном уровне. С 1999 года по коридорам власти
гуляет проект Закона «Об использовании природного газа в качестве
моторного топлива», не ясна судьба и другого, не менее важного для России,
закона «Об обеспечении экологической безопасности автотранспорта»,
разработанного Комитетом Государственной Думы по экологии. Хотелось
бы надеяться, что приоритеты здоровья нации будут выше, чем чьи-то
ведомственные интересы.
Введение на территории России самых последних стандартов «Евро» к
сожалению является пока не возможным поскольку, нерациональная
структура отечественной нефтепереработки (недостаточны мощности
вторичных процессов) определяет низкое качество производимых бензинов и
дизельного топлива, не соответствующих современным требованиям. С
другой стороны, качество отечественных автомобильных двигателей
оставляет желать лучшего. Российские двигатели в большинстве уступают
зарубежным по таким показателям, как удельная мощность, экономичность,
шумность,
эксплутационная
технологичность,
экологичность
и
ремонтопригодность.
Поэтому, в настоящее время единственным путем повышения
экологичности автотранспорта является его перевод на природный газ, что
обеспечит сокращение вредных выбросов в окружающую среду двигателями
автомобилей до уровня, отвечающего жестким европейским нормам (см.
таблицу №2).
Таблица № 2. Нормы токсичности выхлопа автомобилей для
развитых европейских стран.
Наименования Год
Содержание в выхлопе
стандартов
введения
г/квт*ч
Твердые
частицы
NOx
CO
Cх Hу
Евро – 0
1988
14,4
11,2
2,5
-----Евро – 1
1993
8,0
4,5
1,1
0,36
Евро – 2
1996
7,0
4,0
1,1
0,15
Евро – 3
1999
5,0
2,0
0,6
0,10
Евро – 4
2005
3,5
1,5
----0,02
Евро – 5
2008
2,0
1,5
----0,02
Проблема перевода автотранспорта на природный газ представляет
собой решение комплекса сложных задач, среди которых наиболее
значимыми являются: серийное производство газобаллонных автомобилей;
создание инфраструктуры (сети) заправочных комплексов; разработка и
производство надежного газобаллонного оборудования; создание сервисной
сети для переоборудования автотранспортных средств; подготовка кадров;
правое и рекламно-информационное обеспечение и т.д. В связи с чем,
программы газификации автотранспорта и улучшения экологической
обстановки могут быть реализованы не только по указу сверху, но и при
поддержке и непосредственным участие региональных властей /4/.
23
Следует отметить, что проблемы газификации автомобильного
транспорта с успехом могут быть решены не только в Москве, но и на
местном уровне в любом регионе России. Именно местные власти могут
широко использовать предоставленные им законодательством налоговые и
тарифные стимулы для расширения использования газомоторного топлива на
транспорте. Положительные примеры такого подхода в Российской
Федерации уже имеются. В Республике Татарстан, Алтайском крае,
Белгородской, Брянской, Воронежской, Оренбургской, Самарской и ряде
других областей утверждены региональные программы для реализации этих
вопросов. Завершается подготовка программ в Вологодской, Костромской,
Ленинградской, Саратовской и Тамбовской областях. В КабардиноБалкарской Республике, Владимирской, Липецкой, Пензенской областях
задачи
по
газификации
автотранспортных
средств
определены
правительственными постановлениями.
Таблица №3 Параметры Бензин Дизтопливо
Параметры
Бензин
Дизтопливо
Природный
СУГ (Пропан)
газ
Объем
двигателя,
2,0
2,0
2,0
2,0
литров
Выброс
вредных
2,4
2,7
1,3
1,8
веществ, г/км
Расход топлива
на 100 км
пробега
(при 100%
90%
110%
115-120%
расчете 10л –
100%)
Стоимость
23,7
24,6
21,6
28
топлива, руб/л
Итоговая
стоимость
топлива
при 2370
2460
2160
2800
пробеге 100 км,
руб
Экономическая
выгода
по
отношению к 0
90
200
-430
бензину на 100
км пробега, руб.
Газификация автотранспорта – это не только решение экологических
проблем, но и экономия бюджетных средств (моторное топливо из
природного газа стоит наполовину дешевле нефтяного. Эксплуатация этих
24
газомоторных автомобилей позволяет в месяц экономить на топливе свыше
300 тыс. руб. В таблице №3 приведены данные экономической выгоды
конвертации автомобильного транспорта на газовое моторное топливо.
Охрана природы - задача нашего века, проблема, ставшая социальной.
Снова и снова мы слышим об опасности, грозящей окружающей среде, но до
сих пор многие из нас считают их неприятным, но неизбежным порождением
цивилизации и полагают, что мы ещё успеем справиться со всеми
выявившимися затруднениями.
Однако воздействие человека на окружающую среду приняло
угрожающие масштабы. Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся
целенаправленные и продуманные действия. Ответственная и действенная
политика по отношению к окружающей среде будет возможна лишь в том
случае, если мы накопим надёжные данные о современном состоянии среды,
обоснованные знания о взаимодействии важных экологических факторов,
если разработает новые методы уменьшения и предотвращения вреда,
наносимого Природе Человеком.
БИБЛИОГРАФИЯ
1.Аксёнов И.Я., Аксёнов В.И. Транспорт и охрана окружающей среды.
– М.: Транспорт, 1986.
2.Бензин, потеснись.//Фактор, №3, 2001. – стр40-41.
3.Голубев И.Р., Новиков Ю.В. Окружающая среда и транспорт. – М.:
Транспорт, 1987.
4.Гурьянов Д.И. Экологически чистый транспорт: направления
развития.//Инженер, технолог, рабочий. №2, 2001. – стр. 12-14.
5.Е.Криницкий. Экологичность автотранспорта должен определять
Федеральный закон.// Автомобильный транспорт, №9, 2000. – стр. 34-37.
6.Кириллов Н.Г. А воз и ныне там – проблема экологизации
автомобильного транспорта Санкт-Петербурга.//Промышленность Сегодня,
№11, 2001. – стр.13.
7.Кудрявцев О.К. Город и транспорт. – М.: Знание, 1975.
8.Луканин В.Н., Гудцов В.Н., Бочаров Н.Ф. Снижение шума
автомобиля. – М.: Машиностроение, 1981.
9.С. Жуков. Природный газ – моторное топливо XXI века. //
Промышленность сегодня, №2, 2001. – стр. 12.
10.Якубовский Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей
среды. – М.: Транспорт, 1979.
25
О ПЕРСПЕКТИВАХ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ И
НАНОМАТЕРАЛОВ
В АВТОМОБИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Воронова О. Н., старший преподаватель филиала ФГБОУ ВПО
«МГИУ» в г. Вязьме, Кулова Л. М., доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в
г. Вязьме
Новый XXI век принёс нам новые, кажущиеся пока фантастическими,
«высокие технологии», которые проникают во все области науки, техники и
даже в повседневный быт современного человека. Мы ещё до конца не
понимаем последствия этого вторжения, ещё не осознаём, что на наших
глазах совершается очередная научно – техническая революция, которая,
возможно, коренным образом изменит наш мир, но необратимость этого
процесса уже очевидна. Нанотехнологии, вероятно, являются самыми
перспективными разработками из мира Hi – Tech.
На сегодняшний день нет мирового стандарта, определяющего, что
такое нанотехнология и нанопродукция. В Российской Федерации принято
такое понятие: нанотехнология – это совокупность методов и приёмов,
обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и
модифицировать объекты, включающие в себя компоненты с размерами мене
100 нанометров, хотя бы в одном измерении, и в результате этого получать
принципиально новые качества, позволяющие осуществить их интеграцию в
полноценно
функционирующие
системы
большего
масштаба.
Нанотехнология, а точнее – нанонаука, возникла как новая дисциплина в
пограничной области между коллоидной химией, квантовой физикой,
молекулярной биологией и микроэлектроникой. Естественно, что она
впитала в себя все достижения этих наук, объединила их и приобрела новые
уникальные качества и возможности. Физика макромира изучает объекты с
размерами более 100 нм ( например, размер зерна металлов порядка 1000 нм
), а химия изучает атомы и молекулы – объекты с размерами менее 1 нм (
например, размер молекулы сахара примерно 1 нм ). Область пространства с
протяжённостью объектов от 1 до 100 нм оставалась «белым пятном» и
именно такие объекты (наночастицы ) стали предметом изучения нанонауки.
Англоязычные источники
связывают первое упоминание методов,
впоследствии названных нанотехнологией, с именем известного учёного
Ричарда Фейнмана, на знаменитых «Лекциях по физике» которого училось
не одно поколение студентов. Он говорил об этих методах в лекции на
ежегодной встрече Американского физического общества в 1959г. Кстати,
слово «нано» происходит от греческого «наннос», что означает гном,
карлик. Дольная приставка нано значит 10-9 какой-либо физической
величины, в частности - метра. Фейнман предположил, что возможно
механически перемещать одиночные атомы при помощи манипулятора
соответствующего размера и это не противоречит известным на сегодняшний
26
день физическим законам. Впервые термин «нанотехнология» употребил
японец Норио Танигучи в 1974г. Он назвал этим термином производство
изделий размером в несколько нанометров, точнее процессы создания
полупроводниковых структур с точностью порядка нанометра с помощью
методов фокусированных ионных пучков или осаждением атомных слоёв. К
чести советской и русской науки наши учёные также внесли свой вклад в
становление нанонауки. Так в 1951г. советские физики открыли углеродные
трубки – самый изучаемый в настоящее время наноматериал. Алфёров Ж.И.
за работы в области люминесцентных наноматериалов ( так называемых
«квантовых точек» ) получил Нобелевскую премию.
Оказалось, что наночастицы обладают рядом замечательных и
уникальных свойств: имеют высокие каталитические и адсорбционные
свойства;
обнаруживают
удивительные
оптические
свойства,
флуоресценцию, фото-эдс и другие; проявляют свойство агломерации, то
есть слипаются в сгустки; агломераты, в свою очередь, проявляют новые,
необычные качества.
Нанообъекты делят на 3 класса:
- трёхмерные объекты (их получают взрывом проводников,
плазменным синтезом, восстановлением тонких плёнок и другими
методами);
- двухмерные объекты (это плёнки, которые получают методом
молекулярного наслаивания, методом химического парофазного осаждения
и другими методами );
- одномерные объекты ( виксеры ) ( их получают методом химического
парофазного осаждения и другими методами).
Отдельно рассматривают нанокомпозиты – материалы, получаемые
введением наночастиц в какие-либо материалы.
Особый класс составляют органические наночастицы как естественные,
так и полученные искусственным путём.
Современные нанотехнологии делят на 3 типа:
- инкрементные (промышленное применение наночастиц в красках );
- квантовые точки (флуоресценция);
- углеродные трубки.
Возможно сближение и синтез этих технологий.
Новейшими достижениями в области нанотехнологий и получения
наноматериалов считают следующие:
углеродные нанотрубки ( диаметром от 1 до нескольких десятков нм и
длиной до нескольких см ) - свёрнутые в трубку графены ( используют при
получении нанокомпозитов ).
фуллерены - молекулярные соединения, принадлежащие к классу
аллотропных форм углерода (наряду с алмазом и графитом) – выпуклые
замкнутые
многогранники,
составленные
из
чётного
числа
трёхкоординированных атомов углерода.
27
графен – монослой атомов углерода каркасной структуры (в
перспективе – замена кремния в интегральных схемах).
нанокристаллы (с размерами менее 10 нм – изготавливаются из
цеолита, могут служить фильтрами для перевода сырой нефти в дизельное
топливо).
аэрогель – лёгкий высокопористый материал из кварца (используют в
черенковских счётчиках, при исследовании сверхнизких температур, как
захватывающую среду для космической пыли, в фильтрах различного
назначения).
наноаккумуляторы для электромобилей (электроды изготавливают из
Li4Ti5O12 ).
супергидрофобные материалы (самоочищение поверхности на основе
«эффекта лотоса» используют для безводной мойки автомобилей).
Однако, следует заметить, что от создания единичных лабораторных
образцов до серийного производства – дистанция огромного размера.
Высокие технологии, как правило, требуют огромных экономических затрат,
как на стадии лабораторных исследований, так и на стадии внедрения в
массовое производство. Об этом свидетельствуют следующие данные.
Лидерами в сфере нанотехнологий являются США и Япония. В 2012г. из
федерального бюджета на поддержку и развитие нанотехнологий США
выделяют 2,1 млрд. долларов, а Япония – 950 млн. долларов. Причём,
интересно отметить, что Япония быстрее наращивает финансирование. В
2012г. Россия выделит на эти цели 40 млрд. рублей. Это сравнимо с
вложениями США и свидетельствует о
чрезвычайной важности
наноисследований для нашего государства. По оценкам специалистов
мировой рынок нанопродукции вырастет к 2016г. в десять раз и Россия не
должна упустить в нём свою нишу.
1. Нанопокрытия, обеспечивающие безопасность вождения, сегодня
составляют
40% рынка нанотехнологий для автомобилей. К таким
покрытиям относят антиотражающие и антибликовые покрытия для зеркал и
гидрофобные покрытия для стёкол.
2. Преимущества использования нанотехнологий в автооптике
очевидны – компактность и снижение веса, сокращение энергопотребления и
больший срок службы. Светодиоды пока широко применяются только для
освещения приборных панелей, однако активно внедряются элементы
контрастного освещения на светодиодах. Системы стоп-сигнальных огней на
светодиодах уже к концу 2010г. занимали 43% мирового рынка таких систем,
а указатели поворота – 10%.
3. Современные автомобили на 17% состоят из инновационных
компонентов. Этот показатель для 2010г. был 14%. Нанотехнологии
применяют для производства следующих отдельных компонентов: датчики
сгорания топлива и выбросов, сенсоры, электроусилители, наножидкости,
краски и покрытия, улучшающие износостойкость; катализаторы и др.
28
4. Фирма Lanxess выпускает шины из полимерных материалов с
включением наночастиц, что позволяет на 15% увеличить протяжённость
пробега.
5. Концерн BMW разработал сажевый фильтр для дизельных моторов,
который удерживает 99% вредных веществ.
6. Фирма Mercedes-Benz
использует нанокраску, залечивающую
царапины.
7. С июля 2006г. фирма Аltair Nanotechnologies поставляет для
электромобилей наноаккумуляторы с литий-титановыми электродами, время
зарядки которых 10-15 минут.
8. На очистном заводе Exxon Mobil в Луизианне с помощью
цеолитовых
нанокристаллов осуществляют перевод сырой нефти в
дизельное топливо. Метод уже дешевле, чем конвекционный.
9. С 25 мая 2011г. австралийская компания Ecowach mobil CIS Ltd
вышла на российский рынок с безводной мойкой автомобилей, основанной
на наноэффекте «лотоса».
10. Самым интересным и самым многообещающим является внедрение
нанокомпозитов. Современные пластмассы не уступают по прочности стали,
при этом они легче, не поддаются коррозии, легки в обработке, дешевле
металлов. Лидерами в
применении композитов являются немецкие
компании. Достаточно сказать, что концерн Bayer Material Sciens ежегодно
инвестирует в эти исследования по 240 млн. евро. Использование пластмасс
и нанокомпозитов в современном автомобиле чрезвычайно велико:
пластиковые уплотнители на стёклах и дверях; звукопоглощающие
материалы, уменьшающие шум в салоне; искусственная кожа для сидений;
более прочные ремни для двигателей с включением графеновых нитей;
бамперы из пластика и др.
11. Иностранные компании рапортуют о внедрении в автостроение
наностали, обещая через 2-3 года заменить ею традиционный материал.
Справедливости ради, следует отметить, что наряду с о сторонниками и
энтузиастами нанотехнологий и наноматериалов, существуют и скептики, и
даже ярые противники этого революционного направления в науке и
технике. Они предупреждают человечество о возможных близких и
отдалённых негативных последствиях нанобума. Однако, джин уже выпущен
из бутылки, а прогресс человечества остановить невозможно. Слишком уж
велики и очевидны достоинства и преимущества
наноматериалов и
нанотехнологий. И самое очевидное доказательство этому – современный,
высокоскоростной, комфортабельный, безопасный, идеальный по дизайну и
лёгкий в управлении автомобиль.
БИБЛИОГРАФИЯ
1.Алфёров Ж.И. и др. «Наноматериалы
Микросистемная техника, М.,2003г. №8. , с.с. 3 -13.
29
и
нанотехнологии»,
2. Нанотехнологии в ближайшем десятилетии. Прогноз направления
развития, под ред . М.К.Роко и др., пер. с англ., М., Мир, 2002г.. с.292.
3. Абрамян А.А., Балабанов В.И., Основы прикладной нанотехнологии,
М., Магистр – Пресс, 2007г., с. 208.
4. IV Всероссийская конференция по наноматериалам НАНО – 2011,
сборник материалов, институт металлургии и материаловедения им. А.А.
Байкова РАН ,2011г., с. 574.
5. Internet – портал «Нанотехнологии и наноматериалы»
6.
«Нанотехнологии
в
автопроме»
(yandex.ru/yandsearch?p=98text=%ДО%ВД)
ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА АВТОМОБИЛЬНОГО
ТОПЛИВА
Зикеева Е.В. доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ»
к. с.-х. н., доцент
в г. Вязьме,
Основным видом автомобильного топлива в нашей стране является
бензин и дизельное топливо. Главная цель разработок
в области
автомобильных топлив - удовлетворение потребностей по расширению
источников сырья и выполнение требований охраны окружающей среды. По
традиционным автомобильным топливам – это разработка и производство
модернизированных традиционных бензинов и дизельных топлив,
отвечающих Европейским нормам и требованиям Технического регламента
по топливам, утвержденного Правительством России от 27.02.2008 г. № 118
[10].
Для получения автомобильных бензинов используют сложный
комплекс технологических процессов первичной и вторичной переработки
нефти на нефтеперерабатывающем заводе (НПЗ), а также различные
присадки и добавки, обеспечивающие соответствие современным
требованиям к составу и качеству этого вида моторного топлив.
Компонентный состав бензина зависит в основном от его марки и
определяется
набором
технологических
установок
на
нефтеперерабытывающем заводе. Базовым компонентом для выработки
автомобильных бензинов являются обычно бензины
каталитического
риформинга или каталитического крекинга.
Бензины каталитического риформинга характеризуются низким
содержанием серы, в их составе
практически отсутствуют олефины
(ненасыщенные ациклические углеводороды, содержащие в молекуле одну
двойную связь C=C), поэтому они высокостабильны при хранении. Однако
повышенное содержание в них ароматических углеводородов с
экологической точки зрения является лимитирующим фактором, так как
30
ароматические углеводороды провоцируют образование фотохимического
смога. К их недостаткам также относится неравномерность распределения
денотационной стойкости по фракциям.
Бензины каталитического крекинга характеризуются низкой массовой
долей серы, октановыми числами по исследовательскому методу 90-93
единицы. Содержание в них ароматических углеводородов составляет 3040%, олефиновых – 25-35%. В их составе практически отсутствуют диеновые
углеводороды, поэтому они обладают относительно высокой химической
стабильностью (индукционный период – 800-900 ми.)
По сравнению с бензинами каталитического реформинга для бензинов
каталитического крекинга характерно более равномерное распределение
детонационной стойкости по фракциям. Поэтому в качестве базы для
производства автомобильных бензинов целесообразно использовать смесь
компонентов каталитического риформинга и каталитического крекинга.
Бензины таких термических процессов как крекинг, замедленное
коксование имеют низкую детонационную стойкость и химическую
стабильность, высокое содержание серы и используются только для
получения низкооктановых бензинов в ограниченных количествах.
Основную массу автомобильных бензинов в России вырабатывают по
ГОСТ 2084-77, ГОСТ Р 51105-97 и ТУ 38.001165-97. В зависимости от
октанового числа ГОСТ 2084-77 предусматривал пять марок автобензинов:
А-72, А-76, АИ-91, АИ-93 и АИ -95. В настоящее время требования стандарта
на территории РФ распространяются только на неэтилированный бензин А76.
В целях повышения конкурентоспособности российских бензинов и
доведения их качества до уровня европейских стандартов разработан ГОСТ Р
51105-97 «Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный
бензин. Технические условия», который введен в действие с 01.01.99 г. Этим
стандартом в зависимости от октанового числа по исследовательскому
методу установлены 2 марки бензинов: «Нормаль-80», «Регуляр-92». В
соответствии с европейскими требованиями по ограничению содержания
бензола введен показатель «объемная доля бензола» - не более 1%.
Установлена норма по показателю «плотность при 150С». Ужесточена норма
на содержание серы - не более 150 мг/кг. Для обеспечения нормальной
эксплуатации автомобилей и рационального использования бензинов введено
5 классов испаряемости для применения в различных климатических зонах
страны. Наряду с определением температуры перегонки бензина при
заданном объеме предусмотрено определение объема испарившегося бензина
при заданной температуре 70,100 и 180 С. Введен показатель индекс
«испаряемости»[7].
В соответствии с ТУ 38.001165-97 вырабатываются автомобильные
неэтилированные бензины А-92 и А-96, предназначенные для экспорта, АИ92 и АИ-96 - для народного хозяйства. Бензин АИ-98 с октановым числом 98
31
по исследовательскому методу производится по ТУ 38.401-58-122-95 и ТУ
38.401-58-127-95 и в основном идет на экспорт.
Наибольшая потребность существует в бензине А-92, в то же время
доля бензина А-76, в общем объеме производства остается очень высокой.
Суммарная доля высокооктановых бензинов (АИ-92, АИ-95, АИ-98)
постоянно растет – с 56,5% в 2004 г. до 84,8% в 2010 г. Однако, если начать
разбираться по маркам бензинов, то основным является АИ-92 – его
выпускается сейчас 65% от общего объема производства. АИ-95 занимает
около 20%, АИ-98 производится менее 1% и, к сожалению, тенденций к
росту его выпуска не наблюдается.
Что касается дизельного топлива [9], то хорошее малосернистое
дизельное топливо получают в основном на установках гидрокрекинга.
Различают три его марки – летнее (ДТЛ), зимнее (ДТЗ) и арктическое (ДТА).
Основными параметрами, определяющими принадлежность горючего к той
или иной марке, являются диапазон температур, в котором топливо может
использоваться, температура вспышки и застывания.
Ведутся многочисленные исследования по улучшению характеристик
дизельного топлива и уменьшению его стоимости. В настоящее время
существует масса разнообразных добавок, изменяющих его свойства. При
обработке топлива различными присадками может быть существенно
снижена температура застывания, повышено цетановое число, улучшен
коэффициент сгорания и понижена задымленность выхлопных газов.
Существуют также противоизносные присадки, повышающие смазывающие
характеристики ДТ. Большинство присадок на внутреннем рынке
зарубежного производства, и некоторые из них могут иметь побочные
действия, плохо совмещаются с моторными маслами и присадками другого
типа.
С каждым годом все более актуальным становится вопрос качества
топлива. По некоторым данным каждый четвертый литр 95-го бензина в
России представляет собой суррогат. При этом даже новый технический
регламент слабо контролирует многие аспекты качества топлива, что ведет к
процветанию рынка суррогатов, за счет которых независимые операторы
хоть как-то могут конкурировать с нефтяными компаниями. В «Технический
регламент» даже не были включены пункты производства, транспортировки
и хранения топлива, надзор существует только на стадии обращения
продукции, но не ее производства.
Качество топлива зависит от глубины переработки нефти.
Среднеотраслевой уровень глубины переработки нефти на крупных
предприятиях России составляет около 72%, но примерно для половины НПЗ
глубина переработки нефти находится в пределах 59-66%, и лишь по шести
заводам превышает 80%. В развитых же странах, глубина переработки нефти
достигает: в США – 95,5, в Западной Европе – 85–90, в Китае – 85%. По
объёмам переработки Россия сегодня занимает четвёртое место, а по
качеству переработки 67-е место в мире. То есть Россия стоит перед
32
необходимостью либо модернизации старых НПЗ, либо строительства новых
[12].
Введению Европейских стандартов высокого качества сопротивляются
те компании и НПЗ, которые не вкладывают средства в строительство новых
установок. В то же время предприятия, производящие высококачественное
топливо, (а таких немного) испытывают сложности со сбытом
или
вынуждены продавать свое экологически чистое топливо по низким ценам,
что им, естественно, невыгодно. По этим причинам высококачественного
топлива в России выпускается очень мало.
Отдельная тема — бурно строившиеся перед кризисом мини-НПЗ. По
разным оценкам их в России от 196 до 250. При этом, почти половина из них
официально не зарегистрированы, однако где-то берут сырье и отгружают
готовую продукцию. Хотя доля перерабатываемой ими нефти относительно
невелика (всего около 10% от общей), именно мини-НПЗ оказываются
удобной площадкой для производства суррогатов.
Еще одно звено, где возможно получение некачественного топлива это сфера обращения, в частности бензозаправки, на которых путем добавки
различных присадок можно получить суррогатный «95-й» [13].
Никакого запрета на присадки в Техническом регламенте нет, потому
что есть четкое понимание, что без присадок и добавок (в частности,
планируемых к запрету в 2015 МТБЭ и ММА) современный бензин сделать
невозможно. На практике, однако, могут легально использоваться и другие
присадки, а если автомобиль после заправки таким бензином выйдет из
строя, то внеплановая проверка АЗС, которая в этом «виновна», может быть
проведена только с санкции Росстандарта и Следственного комитета.
Наказанием будет штраф до 30 тыс. рублей при дневном обороте одной АЗС
в 500 тыс. При этом в такой логической цепочке есть два допущения: что
АЗС на момент проверки еще не успела продать всю партию суррогата, и что
АЗС находится на одном месте, а не представляет собой периодически
перемещающийся бензовоз с ценниками.
На сегодняшний день самая опасная присадка для автомобилей,
повышающая октановое число бензина – тетраэтилсвинец [11]. Такая
присадка выводит из строя даже карбюратор, не говоря уже о впрысковых
автомобилях с нейтрализаторами.
Использование в качестве присадки нафталина приводит к
образованию нагара в огромных количествах везде, где только можно.
Нафталин кристаллизуется, забивая всю топливную систему, начиная от
бензонасоса, шлангов, и заканчивая форсунками.
Смесь топлива со спиртом разъедает прокладки в двигателе, так как
компоненты практически не смешиваются между собой. Все это ведет к
образованию в бензобаке раздельных слоев смеси.
Метилбутиловый эфир (ацетон) – не запрещенная присадка. На НПЗ ее
используют в соответствии с разрешенными требованиями, а производители
суррогатного бензина – без меры, особенно учитывая качество исходного
33
сырья. Она недолговечна и, распадаясь, образует вредные для мотора
вещества. Такой бензин быстро теряет октановое число.
Марганцевые присадки сокращают срок службы мотора и выводят из
строя нейтрализаторы.
Железосодержащие присадки (ферроцены) образуют на свечах красный
нагар, кроме того красный нагар образуется и в цилиндрах, сильно сокращая
жизнь двигателя.
Все вышеназванные присадки недолговечны и довольно быстро
распадаются, образуя вредные для мотора соединения и вещества. Кроме
того в отличие от заводского бензина поддельный бензин с присадками
проводит электричество.
Наиболее часто встречающиеся способы применения присадок – это
«модернизация» вполне нормального заводского бензина с октановым
числом 92 до 95-го или даже 98-го бензина.
Необходимость перехода на более качественное топливо назрела по
нескольким причинам. Во-первых, это нужно для улучшения экологической
ситуации в крупных городах. Сегодня доля выбросов автотранспортом в
общем объеме загрязнения атмосферного воздуха мегаполисов непрерывно
растет. Так, в среднем по стране она составляет 43%, а для Москвы – почти в
два раза больше.
Во-вторых, необходимо, чтобы российский бензин признавали
зарубежные автопроизводители. Современные машины надо обеспечивать
топливом соответствующего качества. Новые автомобили очень
чувствительны к содержанию в бензине свинца, серы. И если такая иномарка
заправляется бензином не Евро-4, а скажем, Евро-1, то она довольно скоро
выходит из строя.
В России уже есть некоторый опыт ужесточения требований к качеству
топлив. В 2003 году на законодательном уровне были запрещены выпуск и
использование этилированных бензинов. В феврале 2008 г. Постановлением
Правительства № 118 был введен Технический регламент "О требованиях к
автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу,
топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту" [1].
Регламент устанавливает обязательные требования к экологической
безопасности топлива, соответствующие требованиям стандартов Евро-2, 3,
4, 5, а также сроки прекращения производства топлива того или иного
экологического класса.
Согласно первоначальной редакции регламента, производство
автомобильного топлива, соответствующего Евро-2, прекращалось 31
декабря 2008 года, Евро-3 – 31 декабря 2009 года, Евро-4 – 31 декабря 2013
года.
В сентябре 2008 г. решением Правительства действие Технического
регламента было приостановлено, а сроки несколько раз переносились. Так с
2011 года на внутреннем российском рынке запрещался бензин стандарта
Евро-2, однако некоторые компании не смогли или не успели перевести свои
34
заводы на производство более экологически чистого топлива. В этой связи
Правительство одобрило внесение в действующий Техрегламент изменений,
продлевающих еще на один год предельные сроки разрешения выпуска в
обращение автомобильных бензинов и дизельных топлив различных классов.
Окончательный вариант их введения представлен в таблице 1.
Таблица 1 - Сроки ввода топливных стандартов в Европе и России
Стандарт
Европа
Россия
Евро-1
1993
Евро-2
1996
2006
Евро-3
2001
2013
Евро-4
2006
2015
Евро-5
2009
2016
Евро-6
2013
Из таблицы следует, что если даже к 2015 году по всей России мы
перейдём на стандарт Евро-4, в Европе давно уже будет действовать стандарт
Евро-6 и как минимум, десятилетнее отставание сохранится [12]. Вопрос о
введении стандарта Евро-6 в настоящее время даже не обсуждается [12].
Требования к характеристикам автомобильного бензина и дизельного
топлива в соответствии с «Техническим регламентом» отражены в табл. 2 и
3.
Из таблиц видно, как постепенно, по мере перехода от стандарта
Евро2- к стандарту Евро 5 ужесточаются нормы к содержанию в топливе
наиболее опасных с экологической точки зрения компонентов.
Такое топливо отличается низким содержанием полициклических
ароматических углеводородов и серы, благодаря чему уменьшается
дымность отработанных газов, снижается выброс продуктов сгорания в
атмосферу, в частности, твердых частиц, оксидов азота, окиси углерода,
несгоревших углеводородов.
35
Таблица 2- Требования к характеристикам автомобильного бензина
(с изменениями на 7 сентября 2011 года)
Характеристики
Нормы в отношении
автомобильного
Единица
Класса 2
Класса 3
Класса 4
Класса 5
бензина
измерения
Массовая
доля мг/кг
500
150
50
10
серы, не более
Объемная
доля процентов 5
1
1
1
бензола, не более
Концентрация
мг/дм3
отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие
железа,не более
Концентрация мар- мг/дм3
отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие
ганца, не более
Концентрация
мг/дм3
отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие
свинца, не более
Массовая доля кис- процентов 2,7
2,7
2,7
лорода, не более
Объемная доля уг- процентов
леводородов не более:
ароматических
42
35
35
олефиновых
18
18
18
Давление паров не кПа
более:
В летний период
45-80
45-80
45-80
В зимний период
50-100
50-100
50-100
Объемная доля ок- Процентов
сигенатов, не более
10
10
10
Метанола
Этанола
отсутствие отсутствие отсутствие
Изопропанола
5
5
5
Третбутанола
10
10
10
Изобутанола эфи7
7
7
ров, содержащих 5
10
10
10
или более атомов в
молекуле
других
15
15
15
оксигенатов, с температурой
конца
кипения не выше
10
10
10
210
градусов
Цельсия)
Объемная доля мо- Процентов 1,3
1
1
отсутствие
нометиланилина,
не более
36
Таблица 3 - Требования к характеристикам дизельного топлива
Характеристики
Нормы в отношении
автомобильного
Единица
Класса 2 Класса 3 Класса 4 Класса 5
бензина
измерения
Массовая доля серы,
мг/к
50
35
50
10
не более
г
0
0
Температура вспы- Процентов 5
1
1
1
шки в закрытом
тигле: не ниже ди- 0С
40
40
40
40
зельного топлива, за
исключением дизе30
30
30
30
льного топлива для
арктического климата дизельного топлива для арктического климата
Фракционный
состав - 95 процентов
объемных перего- 0С
360
360
360
360
няется при температуре не выше
Массовая
доля
полициклических
11
11
11
11
ароматических углеводородов, не более
Цетановое число, не 45
51
51
51
менее
Цетановое
число
для дизельного топлива для холодного 47
47
47
и арктического климата, не менее
Предельная температура фильтруемо- 0С
сти, не выше:
дизельного топлива
Минус
Минус
Минус
Минус
для холодного кли20
20
20
20
мата; дизельного топлива для арктического климата
Минус
Минус
Минус
Минус
38
38
38
38
Смазывающая спо- мкм
собность
460
37
460
460
460
Таким образом, можно сделать следующие выводы:
1.Плохое качество топлива - результат действия ряда причин как в
сфере его производства, так и в сфере обращения.
2. Для улучшения качества топлива необходима реконструкция старых
и строительство новых НПЗ с более глубокой технологией переработки
нефти.
3.Контроль
за
соответствием
экологических
характеристик
реализуемого автомобильного топлива на всем его пути от нефтебаз до АЗС.
БИБЛИОГРАФИЯ
1.Постановление Правительства № 118 «Об утверждении технического
регламента "О требованиях к автомобильному и авиационному бензину,
дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и
топочному мазуту" (в ред. Постановления Правительства РФ от 30.12.2008 N
1076, с изменениями, внесенными Постановлением Правительства РФ от
25.09.2008 г, N 712; Постановлением Правительства Российской Федерации
от 21.04.2010 года N 268; Постановлением Правительства Российской
Федерации от 07.09.2011 г. № 748)
2.ГОСТ 2084-77 «Бензины автомобильные».
3.ГОСТ Р 51105-97 «Топлива для двигателей внутреннего сгорания.
Неэтилированный бензин. Технические условия»
4.ТУ
38.001165-97
«Бензин
автомобильный
экспортный
неэтилированный марки: А-92, А-96 (для экспорта), АИ-92, АИ-96 (для
народного хозяйства)».
5.ТУ 38.401-58-122-95
6.ТУ 38.401-58-127-95.
7.Булатников
В.В.
«Автомобильные
бензины
сегодня.//
Автотранспорт, 2010.-№3.-С.40-44.
8.Емельянов В. Телега впереди лошади. //Автомобиль сервис, 2012.№2 С.6-8.
9.Рахимов А.А. Особенности современных видов дизельного топлива.
//Автотранспорт, 2010.- №3.- С.45-46.
10.Туровский Ф. и др. Проблемы применения новых автомобильных
топлив. //Автотранспорт № 5, 2009.- №5. - С.43 -48.
11.Чем опасен поддельный бензин. Автотранспорт, 2008. - №2, 200
С.38.
12.http://www.eg-online.ru/article/143243/.
13.http://fares.viperson.ru/wind.php?ID=639367&soch=1.
38
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СТАНДАРТЫ НА ВЫБРОСЫ
ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ АВТОМОБИЛЯМИ
Зикеева Е.В. доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме,
к. с.-х. н., доцент
Балабин К.В., студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме.
Преобразование химической энергии сгорания топлива в работу по
перемещению грузов и пассажиров связано с образованием токсичных и
вредных веществ с отработавшими газами двигателей. Согласно данным,
представленным в докладе Министерства природных ресурсов и экологии
РФ "О состоянии и охране окружающей среды" на долю автотранспорта
приходится около 42% суммарных выбросов загрязняющих веществ в
атмосферу. Причем в крупных городах объем выбросов увеличивается до
90%.
Динамика роста вредных выбросов напрямую связана с увеличением
автопарка. За последние пять лет масса автомобильных выбросов в расчете
на одного человека увеличилась на 15% и достигла 110 тыс. тонн
загрязняющих веществ в год. В составе отработавших газов в автомобиле
наибольший удельный вес к общему объему выхлопа имеет оксид углерода
(5,0-10,0%) оксид азота (до 0,8%), несгоревшие углеводороды (0,2 – 3,0%),
альдегиды (до 0,2%) и сажа. В абсолютных величинах на тысячу литров
топлива карбюраторных двигатель выбрасывает в атмосферу примерно 200
кг окиси углерода, 25 кг углеводородов, 20 кг окислов азота и по одному кг
сажи и сернистых соединений.
По экологической опасности приоритет принадлежит оксиду азота
(NO2), свинцу (Pb) и оксиду серы (SO2). Снижение выбросов именно этих
веществ необходимо обеспечить в первую очередь.
Особенность автомобилей как подвижных источников загрязнения
атмосферы проявляется:
- в высоких темпах роста автомобилей, по сравнению с ростом
стационарных источников;
их пространственной рассредоточенности, что создает общий
повышенный фонд загрязнения;
- непосредственной близости к жилым районам;
- более высокой токсичности их выбросов по сравнению с выбросами
стационарных источников;
- сложностями технической реализации средств защиты от
загрязнений;
- низким расположением источника загрязнения от земной
поверхности.
Вредные и токсичные вещества, содержащиеся в отработавших газах
двигателей, а это более 280 различных компонентов, в зависимости от
механизма их образования можно разделить на:
39
- углеродсодержащие вещества - продукты полного и неполного
сгорания топлив (СО2 СО, углеводороды, в том числе полициклические
ароматические (ПАУ), сажа);
- вещества, механизм образования которых непосредственно не связан
с процессом сгорания топлива (оксиды азота);
- вещества, выброс которых связан с примесями, содержащимися в
топливе (соединения серы, свинца, других тяжелых металлов), воздухе
(кварцевая пыль, аэрозоли), а также образующимися в процессе износа
деталей (оксиды металлов).
По химическому составу и свойствам, а также по характеру
воздействия на организм человека их объединяют в группы:
нетоксичные вещества (N, O, H, CO2, водяной пар другие естественные
компоненты атмосферного воздуха).
угарный газ (СО) - продукт неполного сгорания топлива. Оксид
углерода обладает отравляющим действием, способен вступать в реакцию с
гемоглобином крови, вызывая кислородное голодание, потерю сознания и
смерть.
оксиды азота, главным образом, оксид (NO) и диоксид азота (NO2). При
высоких концентрациях оксидов азота (свыше 0,004%) возникают
астматические проявления и отек легких.
различные углеводороды общей формулой СхНу (около 160
компонентов). Углеводороды, наряду с токсичными свойствами, обладают
также канцерогенным действием. Особой канцерогенной активностью
отличается бенз(а)пирен (С29Н12), содержащийся в отработавших газах
бензиновых двигателей и дизелей.
альдегиды (формальдегид, уксусный альдегид, акролеин). В
отработавших газах содержатся в основном формальдегид, акролеин и
уксусный альдегид. Эти соединения раздражают слизистые оболочки,
дыхательные пути, поражают центральную нервную систему.
сажа и другие дисперсные частицы. Адсорбируя на своей поверхности
бенз(а)пирен, сажа оказывает более сильное негативное воздействие, чем в
чистом виде.
сернистые соединения (диоксид серы - SO2 и сероводород - H2 S).Эти
компоненты присутствуют в отработавших газах, когда используется
топливо с повышенным содержанием серы. Сернистые соединения
оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки горла, носа, глаз
свинец и его соединения (при использовании этилированного бензина).
Оксиды свинца накапливаются в организме человека, попадая в него через
животную и растительную пищу (при загрязнении экосистемы вдоль
автодорог).
Величина выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от одиночных
автотранспортных средств, при прочих равных условиях, пропорциональна
расходу топлива и зависит от физико-химических механизмов их
образования в цилиндре двигателя, вида топлива, типа двигателя, категории
40
АТС, их технического состояния, фаз движения, организации контроля
содержания вредных веществ в отработанных газах, а также природноклиматических факторов.
В 2005 году в России принят технический регламент «О требованиях к
выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на
территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ».
Экологическая классификация автомобильной техники, принятая в
регламенте, соответствует европейской и устанавливает экологические
классы автомобилей в зависимости от выбросов вредных веществ с
отработавшими газами.
Установлены 5 экологических классов и сроки введения в действие
технических нормативов выбросов в отношении автомобильной техники,
выпускаемой на территории Российской Федерации:
экологического класса 2 с 2006 года;
экологического класса 3 с 1 января 2008 года;
экологического класса 4 с 1 января 2010 года;
экологического класса 5 с 1 января 2014 года.
Экологические требования к автотранспорту нормируются в виде
предельно допустимых норм выброса токсичных веществ с отработавшими
газами автомобилей. Европа одной из первых стала вводить жесткие
экологические стандарты как для топлива, так и для автомобилей. Динамика
значений норм выбросов дизельных и бензиновых двигателей приведена в
таблице 1.
Евро-1 — экологический стандарт, регулирующий содержание
вредных веществ в выхлопных газах. Был введен в Евросоюзе в 1992.
Заменен стандартом Евро-2 в 1995.
Предусматривает выброс бензиновыми двигателями:
оксида углерода (CO) — не более 2,72г/км (грамм на километр пути)
углеводородов (СН) — не более 0,72 г/км
оксидов азота (NO) — не более 0,27 г/км
Евро-2 —введён в Евросоюзе, как замена Евро-1, в 1995 году. Заменен
стандартом Евро-3 в 1999 году. Экологический стандарт Евро-2 был принят
правительством России осенью 2005 года (табл.2)
Евро-3 —введён в Евросоюзе в 1999 году и заменён стандартом Евро-4
в 2005 году. Начиная с 1 января 2011 года все транспортные средства,
произведённые в России или ввезённые в Россию, должны удовлетворять
требованиям стандарта Евро-3.
Евро-4 — веден в Евросоюзе в 2005, в 2009 году заменен на новый
стандарт — Евро-5.
В России по состоянию на 2012 год действует стандарт Евро-3.
Первоначально планировалось ввести стандарт Евро-4 с 1 января 2010 года,
но сроки были перенесены сначала на 2012 год, затем на 2014 год. В
отношении автомобильной техники согласно Постановлению Правительства
41
РФ от 20.01.2012 действие сертификатов Евро-3 продлено до 31 декабря 2013
года. Стандарт Евро-4 действует только на ввозимые автомобили.
Таблица 1- Экологические стандарты по выбросам загрязняющих
веществ для легковых автомобилей
Таблица 2 – Год введения экологических стандартов на автомобили
в Европе и России
Стандарты
Европа
Россия
Евро-1
1992
Евро-2
1995
2005
Евро-3
1999
2011
Евро-4
2005
2014
Евро-5
2009
Евро-6
2015
Модификация
конструкции
автомобиля,
удовлетворяющего
требованиям Евро-2, под стандарт Евро-3 обычно приводит к изменению
системы выпуска и системы управления двигателем. При этом обычно
снижается мощность двигателя автомобиля, поэтому для компенсации этого
снижения, как правило, производят дополнительные доработки,
повышающие мощность, такие как увеличение степени сжатия.
Евро-5 — стандарт обязателен для всех новых грузовых автомобилей,
продаваемых в Евросоюзе с октября 2008. Для легковых автомобилей с 1
сентября 2009.
Евро-6 — изначально предполагалось, что данный стандарт
экологических норм вступит в силу в Европе 31 декабря 2013 года. Но
42
впоследствии его введение было отложено на 2015 год. Согласно нормам
нового стандарта выбросы углекислого газа новыми легковыми
автомобилями должны составлять менее 130 грамм на километр пути.
Таким образом, по введению экологических стандартов на автомобили
мы отстаем от Европы почти на 10 лет.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Постановление Правительства РФ от 12 октября 2005 г. №605 «Об
утверждении технического регламента к выбросам автомобильной техники»
с пр. от 08.12.2012 года.
2. Федоров В. Д. «О сертификации ряда стандартов»//Индгост, 2010 №5
с. 32-36.
3. http://www.gastop.ru/ecology/
4. http://ru.wikipedia.o
ПЕРСПЕКТИВЫ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА РОССИЙСКИХ
АВТОМАГИСТРАЛЕЙ
Зикеева Е.В. доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме,
к. с.-х. н., доцент, Садкевич А.М., студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в
г. Вязьме
«В России две беды - дураки и дороги» (апокрифическая фраза).
«Авось дороги нам исправят..."
(А.С. Пушкин «Евгений Онегин», глава десятая.
Автомобильные дороги являются важнейшим звеном транспортной
системы страны, без которого не может функционировать ни одна отрасль
народного хозяйства. В соответствии с Постановлением Правительства от
24.12.1991 о классификации автомобильных дорог в Российской Федерации
(в ред. Постановления Правительства РФ от 11.04.2006 г. № 209)
автомобильные дороги в России подразделяются на:
а) на автомобильные дороги общего пользования, в том числе
федерального, регионального, межмуниципального, муниципального
значения;
б) на автомобильные дороги необщего пользования (автомобильные
дороги, находящиеся во владении или пользовании юридических или
физических лиц и используемые ими для обеспечения собственных,
технологических или частных нужд).
По данным на 2010 г. суммарная протяженность автомобильных дорог
России составила 1млн.200 тыс. километров. Протяженность автомобильных
дорог общего пользования соответственно – 947,3 тыс. км, в том числе
43
федерального значения 50,1тыс.км.[2] По общей протяженности
автомобильных дорог Россия превосходит почти все европейские страны,
кроме Франции, и занимает 7-е место во всем мире [5].
Уровень развития и техническое состояние дорожной сети
существенно и многообразно влияют на экономическое и социальное
развитие как страны в целом, так и отдельных регионов. Предназначенные
для удовлетворения потребностей общества и государства в автомобильных
перевозках они должны обладать высокими потребительскими свойствами, к
которым относятся: обеспеченная дорогой скорость, непрерывность,
удобство и безопасность движения, пропускная способность и уровень
загрузки движением, способность пропускать автомобили и автопоезда с
заданными габаритами, осевыми нагрузками и грузоподъемностью (общей
массой), а также эстетичность и экологическая безопасность.
От потребительских свойств дорог непосредственно зависят все
основные технико-экономические показатели работы автомобильного
транспорта, такие как производительность автомобилей, расход топлива,
износ шин, затраты на обслуживание и ремонт, себестоимость перевозок,
уровень выбросов загрязняющих веществ и др.
В течение длительного времени темпы роста объемов автомобильных
перевозок, выпуска грузовых и легковых автомобилей (до 10% в год)
опережали темпы роста протяженности дорог с твердым покрытием, что
привело к нарастанию интенсивности движения на дорогах. При увеличении
за последние 10 лет протяженности автомобильных дорог общего
пользования на 15% автомобильный парк вырос почти на 75%.
Весьма существенным является то, что значительная часть
протяженности существующих дорог имеет тонкослойную дорожную
одежду, способную пропускать в расчетный период автомобили с осевой
нагрузкой не более 6 т., в то время как автомобильная промышленность
выпускает почти все грузовые автомобили и автобусы с параметрами выше
расчетных для этой части дорог. Нагрузка на одиночную ось для
стандартного современного автопоезда составляет 11,6 т., на двухосную
тележку – 24 т. Один большегрузный автомобиль по нагрузке на дорожное
полотно равен 10 тыс. легковых автомобилей.
Лишь незначительный процент региональных и межмуниципальных
дорог могут без последствий пропустить транспорт с осевой нагрузкой,
превышаюшей 10 т. По данным ассоциации «Радор», протяженность сети
региональных дорог, способных обеспечить проезд фур с нагрузкой на
одиночную ось 6-10 т составляет 29,7%. Большая часть федеральных
автодорог - 57% также рассчитана на осевые нагрузки 6-10 т, и лишь 29% - на
осевые нагрузки от 10 до 11,6 т [4].
Рост доли большегрузных автомобилей (за последние 5 лет парк
грузовых автопоездов вырос на 60%) и объема перевозок, наблюдаемый в
последнее время, приводит к ускоренному износу дорожных покрытий,
44
ямочности, пучинистости, колейности, ухудшая состояние дорог в
дополнение к прочим факторам.
Из программного документа «О Транспортной стратегии Российской
Федерации на период до 2030 года» [1] следует, что протяженность
федеральных автомобильных дорог, соответствующих нормативным
транспортно-эксплуатационным показателям, составляет 17,7 тыс. км. или
38%. По данным на 2011 год 92 % протяжённости федеральных трасс страны
представляют собой дороги, где движение осуществляется по одной полосе в
каждом направлении. Федеральные автомобильные дороги исчерпали свою
пропускную способность. С превышением нормативной загрузки
эксплуатируется 13 тыс. км дорог, особенно на подходах к крупнейшим
городам, что составляет почти 29% протяженности сети.
Около 76% протяженности автодорог регионального назначения не
соответствует
нормативным
требованиям
по
транспортно
эксплуатационному состоянию [2]. Местная дорожная сеть развита
недостаточно, поэтому значительная часть локальных перевозок
производится по федеральным дорогам[7].
За период 2002 - 2010 г. в соответствии с федеральной целевой
программой "Модернизация транспортной системы России (2002 - 2010
годы)" (Распоряжение Правительства РФ от 22.11.2008 N 1734-р) было
отремонтировано более 100 тыс. км дорог федерального и регионального
уровня, выполнен капитальный ремонт 5 тыс. км дорог федерального уровня.
Ежегодно в России ремонтируется около 30 тыс. км дорог, а расходы на эти
цели возрастают на 20—30 %. Указанные объемы работ позволяют сохранить
существующую сеть дорог от разрушения, но явно недостаточны для
приведения транспортно-эксплуатационного состояния дорог в соответствие
с нормативными требованиями [6].
Ускорение автомобилизации страны пока не привело и к
соответствующему росту объемов строительства и реконструкции дорожной
сети, а даже наоборот. В "лихие 90-е годы" (1992-2000) в стране в среднем
ежегодно вводилось в строй около 6,1 тысячи километров дорог с твердым
покрытием. В 2001-2009 годах - уже лишь 2,85 тысяч километров (для
сравнения в 2007 г. в Китае были построены 47 тыс. км автомобильных
дорог, а в России – всего 495). Всего же за 2002- 2010 годы было построено
порядка 25 тысяч км федеральных и региональных автодорог [4].
Ежегодный прирост сети дорог общего пользования с твердым
покрытием за счет нового строительства и реконструкции составляет 0,5—
0,8 % (такие темпы строительства не покрывают даже выбытия дорог из этой
категории). С учетом перевода в сеть общего пользования сельских дорог
этот прирост составляет около 3 % в год для всех дорог. Следовательно,
более 97 % всех автомобильных перевозок осуществляется, и будет
осуществляться по старым дорогам, от состояния которых в первую очередь
зависит эффективность работы автомобильного транспорта [8].
45
По общему уровню расходов на дорожно-транспортную сеть Россия
среди развитых государств является аутсайдером. В пересчете на одного
человека в России тратится на дорожно-транспортную инфраструктуру в 8 с
лишним раз меньше, чем в Канаде, в 5,5 раз меньше, чем в Швеции и в 7 с
лишним раз меньше, чем в Финляндии. В пересчете на 1 единицу
транспортного средства в России, по данным за 2009 год, было потрачено на
дорожную сеть 125-150 евро, а в маленькой Финляндии (без учета
транзитного транспорта) - около 1100 евро. Ежегодные объемы бюджетных
инвестиций в дорожное строительство – около 700 мрлд. руб. – капля в море.
В Европе затраты на дорожную инфраструктуру в структуре ВВП – около
3%, в Китае – около 6%, в России – 1% [4].
Плохое состояние автодорог страны влечёт за собой крайне низкую
среднюю скорость перемещения коммерческих грузов автотранспортом —
около 300 км в сутки (в странах Европы — приближается к 1500 км в сутки.
Со скоростью перемещения связан и выброс загрязняющих веществ
автомобилем. В зависимости от режимов движения транспорта происходит
неодинаковый выброс ингредиентов. Исследования российских ученых
показали: качественное дорожное полотно способствует сокращению
выбросов выхлопных газов - для грузовых автомобилей на 13%, для
легковых - на 9%, а равномерное движение с оптимальной скоростью
позволяет сократить не только расход горючего, но и выброс выхлопных
газов на 25-30%.
Несовершенное качество дорог увеличивает стоимость перевозок на
30—50%, расход горючего повышается в 1,5 раза, срок службы уменьшается
на 30%, а стоимость эксплуатации автомобиля возрастает в 2—3 раза [9].
Из-за плохого качества дорог в России от года к году растет
количество ДТП, в среднем оно колеблется в пределах от 18 до 30%. Однако
в отдельных регионах, таких как Пермь, этот показатель достигает 45%.
Почему в России строится так мало дорог, и качество их оставляет
желать лучшего? Первая причина понятна – это недофинансированность.
Объемы финансирования дорожного строительства упали с 2,3 процента
ВВП в 2000 году до 1 процента ВВП в 2008 году. Из-за острого дефицита
финансирования стало деградировать качество строительства и ремонта. На
региональной сети выполнялось всего около 15% ремонтных работ от
ежегодной нормативной потребности [4].
Вторая причина - неэффективное расходование тех средств, что
имеются (включая воровство и коррупцию). По некоторым экспертным
оценкам строительство дорог в России в расчете на 1 км обходится в пять раз
дороже, чем в Китае и в два раза дороже, чем в Европе. Правда есть
объективные факторы, которые делают нашу дорогу более дорогой, нежели
за рубежом. Так, например ставка налога на добавленную стоимость у нас 18
процентов, а в среднем по Европе 8 процентов [2]. Существует различие и в
методике подсчета. В большинстве стран подготовка территории (выкуп
земли, перенос коммуникаций и т.д.) не входит в стоимость автодороги. У
46
нас же в некоторых проектах на работы по переустройству коммуникаций
приходится уже до 36% сметной стоимости. В структуре затрат на
стройматериалы транспортные издержки могут достигать 75% из-за
завышенных тарифов на железнодорожные перевозки, дефицита подвижного
состава. По данным Федерального дорожного агентства (Росавтодора) [4] в
структуре расходов на строительство федеральных дорог в 2011 г.
подготовка проекта занимала 1,9%, выкуп земли и компенсации -7,3%,
переустройство инженерных сетей 12,8%.
Следующий момент – это наши российские расстояния, что удорожает
доставку материалов. Ширина проезжей части у нас 3,75 м, а в Европе этот
показатель плавающий - от 3 до 3,75 м. Это ведет к увеличению объемов
земляных работ и соответственно объемов асфальтирования. Если же не
брать во внимание НДС, то средняя стоимость строительства 1 км автодорог
в России даже дешевле. Так, в ценах 2010 г. она составляла 460 млн. руб/ /км,
в Норвегии - 490, в Германии - 580 млн.руб. /км [4].
Третья причина - отсталые технологии строительства и низкая
производительность труда [10].
Значительное отставание в развитии дорог по сравнению с другими
странами должно быть преодолено в будущем. По расчетам специалистов
потребная минимальная протяженность автодорог в России — 1,5—2 млн.
км.
Как решить эту сложную задачу? Во – первых, все новые магистрали
должны быть построены с применение инновационных технологий в сфере
методов проектирования, укладки дорожного покрытия, использования
новых
материалов
и
конструкций,
позволяющих
продлить
работоспособность отремонтированных дорог на 25-35 лет. Такими
инновациями является применение в строительстве биотехнологий, новых
геосинтетических материалов для армирования дорожного полона,
укрепления откосов, различных добавок в асфальтобетон, в том числе
измельченной до размера наночастиц автомобильной крошки на основе
переработки отработанных автомобильных покрышек, устройство основания
дороги не из рыхлых материалов типа щебня, а из материалов укрепленных
минеральновяжущим цементом, известью. Переход на технологию
цементобетонных жестких покрытий дорог одновременно решает проблему
радикального повышения грузоподъемности и долговечности автотрасс, и
может значительно уменьшить объемы затрат не только песка и щебня, но и
слишком дорогого теперь битума, применяемого в России для строительства
автодорог. Пока что протяженность цементобетонных дорог в нашей стране
невелика. По федеральным дорогам она составляет 2700 км.
Маршрутный метод ремонта – «ноу-хау», позволяющее вести
ремонтные работы на больших, «протяженных» участках трасс. Широкое
распространение при ремонте региональных участков федеральных трасс
получила технология ресайклинга. Это метод, при котором для строительства
новой дороги повторно перерабатывается старое дорожное полотно,
47
снимаемое с помощью специальной техники – ресайклера. Измельченный
материал смешивается с вяжущим (битумом или цементом), а затем
используется повторно.
Во - вторых – планирование строительства платных дорог. Первые
платные дороги появились в России еще в начале 2000-х годов (трасса
«Дон»). Трасса "Дон" не единственный масштабный проект федеральных
властей: в 2014г. должно завершиться строительство первого участка
платной магистрали Москва - Санкт-Петербург (43 км). На выезде из Москвы
трасса будет 10-полосная, в Московской и Ленинградской областях - 8полосная, в Тверской и Новгородской - 6-полосная. Эта трасса должна стать
самой быстрой на территории России, расчетная скорость - 150 км/час. Весь
проект скоростной дороги Москва-Санкт-Петербург длиной в почти 650
километров оценивается в 200-240 миллиардов рублей. На магистрали
планируется также построить до 32 развязок, 85 мостов и 167 путепроводов.
На дороге М1 "Беларусь" до 2015г. платными станут обновленные 200
км на территории Московской и Смоленской областей. Здесь опробуют
пилотный проект, при котором оплачивать проезд автовладельцы станут
стикерами (абонементами), которые можно будет купить в любом сервисном
пункте вдоль трассы. Информация с них будет считываться специальными
устройствами. Впоследствии эту схему планируется внедрить и на других
российских магистралях.
По данным Федерального дорожного агентства, сегодня в стране
свыше 450 км трасс эксплуатируются на коммерческой основе. Однако уже
через 5 лет - к 2016г. - их протяженность должна увеличиться в 6,7 раза - до 3
тыс. км. В соответствии с транспортной стратегией РФ на период до 2030 г.
предусматривается поэтапное внедрение принципа платности пользования
автомобильными
дорогами. Основная схема строительства платных
автодорог при этом следующая: государство предоставляет участок земли и
частичное софинансирование, а частный инвестор, вкладывая частные и
заемные средства, строит новую высококачественную магистраль и получает
право взимать плату за проезд по ней на оговоренный срок.
Между тем эксперты и автомобилисты до сих пор так и не сошлись во
мнении, нужны ли в РФ коммерческие магистрали. Одни говорят об
отсутствии достойных альтернатив и высоком ценнике. Недавно принятые
поправки в федеральный закон о платных дорогах разрешают властям
любого уровня (от федерального до местного) сделать из бесплатных трасс
платные, как целиком, так и частями. Цены не регламентируются, проще
говоря, региональные чиновники могут устанавливать их по своему хотению,
что они вполне успешно и делают. Другие уверяют, что спрос на такие
услуги будет всегда. Как бы то ни было, в настоящее время федеральные
власти вынашивают множество планов по строительству платных дорог, а
вот что из этого получится, будет понятно лишь после ввода их в
эксплуатацию [11].
48
Третье направление - заключение долгосрочных контрактов,
включающих проектирование, строительство или реконструкцию, ремонт и
содержание
автомобильных дорог или так называемых контрактов
жизненного цикла дороги (КЖЦ).
Предполагается, что эта бизнес-схема создаст условия для привлечения
частных инвесторов в инфраструктурные проекты, а также будет
стимулировать строительных подрядчиков к ответственному исполнению
взятых на себя обязательств. Заложенные в КЖЦ концессионные механизмы
таковы, что плохая дорога попросту разорит недобросовестного исполнителя
[3].
В-четвертых это, конечно же, увеличение бюджетных расходов на
строительство, реконструкцию и ремонт дорожной сети.
Основным
источником финансирования дорожного хозяйства являются возрожденные в
2011 г. Федеральный и региональные дорожные фонды.
Запланированный объём отчислений в Федеральный дорожный фонд в
2011 году составлял 386,7 млрд. руб. (в 2013 г. он вырастет до 408 млн. руб.,
а к 2020 г. в Федеральном и региональных дорожных фондах будет
аккумулировано более 8 трлн. рублей., из них 2,7 триллионов на
строительство и реконструкцию дорог, а 1,8 трлн. руб. на ремонт и
содержание дорог [4].
Развивая все эти направления можно будет надеяться, что российские
автомобильные дороги по своему качеству будут соответствовать
зарубежным аналогам. Единственное, что не подлежит сомнению, это то, что
уже созданная дорожная сеть является национальным богатством страны, и
заслуживает к себе отношения именно как к национальному богатству,
которое нужно беречь, преумножать и эффективно использовать.
БИБЛИОГРАФИЯ
1.
«О
транспортной
стратегии
Российской
Федерации».
Распоряжение Правительства РФ от 22.11.2008 N 1734-р (по состоянию на
июль 2011г.)
2.
"Российская газета" - Спецвыпуск "Дороги России" № 5314 (235)
от 18.10.2010.
3.
Российская газета"- Спецвыпуск «Экономика. Транспорт» №
5040 (216) от 18.11.2010.
4.
«Российская газета» - Спецвыпуск «Экономика. Дорожное
строительство» № 5690(17) от 27.01. 2012 .
5.
ru.wikipedia.org.wiki
6.
www.bestpravo.ru/federalnoje/ea-instrukcii/y2a.htm
7.
www.evrogruz.ru/info/transportnaya-strategiya-rossiiskoi-federatsiina-period-do-2030-goda
8.
www.rosavtodor.ru
9.
abw.byАрхив›251/v-ekol1
49
10.
11.
www.necok.ucoz.ru
http://top.rbc.ru/economics/26/07/2011/607330.shtml
УСИЛИТЕЛИ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ
И ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ
Игнатенков В., студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме
Гидравлический усилитель руля (ГУР) не только обеспечивает
комфорт, но и повышает безопасность движения. Он помогает водителю
сохранить контроль над автомобилем даже в случае разрыва передней шины.
Надежность этого дорогостоящего устройства зависит от своевременного
обслуживания.
К появлению усилителей привела необходимость снизить усилие,
прилагаемое водителем к рулевому колесу, что особенно важно для грузовых
автомобилей. Даже при сложном устройстве и, как следствие, высокой
стоимости гидроусилители получили большое распространение благодаря
тому, что помимо основной функции (усиления) они:
позволяют уменьшить передаточное отношение рулевого механизма.
Это снижает количество оборотов руля между его крайними положениями и,
соответственно, увеличивает маневренность;
смягчают удары, передаваемые на руль от неровностей дороги, снижая
утомляемость водителя и помогая удержать руль при разрыве передней
шины;
сохраняют возможность управления автомобилем при выходе
усилителя из строя;
обеспечивают «чувство дороги» и кинематическое следящее действие.
Усилитель руля представляет из себя гидравлическую систему,
состоящую из следующих элементов.
Насос – обеспечивает давление и циркуляцию рабочей жидкости в
системе. Наибольшее распространение получили пластинчатые насосы
благодаря их высокому КПД и низкой чувствительности к износу рабочих
поверхностей. Насос крепится на двигателе, а его привод осуществляется
ременной передачей от коленчатого вала.
Распределитель – направляет (распределяет) поток жидкости в
необходимую полость гидроцилиндра или обратно в бачок. Если его
золотник (подвижный элемент) перемещается при этом поступательно распределитель называют осевым, если вращается - роторным. Он может
находиться на элементах рулевого привода или на одном валу с рулевым
механизмом. Распределитель – это прецизионный (высокоточный) узел,
очень чувствительный к загрязнению масла.
Гидроцилиндр – преобразует давление жидкости в перемещение
поршня и штока, который через систему рычагов поворачивает колеса.
50
Может быть встроен в рулевой механизм или располагаться между кузовом и
элементами рулевого привода.
Рабочая жидкость (специальное масло) передает усилие от насоса к
гидроцилиндру и смазывает все пары трения. Резервуаром для жидкости
служит бачок. В нем расположен фильтрующий элемент, а в пробке - щуп
для определения уровня.
Соединительные шланги обеспечивают циркуляцию жидкости по
системе усилителя. Шланги высокого давления соединяют насос,
распределитель и гидроцилиндр, а по шлангам низкого давления жидкость
поступает в насос из бачка и возвращается в него из распределителя.
В современных автомобилях электронный блок корректирует работу
гидроусилителя в зависимости от скорости движения. Это дополнительно
повышает безопасность на высокой скорости, так как водителю сложнее
резко (непроизвольно) повернуть руль и, соответственно, отклонить
автомобиль от траектории.
При неподвижном рулевом колесе золотник удерживается в среднем
(нейтральном)
положении
центрирующими
пружинами.
Полости
распределителя соединены между собой так, что жидкость свободно
перетекает из нагнетательной магистрали в сливную. Насос усилителя
работает только на прокачку жидкости по системе, а не на поворот колес.
При повороте руля золотник перемещается и перекрывает сливную
магистраль. Масло под давлением поступает в одну из рабочих полостей
цилиндра. Под действием жидкости поршень со штоком поворачивает
колеса. Они, в свою очередь, перемещают корпус распределителя в сторону
движения золотника. Как только рулевое колесо перестает вращаться,
золотник останавливается и корпус его «догоняет». Восстанавливается
нейтральное положение распределителя, при котором опять открывается
сливная магистраль и прекращается поворот колес. Так реализуется
кинематическое следящее действие усилителя - обеспечение поворота колес
на угол, задаваемый водителем при вращении руля.
«Чувство дороги» - это обратная связь от управляемых колес через
усилитель к рулю. Дает информацию об условиях, в которых происходит
поворот колес. Для этого, как и на автомобиле без усилителя, на скользкой
дороге руль должен поворачиваться легче, чем на сухом асфальте. «Чувство
дороги» (силовое следящее действие) помогает водителю правильно работать
рулем в любых условиях. Для его осуществления в различных конструкциях
распределителей предусмотрены плунжеры, камеры или реактивные шайбы.
Чем больше сопротивление повороту колес, тем выше давление в цилиндре и
распределителе. При этом одна из реактивных шайб с большим усилием
стремится вернуть золотник обратно в нейтральное положение. В результате
руль становится «тяжелее».
При наезде на препятствие (например, камень) оно воздействует на
управляемые колеса, стремясь их повернуть, что особенно опасно на высоких
скоростях. Колеса, начав вынужденный поворот, перемещают корпус
51
распределителя относительно золотника, перекрывая сливную магистраль.
Масло под давлением поступает в полость цилиндра. Поршень передает
усилие на колеса в обратном направлении, не позволяя им поворачиваться
дальше. Так как ход золотника небольшой (около 1 мм.), автомобиль
практически не изменит направление движения. Гидроусилитель не только
облегчает водителю поворот колес, но и оберегает пальцы его рук от ударов
спицами руля при наездах на препятствия. Небольшой толчок на руле все же
будет ощущаться из-за реактивных шайб, давление над которыми возрастет.
В случае прекращения работы насоса (например, при обрыве ремня
привода) возможность управления автомобилем сохраняется. Усилие от
рулевого механизма в этом случае будет передаваться самим золотником на
корпус распределителя и далее на колеса. Жидкость, перетекая через
перепускной клапан из одной полости гидроцилиндра в другую, практически
не будет препятствовать повороту колес.
В состав системы электроусилителя руля (ЭУР) входит
электродвигатель, сервопривод, датчики крутящего момента и угла поворота
руля, блок управления. Также может устанавливаться датчик скорости
вращения руля. Электродвигатель - современный, бесщеточный.
Конструкция сервопривода может быть различной, в зависимости от типа
автомобиля. Датчик крутящего момента - основной датчик системы. В разрез
рулевого вала встраивается торсион. Элементы датчика устанавливаются на
разных его концах. Принцип его работы может быть различным (например,
магнитный или оптический).
При повороте рулевого колеса происходит закручивание торсиона. Чем
больше усилие - тем больше закручивается торсион. По величине изменения
взаимного положения частей датчика оценивается величина приложенного
усилия. Угол поворота руля также измеряется соответствующим датчиком.
Кроме этого, блок управления получает данные о скорости автомобиля от
системы ABS и об оборотах двигателя от контроллера. На основании этих
параметров электронный блок управления рассчитывает значение
необходимого вспомогательного усилия на руле и подает на
электродвигатель
питание
нужной
величины
и
полярности.
Электродвигатель через сервопривод либо вращает рулевой вал, либо
перемещает рейку.
Вариантов конструктивного исполнения узлов ЭУР существует
множество. Для примера рассмотрим электроусилители, производимые
одним из лидеров рынка компанией ZF под маркой Servolectric. В
зависимости от типа автомобиля различаются и применяемые ЭУР. На
компактных легковых автомобилях усилители устанавливаются на рулевую
колонку, на автомобилях среднего класса вспомогательное усилие передается
на рейку с помощью дополнительной шестерни, а на внедорожниках и легких
коммерческих машинах применяется так называемая «параллельно-осевая»
(paraxial) конструкция.
52
На легких автомобилях большое усилие от ЭУР не требуется, поэтому
и электродвигатель, и сервопривод получаются настолько компактными, что
легко умещаются под рулем в салоне автомобиля. Заодно там же
размещаются и датчики. Таким образом, вся конструкция надежно защищена
от пыли, грязи и высоких температур подкапотного пространства, что
благоприятно сказывается на надежности.
На автомобилях среднего класса устанавливается ЭУР с двумя
шестернями. Через одну шестерню на рейку передается усилие от руля, а
через другую - вспомогательное усилие от электромотора.
Чтобы создать большое дополнительное усилие применяется ЭУР
параллельно-осевой конструкции. Для преобразования вращательного
движения электродвигателя в линейное перемещение рулевой рейки
используется зубчато-ременной привод и механизм «винт - гайка на
циркулирующих шариках». Гайка, вращаемая зубчатым ремнем, через
шарики перемещает ось рейки. Шарики циркулируют по резьбе, возвращаясь
через специальный канал в гайке.
При любом конструктивном исполнении в случае поломки водитель
может продолжать безопасно управлять транспортным средством благодаря
наличию механической связи между рулем и управляемыми колесами.
Главными преимуществами электроусилителя по сравнению с
гидроусилителем являются экономичность и надежность. ЭУР не отбирает
мощность у двигателя, что позволяет экономить от 0,4 л до 0,8 л топлива на
100 км пути в зависимости от режима движения. Это, в свою очередь,
снижает выбросы углекислого газа от 10 до 20г/км. ЭУР вступает в работу
только при вращении руля, при движении по прямой он не потребляет
энергии.
Конструктивно
электроусилитель
компактнее
и
легче
гидроусилителя и не требует обслуживания. Работа электроусилителя
отличается более низким уровнем шума. Стоимость ЭУР ниже, однако его
ремонт обойдется гораздо дороже, потому что при поломке вышедшие из
строя узлы меняются целиком.
Электронная «сущность» ЭУР наделяет его широкими возможностями
по настройке значения вспомогательного усилия в зависимости от условий
движения и типа транспортного средства. Чем выше скорость - тем меньше
усилие и «тяжелее» руль. При желании водитель может отключить ЭУР от
датчика скорости кнопкой на панели приборов. В этом случае руль
постоянно «легкий», что облегчает вождение в городских условиях. Одна и
та же модель электроусилителя может быть легко программно перенастроена
для разных моделей автомобилей. ЭУР обладает функциями автовозврата
руля в первоначальное положение и автоматического удержания колес в
среднем положении (например, при разном давлении в шинах).
Интеграция с другими электронными системами автомобиля позволяет
использовать ЭУР для:

стабилизации автомобиля, например, при резком объезде
неожиданно возникшего препятствия;
53


удержания автомобиля на полосе движения;
помощи при парковке.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Вахламов В.К. Автомобили. Основы конструкции : Учебник. - 5-е
изд., стер. - М.: Издательский центр "Академия".- 2010.
2. К. Н. Леонтьев, В. А. Стуканов. Устройство автомобилей.
Издательство: Форум. – 2010.
3. Соргеев В.Н. Автомобиль. Конструкция и элементы расчета: учебное
пособие / В.Н. Сергеев, А.В. Кондратьев. - М.: Изд-во МГОУ. – 2009
4. autogear.ru
5. jcwiki.ru
6. avtonov.svoi.info
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ: ИСТОРИЯ
РАЗВИТИЯ И ПЛАНЫ НА БУДУЩЕЕ
Кузьменков Е.А. студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме
В этом году двигатель внутреннего сгорания будет праздновать свой
152-й день рождения, так как в далеком 1860 году, когда по всему миру
«царствовали» конные экипажи, гражданин Франции механик Э. Ленуар
сконструировал первый рабочий газовый двигатель. Этот мотор был
достаточно капризен и несовершенен, что, в принципе, не странно. Через
долгих 6 лет достаточно хорошо известный изобретатель Н. Отто предложил
миру свою, довольно совершенную по тем временам конструкцию 4-тактного
газового двигателя. Прообразом же двигателя внутреннего сгорания
послужила в первую очередь паровая машина, так как единственное
принципиальное отличие – отсутствие достаточно громоздкой парокотельной
установки. С «потерей» парового агрегата в процессе эволюции ДВС
приобрел свои плюсы: значительно больший КПД, меньшую массу и
размеры.
В нашей же стране ДВС был «изобретен» только в 80-х годах XIX века,
именно в это время наш соотечественник О.С. Костович работал над
конструкцией бензинового карбюраторного двигателя. Дальнейшее же
развитие ДВС связано в первую очередь с именем немецкого инженера
Рудольфа Дизеля, так как в 1897 году именно он предложил использовать
сжатие для воспламенения топлива. Это было рождением двигателей,
работающих на тяжелом топливе, – дизельных двигателей.
Время, прошедшее со времени сотворения первого ДВС, безусловно,
повлияло и на концепцию создания современного поршневого
автомобильного двигателя. Девиз двигателя наших дней – больше мощность,
54
меньше расход. Казалось бы, эти два понятия противостоят друг другу, но,
оказывается, это не так. И для того, чтобы это подтвердить, конструкторы
различных автомобильных компаний не спят ночами, придумывая различные
системы, позволяющие поднять КПД двигателя до предела.
Для того чтобы понять, в каком направлении в дальнейшем будет
развиваться двигателестроение, необходимо уяснить, какие препятствия
стоят на пути. А препятствия следующие: механические потери, неполное
использование энергии сгорания топлива, вопросы, связанные с
экономичностью, высокая себестоимость современных двигателей и систем
управления, увеличение массы мотора, улучшение характеристик двигателя.
Начнем по порядку. Механические потери в современных двигателях
можно снизить несколькими способами.
Во-первых, значительно ужесточить допуски на изготовление деталей
двигателей.
Во-вторых, необходимо уменьшить инерционность кривошипношатунной системы, то есть необходимо максимальное облегчение поршней,
шатунов, коленчатого и распределительного вала, а также маховика. Недаром
в современных моторах используются поршни с короткой «юбкой»,
изготовленные на основе алюминиевых сплавов. Распределительные валы
изготавливаются пустотелыми по следующей технологии: на охлажденную в
жидком азоте трубчатую заготовку вала насаживаются отдельно
изготовленные кулачки. Маховик делают максимально легким, чтобы не
утруждать двигатель вращением лишней массы, да и отклик на нажатие
педали газа при этом сократится.
В-третьих, необходимо упомянуть современные моторные масла с
низкой вязкостью, которые тоже делают небольшой вклад в копилку
увеличения КПД, так как снижаются потери на трение, как при перекачке по
масляным каналам, так и внутри самого масла.
В-четвертых, расширить применение различных антифрикционных
покрытий, способных значительно уменьшить силу трения, а также
использование деталей, изготовленных на основе соединений нитрида и
карбида кремния, то есть керамики.
Но дело в том, что вне зависимости от того, кто какой концепции
придерживается, все используют практически одинаковые технологические
наработки. Сегодня, например, невозможно увидеть современный двигатель
с двумя клапанами на цилиндр. «Почему?» – спросите вы. Да потому, что
применение многоклапанного (от 3 до 5 клапанов на цилиндр)
газораспределения позволяет снизить насосные потери и увеличить
мощность и экономичность двигателя. За примером далеко ходить не надо:
попробуйте закрыть одну ноздрю и пробежать метров 300, а потом повторить
эксперимент без наложенных ранее ограничений. Почувствовали разницу?
То же самое происходит и с двигателем. Кстати говоря, стоит вспомнить наш
автопром, а именно 4‑цилиндровые 8‑ и 16‑клапанные двигатели АвтоВАЗа:
при одинаковом объеме 1,5 литра один из них выдавал 78 л. с., а другой – 92.
55
Кроме
многоклапанного
газораспределения
применяются
фазовращатели на газораспределительных валах, с помощью них
осуществляется постоянная регулировка фаз впуска и выпуска. Особенно в
этой области преуспели немецкие и японские инженеры. Например, система
VANOS от BMW, которая впервые появилась на моторе серии М50 в 1992
году и позволяла регулировать фазы открытия и закрытия только впускных
клапанов. Через некоторое время появилась система BI-VANOS, которая
заведовала уже как впускными, так и выпускными клапанами.
Необходимо отдельно упомянуть системы регулирования величины
подъема клапанов (Honda i-VTEC, BMW Valvotronic, Porsche VarioCam Plus),
благодаря которым значительно улучшаются как характеристики двигателя,
так и топливная экономичность. Для примера рассмотрим знаменитую
систему Valvetronic от компании BMW. Разрабатывая эту системы, инженеры
решили кардинально отказаться от дроссельной заслонки, хотя в процессе
доводки ее все-таки оставили, она стала служить для диагностики системы
Valvetronic и находится постоянно в открытом положении. Регулирование
количества воздушной смеси в системе Valvetronic должно было
происходить за счет изменения величины подъема клапанов, то есть сам
клапан при этом выполнял функцию дроссельной заслонки. Для этого был
разработан специальный механизм, позволявший регулировать подъем
клапана в пределах от 0 до 10 мм.
Кроме таких высокотехнологичных мер, как электропривод помпы,
отключаемый генератор, электроусилитель руля, применяемых для
увеличения экономичности двигателей, используются также и другие, более
радикальные способы. Например, отключение части цилиндров на холостом
ходу или в режимах частичных нагрузок у многоцилиндровых двигателей.
Причем до недавнего времени этими системами пользовались в основном
американские конструкторы, взять хотя бы систему отключения цилиндров
Displacement-on-Demand («рабочий объем по требованию») от компании
General Motor. Замысел системы достаточно прост: по достижении
двигателем рабочей температуры электроника начинает опрашивать
различные датчики, и если она обнаруживает, что мотор работает в режиме
частичной нагрузки, то прекращает подачу топлива в половину цилиндров,
то есть в 4. Максимальный достигнутый эффект экономии топлива составил
25% от номинального, и это достаточно неплохой результат.
Повысить экономичность и КПД двигателя можно также с помощью
более совершенной системы зажигания. Достаточно вспомнить знаменитые
моторы с системой Twin Spark от Alfa-Romeo, где использованы две свечи на
цилиндр. Эта система, как, в принципе, и многое другое, перекочевала в
автомобильное двигателестроение с авиационных двигателей еще в 20‑е
годы прошлого столетия. Вторая свеча зажигания позволила обеспечить
более полное сгорание топлива, отчего увеличился КПД, да плюс ко всему
прочему снизилось потребление топлива и увеличилась детонационная
стойкость.
56
Невозможно не упомянуть в нашем разговоре о современных веяниях
двигателестроения: непосредственном впрыске топлива в цилиндры. Идея
подавать топливо непосредственно в цилиндры достаточно не нова, впервые
ее воплотили в жизнь инженеры компании Robert Bosch еще в 30‑х годах XX
века при конструировании авиационных двигателей, причем управление
системой было механическим. Долгое время система непосредственного
впрыска топлива не находила должного применения, хотя периодически
появлялись автомобили, оснащенные ею. Свое второе рождение система
непосредственного впрыска пережила в начале 90‑х годов прошлого века,
когда стали появляться достаточно надежные и современные электронные
системы управления.
Большой шаг в развитие и внедрение этих систем сделала компания
Mitsubishi со своими двигателями GDI. Уникальность этого двигателя была в
том, что он мог работать на сверхобедненной топливовоздушной смеси, в
которой соотношение бензина к воздуху по массе достигало 40:1, это при
том, что идеальное соотношение 14,7:1. То есть настолько обедненная смесь
вообще не должна была гореть, но благодаря специальной форме поршня и
узконаправленного факела распыла смесь с идеальным стехиометрическим
составом попадала прямо на свечу зажигания, хотя по всему объему
цилиндра была очень бедной. В данном двигателе было организовано три
режима работы системы.
Первый – впрыск топлива происходил на тактах впуска и сжатия, этот
режим был необходим для увеличения крутящего момента на малых
оборотах двигателя.
Второй – впрыск в момент впуска, этот режим применялся для
достижения двигателем максимальной мощности.
Третий режим – режим впрыска обедненной смеси на такте сжатия
применялся для увеличения топливной экономичности на режимах малой
нагрузки и холостого хода.
Отдельно стоит сказать о том, что впрыск бензина непосредственно в
камеру сгорания позволяет повысить детонационную стойкость двигателя,
так как при испарении бензин забирает часть тепла у нагретого в цилиндре
воздуха. Этот фактор позволяет повысить степень сжатия и, соответственно,
еще больше уменьшить расход топлива. При всех своих преимуществах, а
именно увеличении мощности, топливной экономичности и уменьшении
выбросов вредных веществ, двигатель получился достаточно дорогим, так
как в нем применялись высокотехнологичные компоненты.
То, что произойдет в мире двигателестроения в ближайшие 10 лет,
предсказать достаточно сложно, но определить генеральные линии развития
все-таки можно. Самое главное направление – это гибридизация, причем
пока акцент, надо сказать, ставится на бензино-электрический тандем, хотя
дизельно-электрическое сотрудничество, более оправданно, особенно если
главной целью является экономия топлива, а не маркетинговые хитрости.
«Игры» с водородом, скорее всего, прекратятся, так как выгода от
57
автомобилей, оснащенных двигателями на сверхлегком топливе, достаточно
туманна. Необходимо сначала получить водород, а из водорода уже с
помощью дорогущих топливных элементов – электричество.
Скорее всего, достаточно скоро будет представлен двигатель,
оснащенный гидравлическим или электромагнитным приводом клапанов.
Это новшество позволит отказаться сразу от двух систем: регулировки фаз
газораспределения и величины подъема клапанов. Да и КПД от этого
нововведения тоже подрастет, так как не нужно будет приводить во
вращательное движение массивные элементы системы газораспределения.
Хотелось бы наконец увидеть и серийный двигатель, оснащенный системой
регулировки степени сжатия, теоретически он должен стать очень
экономичным.
Дальнейшее развитие получат и маленькие «злые» моторчики,
оснащенные турбонаддувом, так как соотношение лошадиных сил и
крутящего момента к единице массы у них достаточно велико. К выхлопной
трубе, кстати говоря, может переехать и генератор, так как энергия
выхлопных газов имеет большую величину, а практически не используется.
Говоря о двигателях, не стоит забывать дизельные моторы, они, скорее всего,
и получат численное превосходство в будущем, потому что уже сегодня в
Европе продается больше дизельных автомобилей, чем бензиновых.
БИБЛИОГРАФИЯ
1.
2.
3.
4.
5.
avtohim-rost.tiu.ru
audiomobile.ru
bmwgtn.ru
new-garbage.com
test-drajv.ru
РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ОБСЛУЖИВАНИИ И
РЕМОНТЕ АВТОМОБИЛЕЙ
Маргиева Г. И., ст преподаватель филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в
г. Вязьме, Зеленков Р., студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме
В настоящее время автомобильный транспорт является наиболее
массовым и удобным видом транспорта, обладающий большой
маневренностью, хорошей проходимостью и приспособленностью для
работы в различных климатических и географических условиях. Он является
эффективным средством для перевозок грузов и пассажиров. Автомобильная
промышленность систематически работает над улучшением технологических
58
процессов обеспечения работоспособности с целью обеспечения
безотказности, долговечности и улучшению технического состояния
автомобильного транспорта.
Основанием и исходными данными для разработки темы реферата
является необходимость информирования специалистов автомобильного
комплекса о современном состоянии и направлениях развития
технологических процессов обеспечения работоспособности автомобилей.
Проблема технической надежности автомобилей является комплексной и
предполагает использование современных методов проектирования,
контроля технологических процессов.
Актуальность проблемы. Проблема улучшения технологических
процессов обеспечения работоспособности современных автомобилей,
уменьшения вероятности рисков неисправностей при эксплуатации
транспортного
средства
обусловлена
постоянно
возрастающими
требованиями потребителей – её решение базируется на комплексном
применении современных методов проектирования, производства и
технического обслуживания автомобильных узлов.
Научная новизна заключается в следующем: основы применения
технологических процессов; современных легковых и грузовых автомобилей;
рассмотрение основных схем применения объектов исследования в
обеспечении работоспособности современного автомобиля; перспективы
развития и пути решения проблем объектов исследования; оценка
эффективности использования перспективных технологических процессов
обеспечения работоспособности современных легковых и грузовых
автомобилях; перспективы адаптирования технологических процессов к
применению в реальном масштабе времени; перспективы совершенствования
объектов исследования в направлении облегчения технического
обслуживания и ремонта.
Ремонт или обслуживание автомобиля, его узлов выполняется по
определенной технологии. Технология ТО и ТР автомобиля – это
совокупность методов изменения его технического состояния с целью
обеспечения работоспособности.
Технологический процесс – это совокупность операций, выполняемых
планомерно и последовательно во времени и пространстве над автомобилем
(агрегатом).
Операция – законченная часть технологического процесса,
выполняемая над данным объектом (автомобилем) или его элементом одним
или несколькими исполнителями на одном рабочем месте.
Часть операции, характеризуемая неизменностью применяемого
оборудования или инструмента, называется переходом. На проведение
технического обслуживания и текущих ремонтов специализированными
проектными организациями разрабатываются типовые технологии, которые
для каждого конкретного АТП требуют привязки с учетом категории условий
эксплуатации и особенно состояния производственно-технической базы.
59
Технологические процессы на технические обслуживания требуют
минимальной привязки. Вызвано это тем, что периодичность и объем
каждого вида обслуживания регламентированы, существует перечень работ
по узлам (агрегатам), оценена трудоемкость этих работ.
Привязка технологических процессов на текущий ремонт сложнее,
поскольку отказы автомобиля случайны по месту, времени, трудоемкости и
количеству возникновения, труднее поддаются регламентации.
При внедрении технологических процессов следует учитывать
оснащенность рабочих постов оборудованием, инструментом, приборами,
технологической документацией, проводить обучение исполнителей
выполнению закрепленных операций и соблюдению технических условий.
Правильно организованный технологический процесс обеспечивает
оптимальные затраты и безопасность труда, высокое качество работ,
сокращение передвижения исполнителей, особенно, если один человек
выполняет несколько операций, уравнивание загрузки между исполнителями
и постами, персональную ответственность за качество выполнения
закрепленных операций. Совокупность технологических процессов
технического обслуживания и текущего ремонта представляет собой
производственный процесс автотранспортного предприятия.
Технологический процесс ТО и его организация определяются
количеством рабочих постов и мест, необходимых для выполнения
производственной программы, технологическими особенностями каждого
вида воздействия, возможностью распределения общего объема работ по
постам с соответствующей их специализацией и механизацией.
Основным
структурным
элементом
производственных
зон
автотранспортного предприятия является рабочее место или рабочий пост.
Рабочее место – это зона трудовой деятельности исполнителя,
оснащенная технологическим оборудованием, приспособлениями и
инструментом для выполнения конкретной работы. Рабочий пост – это
участок производственной площади, оснащенный технологическим
оборудованием для размещения автомобиля и предназначенный для
выполнения одной или нескольких однородных работ. Пост включает одно
или несколько рабочих мест. Рабочие места в условиях современного
автотранспортного предприятия представляют собой систему неразрывно,
связанных звеньев. Эта связь определяется единством производственного
процесса, пропорциональным соотношением сменных заданий на всех
рабочих местах, коммуникацией промышленных разводов, подающих
сжатый воздух, электроэнергию, охлаждающую жидкость, смазочные
материалы и т. д. Соответствие рабочего места данными условиями
выясняется на основании его аттестации.
Совокупность технологических процессов представляет собой
производственный процесс предприятия. Оптимизация технологических
процессов позволяет применительно к конкретным условиям производства
определить наилучшую последовательность выполнения работ, обеспечивая
60
высокую производительность труда, максимальную сохранность деталей,
экономически оправданный выбор средств механизации и диагностики.
Завершенная часть технологического процесса, выполняемая одним
или несколькими исполнителями на одном рабочем месте называется
технологической операцией.
Часть операции, характеризуемая неизменностью оборудования или
инструмента, называется переходом. Переходы технологического процесса
могут быть расчленены на движения исполнителя. Совокупность этих
движений представляет собой технологический прием.
Изучение вопросов совершенствования организации технологических
процессов показало, что до настоящего времени нет четких и обоснованных
рекомендаций по методике расчета количества постов текущего ремонта,
специализации постов, снижению вариации трудоемкости работ,
организации диагностики при текущем ремонте, типизации технологических
процессов текущего ремонта, комплекту технической документации по
рациональной организации производства постовых работ и др.
Установлено, что в настоящее время существуют три основных метода
расчета количества постов: по суммарной трудоемкости постовых работ; по
дням простоя в ТО, и ТР автомобилей; вероятностный метод.
Имеющиеся рекомендации по специализации постов текущего ремонта
автомобилей предусматривают до семи типов специализированных постов.
При этом в большинстве случаев рекомендуется совместное производство
работ технического обслуживания и крупнообъемного текущего ремонта
автомобилей, что является нецелесообразно.
В настоящее время в АТП применяется большое количество вариантов
планировок зон текущего ремонта с использованием разных типов
осмотровых канав (тупиковых, проездных, изолированных, траншейных), а
также с применением подъемников различной конструкции, приспособлений
для замены агрегатов и оргоснастки. Такое многообразие используемого при
текущем ремонте оборудования не имеет ни технологических, ни
экономических обоснований.
В большинстве АТП при проведении работ применяются
технологические процессы, имеющие существенные недостатки, что
обусловливает большие простои автомобилей в ремонтах, потери рабочего
времени и недостаточное качество ремонтных работ. Работы по текущему
ремонту, как правило, выполняются на универсальных постах, оснащенных
смотровыми канавами, или на напольных постах, которые не имеют полного
комплекта оборудования, необходимого для механизации трудоемких работ,
контроля качества выполненных ремонтов и обеспечения благоприятных
условий труда.
Совершенствование эксплуатационных свойств автомобилей связано с
усложнением их конструкций, и для качественного выполнения работ по их
техническому обслуживанию и ремонту требуется использование
современного сложного оборудования, приспособлений, контрольно61
измерительных приборов, а также совершенствование технологических
процессов.
Повышение эффективности производства, его интенсификация
достигаются в значительной мере благодаря использованию принципиально
новых прогрессивных технологий и технологических процессов.
Рассматривая в общем виде технологию технического воздействия как
способ и приемы, методы изменения технического состояния автомобиля с
целью обеспечения его работоспособности, принято определять перечень
входящих в нее технологических операций, базируясь на конструкции
объекта обслуживания и требованиях к надежности агрегатов и систем
автомобиля. Однако конструкция и технология должны подвергаться
тщательному анализу. Технология формируется на начальном этапе заводомизготовителем,
затем
совершенствуется
и
дополняется
научноисследовательскими и проектными организациями, приобретая форму
нормативного
документа
типовой
технологии.
Дальнейшее
совершенствование технологии происходит в региональных проектных бюро,
которые в соответствии с конкретными условиями АТО (производственными
площадями, числом автомобилей и др.) предлагают организационную форму
технологического процесса. Реализация предложенной ОФТП методами
управления и материально-технического обеспечения представляет собой
производственный процесс ТО и ремонта автомобилей. В рассматриваемом
случае технология ТО и ремонта представляет собой упорядоченный
перечень операций, обязательных при выполнении того или иного вида
воздействий и составленных на основе анализа особенностей конструкции и
надежностных характеристик деталей, агрегатов и систем автомобиля.
Прогрессивность технологии можно оценить с использованием в комплексе
таких показателей, как производительность труда, качество предоставляемых
услуг и уровень безопасности и экологичность производства. Задача
комплексной оценки состоит в том, чтобы выявить преимущества и
недостатки различных проектных решений, вариантов технологий,
комплектов оборудования, оценить экономическую эффективность,
особенности технологии организаций и их производственных подразделений.
На основе анализа существующих технологий ТО и ремонта
автомобилей разработана классификация факторов, влияющих на
прогрессивность технологий.
Механизация работ оказывает первостепенное влияние на основные
показатели технической эксплуатации - коэффициент технической
готовности и затраты на ТО и ремонт. Поэтому сокращение трудоемкости
работ, оснащение рабочих мест и постов высокопроизводительным
оборудованием и на этой основе повышение механизации производственных
процессов ТО и ремонта подвижного состава следует рассматривать как одно
из главных направлений технического прогресса.
Технологические
процессы
обеспечения
работоспособности
автомобилей предназначены для полноценного функционирования
62
составных частей автомобиля: двигателя, ходовой части, а также и всего
автомобиля в целом. Оно также является техническим элементом ТО и
ремонта. На автотранспортных предприятиях технологические процессы
обеспечения работоспособности автомобилей и станциях технического
обслуживания производится на постах, оснащённым необходимым
технологическим оборудованием, документацией. Порядок проведения
технологических процессов указан в документах.
Перспективны
совершенствования
технологических
процессов
обеспечения
работоспособности
заключаются
не
только
в
совершенствовании технологического оборудования с целью сделать его
более точным, простым в использовании, ресурсосберегающим. К
перспективам относится и совершенствование научной базы, повышение
уровня знаний специалистов в этой области.
Технологические
процессы
обеспечения
работоспособности
проводится неэффективно, что отрицательно сказывается на техническом
состоянии автомобиля его долговечности и безопасности, оценивая
эффективность технологических процессов, следует отметить, значение
модернизации и усовершенствование технологий, моментальное внедрение в
производство перспективных технологических процессов способных в любой
момент времени предоставлять качественный ремонт и диагностику
автомобиля. В материале реферата представлены основные аспекты
современного состояния и перспективы развития технологические процессов
обеспечения работоспособности автомобиля. Современный инженер должен
знать о целях, задачах, состоянии, технологическом процессе современного
производства, уметь разрабатывать оборудование и техническую
документацию.
БИБЛИОГРАФИЯ
1.Аринин, И. Н. Техническая эксплуатация автомобилей [Текст] / И. Н.
Аринин, С. И. Коновалов, Ю. В. Баженов – Изд. 2-е – Ростов н/Д : Феникс,
2007. – 314 с. : ил. – (Высшее образование).
2. Газарян, А. А. Техническое обслуживание автомобилей [Текст] / А.
А. Газарян. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Третий Рим, 2000. – 272 с.
3.ГОСТ 18322-78 Система технического обслуживания и ремонта
техники. [Текст]. – Введ. 1978-01-01. – М. : Изд. -во стандартов, 1978. – 21 с.
4. Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного
состава автомобильного транспорта [Текст] / М-во автомоб. трансп. РСФСР.
– М. : Транспорт, 1988. – 78 с.
63
ПРОБЛЕМЫ ВНЕДРЕНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ В
АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕ
Маргиева Г. И., ст преподаватель филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ»
в г. Вязьме, Яровой И. , студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме
Стратегическими
национальными
приоритетами
Российской
Федерации, изложенными в утвержденных 30 марта 2002 г. Президентом
Российской Федерации «Основах политики Российской Федерации в области
развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую
перспективу», являются: повышение качества жизни населения, достижение
экономического роста, развитие фундаментальной науки, образования и
культуры, обеспечение обороны и безопасности страны.
Одним из реальных направлений достижения этих целей может стать
ускоренное развитие нанотехнологий на основе накопленного научнотехнического задела в этой области и внедрение их в технологический
комплекс России.
Развитие направлений науки, техники и технологий, связанных с
созданием, исследованиями и использованием объектов с наноразмерными
элементами, уже в ближайшие годы приведет к кардинальным изменениям
во многих сферах человеческой деятельности - в том числе и в
машиностроении.
Новейшие нанотехнологий наряду с компьютерно-информационными
технологиями и биотехнологиями являются фундаментом научнотехнической революции в XXI веке, сравнимым и даже превосходящим по
своим масштабам с преобразованиями в технике и обществе, вызванными
крупнейшими научными открытиями XX века.
В развитых странах осознание ключевой роли, которую уже в
недалеком будущем будут играть результаты работ по нанотехнологиям,
привело к разработке широкомасштабных программ по их развитию на
основе государственной поддержки.
Так, в 2000 г. в США принята приоритетная долгосрочная комплексная
программа, названная Национальной нанотехнологической инициативой и
рассматриваемая как эффективный инструмент, способный обеспечить
лидерство США в первой половине текущего столетия. К настоящему
времени бюджетное финансирование этой программы увеличилось по
сравнению с 2000 г. в 2,5 раза и достигло в 2003 г. 710,9 млн долл., а на
четыре года, начиная с 2005 г., планируется выделить еще 3,7 млрд долл.
Аналогичные программы приняты Европейским союзом, Японией, Китаем,
Бразилией и рядом других стран.
В России работы по разработке нанотехнологий начаты еще 50 лет
назад, но слабо финансируются и ведутся только в рамках отраслевых
программ. К настоящему времени назрела необходимость формирования
программы общефедерального масштаба с учетом признания важной роли
64
нанотехнологий на самом высоком государственном уровне.
Нанотехнологии могут стать мощным инструментом интеграции
технологического комплекса России в международный рынок высоких
технологий, надежного обеспечения конкурентоспособности отечественной
продукции.
Разработка и успешное освоение новых технологических возможностей
потребует координации деятельности на государственном уровне всех
участников нанотехнологических проектов, их всестороннего обеспечения
(правового, ресурсного, финансово-экономического, кадрового), активной
государственной поддержки отечественной продукции на внутреннем и
внешнем рынках.
Формирование и реализация активной государственной политики в
области нанотехнологий позволит с высокой эффективностью использовать
интеллектуальный и научно-технический потенциал страны в интересах
развития науки, производства, здравоохранения, экологии, образования и
обеспечения национальной безопасности России.
Использование возможностей нанотехнологий может уже в недалекой
перспективе
принести
значительный
экономический
эффект
в
машиностроении:
увеличение ресурса режущих и обрабатывающих инструментов с
помощью специальных покрытий и эмульсий;
широкое внедрение нанотехнологических разработок в модернизацию
парка высокоточных и прецизионных станков;
созданные с использованием нанотехнологий методы измерений и
позиционирования
обеспечат
адаптивное
управление
режущим
инструментом на основе оптических измерений обрабатываемой
поверхности детали и обрабатывающей поверхности инструмента
непосредственно в ходе технологического процесса. Например, эти решения
позволят снизить погрешность обработки с 40 мкм до сотен нанометров при
стоимости такого отечественного станка около 12 тыс. долл. И затратах на
модернизацию не более 3 тыс. долл. Равные по точности серийные
зарубежные станки стоят не менее 300-500 тыс. долл. При этом в
модернизации нуждаются не менее 1 млн активно используемых
металлорежущих станков из примерно 2,5 млн станков, находящихся на
балансе российских предприятий;
в двигателестроении и автомобильной промышленности _ за счет
применения наноматериалов, более точной обработки и восстановления
поверхностей можно добиться значительного (до 1,5-4 раз) увеличения
ресурса работы автотранспорта, а также снижения втрое эксплуатационных
затрат (в том числе расхода топлива), улучшения совокупности технических
показателей (снижение шума, вредных выбросов), что позволяет успешнее
конкурировать как на внутреннем, так и на внешнем рынках;
в электронном и электротехническом машиностроении _ расширение
возможностей радиолокационных систем за счет применения фазированных
65
антенных решеток с малошумящими СВЧ-транзисторами на основе
наноструктур и волоконно-оптических линий связи с повышенной
пропускной способностью с использованием фотоприемников и
инжекционных лазеров на структурах с квантовыми точками;
совершенствование тепловизионных обзорно-прицельных систем на основе
использования матричных фотоприемных устройств, изготовленных на базе
нанотехнологий и отличающихся высоким температурным разрешением;
создание мощных экономичных инжекционных лазеров на основе
наноструктур для накачки твердотельных лазеров, используемых в
фемтосекундных системах;
в энергетическом машиностроении _ наноматериалы используются для
совершенствования технологии создания топливных и конструкционных
элементов, повышения эффективности существующего оборудования и
развития альтернативной энергетики (адсорбция и хранение водорода на
основе углеродных наноструктур, увеличение в несколько раз эффективности
солнечных батарей на основе процессов накопления и энергопереноса в
неорганических и органических материалах с нанослоевой и кластернофрактальной структурой, разработка электродов с развитой поверхностью
для водородной энергетики на основе трековых мембран). Кроме того,
наноматериалы применяются в тепловыделяющих и нейтронопоглощающих
элементах ядерных реакторов; с помощью нанодатчиков обеспечивается
охрана окружающей среды при хранении и переработке отработавшего
ядерного топлива и мониторинга всех технологических процедур для
управления качеством сборки и эксплуатации ядерных систем; нанофильтры
используются для разделения сред в производстве и переработке ядерного
топлива.
Анализ мирового опыта формирования национальных и региональных
программ по новым научно-техническим направлениям свидетельствует о
необходимости выявления некоторых ключевых проблем в области
разработки наноматериалов и нанотехнологий.
Первая проблема _ формирование круга наиболее перспективных их
потребителей, которые могут обеспечить максимальную эффективность
применения современных достижений. Необходимо выявить, а затем и
сформировать потребности общества в развитии нанотехнологий и
наноматериалов, способных существенно повлиять на экономику, технику,
производство, здравоохранение, экологию, образование, оборону и
безопасность государства.
Вторая проблема _ повышение эффективности применения
наноматериалов и нанотехнологий. На начальном этапе стоимость
наноматериалов будет выше, чем обычных материалов, но более высокая
эффективность их применения будет давать прибыль. Поэтому необходимо
среднесрочное и долгосрочное финансирование НИОКР по наноматериалам
и нанотехнологиям с выбором способов реализации программы, включая
масштабы и источники финансирования. Государство заинтересовано в
66
быстрейшем развитии перспективного направления, поэтому оно должно
взять на себя основные расходы на проведение фундаментальных и
прикладных исследований, формирование инноваций.
Третья проблема _ собственно разработка новых промышленных
технологий получения наноматериалов, которые позволят России сохранить
некоторые приоритеты в науке и производстве.
Четвертая проблема _ обеспечение перехода от микротехнологий к
нанотехнологиям
и
доведение
разработок
нанотехнологий
до
промышленного производства, особенно в области электроники и
информатики.
Пятая проблема _ широкомасштабное развитие фундаментальных
исследований во всех областях науки и техники, связанных с развитием
нанотехнологий.
Шестая проблема _ создание исследовательской инфраструктуры,
включая:

организацию центров коллективного пользования уникальным
технологическим и диагностическим оборудованием;

современное приборное оснащение научных и производственных
организаций инструментами и приборами для проведения работ в области
нанотехнологий;

обеспечение доступа научно-технического персонала к
синхротронным и нейтронным источникам (как российским, так и
зарубежным), к сверхпроизводительным вычислительным комплексам;

разработку специальной метрологии и государственных
стандартов в области нанотехнологий;

развитие физических и аппаратурно-методических основ
адекватной диагностики наноматериалов на базе электронной микроскопии
высокого разрешения, сканирующей электронной и туннельной
микроскопии, поверхностно-чувствительных рентгеновских методик с
использованием синхротронного излучения, электронной микроскопии для
химического анализа, электронной спектроскопии, фотоэлектронной
спектроскопии.
Седьмая проблема _ создание финансово-экономического механизма
формирования оборотных средств у институтов и предприятийразработчиков наноматериалов и нанотехнологий, а также развитие
инфраструктуры, обеспечивающей поддержку инновационной деятельности
в этой сфере на всех ее стадиях _ от выполнения научно-технических
разработок до реализации высокотехнологической продукции.
Восьмая проблема _ привлечение, подготовка и закрепление
квалифицированных научных, инженерных и рабочих кадров для
обновленного технологического комплекса Российской Федерации.
Для выработки и практической реализации необходимых и
достаточных мер в области создания и развития нанотехнологий должна
быть сформирована государственная политика, которая, в свою очередь,
67
должна рассматриваться как часть государственной научно-технической
политики, определяющей цели, задачи, направления, механизмы и формы
деятельности органов государственной власти Российской Федерации по
поддержке научно-технических разработок и использованию их результатов.
К таким мерам прежде всего необходимо отнести:

разработку и реализацию материально-технического обеспечения
работ в области нанотехнологий с максимальным учетом возможностей
кооперации в использовании уникального сверхдорогостоящего научного и
экспериментально-исследовательского оборудования;

подготовку, повышение квалификации, привлечение и
закрепление кадров (прежде всего молодых специалистов) в области
нанотехнологий для их использования в научной и промышленной сферах;

изучение рынка наукоемкой продукции в части нанотехнологий с
использованием методов прогнозирования и технико-экономической оценки;

анализ современного состояния научно-исследовательских работ
фундаментального и прикладного профиля в соответствии с общими
отечественными и мировыми тенденциями в развитии данного направления,
а также результативности законченных исследовании и их дальнейшей
перспективности;

определение приоритетных ориентированных направлений в
области нанотехнологий, результаты которых могут быть использованы в
ближайшее время, среднесрочной и дальней перспективе, а также в
фундаментальных и поисковых исследованиях;

разработку и использование системы координации и кооперации
проводимых исследований в области нанотехнологий;

создание и использование экспертных систем и баз данных как
информационного возобновляемого ресурса в области последних
достижений, связанных с разработкой и применением нанотехнологий в
стране и за рубежом;

отработку
систем
взаимодействия
государства
с
предпринимательским сектором экономики в целях формирования рынка
нанотехнологий, привлечения внебюджетных средств для проведения
исследований и организации соответствующих производств; разработку мер
по активизации участия бюджетных и внебюджетных фондов и частных
инвесторов на всех стадиях разработки и освоения нанотехнологий;

разработку системы мер по организации эффективного
взаимовыгодного международного сотрудничества в области исследований и
практического использования нанотехнологий.
Работы в области развития нанотехнологий могут быть организованы
по следующей схеме:
на первом этапе (начиная с 2005 г.) включить в состав федеральной
целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по
приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы
специальный раздел по развитию работ, связанных с созданием и
68
использованием нанотехнологий, сконцентрировав в нем интеллектуальные,
финансовые и материально-технические ресурсы в данной области;
на втором этапе, учитывая масштабность задач по развитию
фундаментальных исследований, прикладных технологических работ и
созданию инновационной инфрастрактуры, разработать самостоятельную
программу федерального уровня (на 2006-2010 гг.), учитывающей
программы, реализуемые федеральными органами исполнительной власти,
субъектами РФ и отдельными организациями различных форм собственности
с условным названием «Нанотехнологий».
Программа должна включать фундаментальные исследования,
прикладные исследования и разработки, внедрение и организацию
производства, а также вопросы, связанные с подготовкой и привлечением
высококвалифицированных кадров. Подготовка и согласование элементов
данной программы могла бы быть начата уже в 2004 г. со сроком
представления окончательного варианта в 2005 г.
Предлагаемый порядок организации и исполнения работ обусловлен
тем, что на сегодняшний день развитие нанотехнологий как научнотехнического направления во многом еще находится на стадии поиска и даже
осознания возможных путей его реализации как в чисто научном плане, так и
в достижении потенциально значимых практических результатов и поэтому
требует активного участия государства с использованием всех возможных
форм и методов государственного управления и поддержки.
Итогом реализации национальной программы должно стать
перевооружение ведущих отраслей промышленности на основе широкого
внедрения нанотехнологий.
Для разработки и практической реализации перечисленных и иных мер,
обеспечения координации органов государственной власти в решении
проблем, связанных с развитием отечественной науки и экономики,
необходимо создание Межведомственного Совета по нанотехнологиям. В
состав Совета и его секций должны входить ученые и специалисты
Российской академии наук, высшей школы и промышленности, федеральных
органов исполнительной власти, субъектов Российской Федерации и
представителей деловых кругов.
Автомобильная промышленность Германии, являющаяся одной из
наиболее важных отраслей производства, уже сейчас серьезно
заинтересована в НТ и активно изучает возможности внедрения новых
материалов и технологий, особенно в связи с экологией, безопасностью
движения и обеспечением комфорта. НТ в автомобилестроении может быть
связана с решением множества проблем и технических задач, относящихся к
ходовой части, весу конструкции и динамике движения, кондиционированию
и снижению выхлопа вредных веществ, уменьшению износа, возможностям
вторичной переработки и т. п. Кроме этого, НТ имеют непосредственное
отношение к развитию связанных с автомобилестроением информационных
систем (например, контроль обстановки на дорогах, коммуникации и т. п.).
69
Очень большие перспективы коммерческого производства имеет
внедрение прозрачных многослойных наноматериалов. В частности,
наносимые на стекло металлические покрытия толщиной в несколько
нанометров могут одновременно отражать инфракрасное излучение и
придавать стеклу дополнительную термостойкость.
Для затемненных внутренних стекол в автомобилях можно даже
использовать так называемые электрохромные составы, которые
автоматически настраиваются на соответствующую интенсивность света, а
также способствуют уменьшению отражения в циферблатах приборов, что
очень трудно осуществить обычными методами.
Водоотталкивающие и противоударные покрытия могут наноситься на
множество деталей, включая «дворники» и т. п.
Еще один очень интересный пример связан с применением
микроскопических частиц углерода. В начале 20 века было случайно
обнаружено, что введение микрочастиц сажи в каучук приводит к
очевидному улучшению качества автомобильных шин. Эффект связан с тем,
что частицы сажи «склеивают» каучук и делают шины прочнее, обеспечивая
их повышенную износостойкость. Сегодня уже предпринимаются
целенаправленные попытки увеличения поверхности частиц сажи и
уменьшения их возможного слипания, что позволяет снизить процессы
рассеивания (диссипации) энергии в шинах и приводит в целом к
повышению их характеристик и снижению расхода горючего в среднем на
4%.
Соответствующая оптимизация сопротивления воздуха, веса
автомобиля и приводного устройства привела бы к снижению потребления
горючего на 6%, 15% и 28%, в результате чего можно было бы уменьшить
выбросы двуокиси углерода. Намеченное Евросоюзом снижение норм
выброса угарного газа и частиц (программа Евро-5) к 2008 году может быть
достигнуто только путем значительного понижения потребления горючего,
для чего настоятельно требуется поиск альтернативных источников питания.
Например, в качестве автомобильного топлива очень перспективен
экологически почти безопасный метанол, и НТ может сыграть важную роль в
производстве новых методик впрыскивания горючего, реформинге топлива,
аккумуляции водорода, объединении клеточных электродов и мембран для
обмена протонов при сгорании топлива и т. п.
Более конкретно, можно отметить, что эффективное использование
метанола (и многих других видов топлива) требует обеспечения измельчения
жидкого горючего и его микродисперсной пульверизации по заданным
поверхностям, для чего весьма перспективными представляются матрицы из
нанофорсунок. Подобные «нанореактивные» двигатели можно производить,
создавая микроскопические (и даже субмикроскопические) каналы в
материалах типа кремния или его соединений. Аналогичные наноканалы
могут применяться в перспективных технологиях получения водорода из
твердых видов топлива, для чего внутренняя поверхность каналов может
70
дополнительно покрываться слоем каталитического материала типа платины.
Нанопористые материалы могут применяться и для разложения многих
соединений (например, воды на водород и кислород) при использовании
мембран с очень развитой поверхностью. Кроме того, микропористые
вещества с большой и активной поверхностью, очевидно, представляют
собой прекрасную основу для создания новых типов фильтров, механически
задерживающих требуемые типы частиц.
В будущем развитие энергетики, возможно, будет связано с массовой
заменой твердых видов топлива и горючих веществ на водород, который
необходимо будет аккумулировать в специально создаваемых устройствах, и
именно в этом наноматериалы (например, сложные фуллерены) могут
оказаться исключительно полезными. Уже сейчас эксперты планируют
создание емкостей-хранилищ водорода на основе фуллеренов с 10%
эффективностью.
Наноструктурные материалы позволяют изготавливать легкие и
одновременно достаточно прочные конструкции для некоторых деталей
массового производства. Например, конструкторы автомобилей много лет
создают покрытия из стекла, которые были бы прочными, но которые можно
было бы быстро разбить при необходимости (аварии, кражи и т. п.).
Инновационный заменитель стекла можно создать на основе поликарбоната
(ПК), то есть искусственного материала, из которого делают известные всем
диски CD и DVD. Это «умное» устройство (изогнутое сложным образом в
некоторых частях кузова, сзади и сбоку) можно изготовить из ПК таким
образом, чтобы его нельзя было никак заменить стеклянным аналогом. Для
этого к поликарбонату следует просто примешать различные отбеливающие
пигменты (в виде наночастиц), которые, с одной стороны, остаются
прозрачными, а с другой, — защищают стекло от разрушающего воздействия
ультрафиолетового излучения. Повышенная прочность к механическим
повреждениям в этом случае достигается использованием нанолаков на
основе полиоксанов.
Перспективы нанотехнологии в автомобильной промышленности
сейчас во многом связываются с использованием наноструктурных
(нанофазных)
металлических
материалов,
обладающих
огромной
прочностью и другими высокими механическими характеристиками, а также
с производством новейших типов металлокерамики. Разрабатывается
большое число лаков на основе наносистем, обладающих не только высокой
прочностью, но и даже способностью к «самозалечиванию» поверхности.
Кроме того, изучаются возможности армирования керамических материалов
наночастицами, а также развития новых методик создания стеклокерамики.
При этом во многих случаях исследователи уже планируют осуществлять
автономную или местную «регенерацию» вещества на основе наполненного
наночастицами искусственного материала, а также придавать описанный
выше эффект самоочищения «лотоса» всем используемым лакам и стеклам.
В лабораторных условиях уже изучаются сложные пигментные
71
структуры, цвет которых может целенаправленно изменяться под
воздействием прилагаемого электрического напряжения, что имеет огромные
перспективы для оформления интерьера автомобилей. Упоминавшиеся выше
ферромагнитные жидкости (взвеси магнитных частиц, феррофлюиды) также
могут найти широкое применение в автомобильной промышленности. Такие
вещества, меняющие вязкость в зависимости от прилагаемого извне
магнитного поля, являются исключительно важными для создания «умных»
амортизаторов в автомашинах следующих поколений, и уже созданы
опытные образцы устройств такого типа.
Rinspeed sQuba
У швейцарской компании Rinspeed уже есть опыт разработки рабочих
прототипов автомобилей-амфибий. Нашумевшая модель Splash на
подводных крыльях установила мировой рекорд, переплыв Ла-Манш за 3
часа 13 минут 47 секунд.
Rinspeed sQuba не тонет. Автоподлодка от швейцарской тюнинговой
компании Rinspeed
Насмотревшись фильмов про Джеймса Бонда, швейцарцы
воодушевленно стали разрабатывать… «подводный» автомобиль. Опыт
удался - концепт Rinspeed sQuba был представлен на Женевском автосалоне.
Автомобиль-подлодка, элементы которого выполнены на основе
углеродных нанотрубок, а салон инкрустирован обыкновенными жемчугом и
бриллиантами
Концепт представляет собой первый в мире двухместный родстер,
способный передвигаться под водой. Движение осуществляется за счет двух
водоструйных двигателей, расположенных в «кормовой части». Для удобства
водителя и пассажира, которые с головой окунутся в воду (верх автомобиля
— открытый), предусмотрено специальное устройство для дыхания, похожее
на кислородную маску акваланга.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Балабанов, В.И. Нанотехнологии. Наука будущего. /В.И. Балабанов. М.: Эксмо, 2008. - 256 с.
2. Рыбалкина, М. Нанотехнологии для всех. /М. Рыбалкина. - М.:
Nanotechnology News Network, 2006. - 444 с.
3.
http://revolution.allbest.ru/manufacture/00030814_1.html
Нанотехнологии в машиностроении России.
4. http://www.rusnanoforum.ru/program/section/102/ Нанотехнологии в
машиностроении Германии.
5.
http://www.indboard.ru/articles/427.html
Нанотехнологии
в
машиностроении.
72
ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ – ПЕРСПЕКТИВНАЯ ОСНОВА
РАЗВИТИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Морозов С. М., доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме,
к т н, доцент, Морозов М. С., аспирант НИЦ «Курчатовский институт»
В последнее время большое внимание уделяется развитию
нанотехнологий. Одними из направлений развития этой отрасли является
создание наноструктуированных покрытий и наноструктурированных
приповерхностных слоев деталей. Которые определяют работоспособность
отдельных агрегатов изделий (лопатки энергоустановок, элементы
погружных насосов нефтедобывающих систем, лопатки компрессоров
нефтеперекачивающих станций, сопла ракетных двигателей, детали машин с
элементами пар трения: поршень-цилиндр, высокоскоростные подшипники).
Такие детали применяются в современных отраслях промышленности
(авиация, космонавтика, автомобилестоение, энергетика) и для получения
поверхности с требуемыми параметрами необходимо применение новых
методов. Одним из таких методов является ионная имплантация элементов в
приповерхностные слои, так как она модифицирует его на глубину 10-100
нм.
Ионной имплантацией называется процесс внедрения в мишень
ионизованных атомов с энергией, достаточной для проникновения в ее
приповерхностные области. Успешное применение ионной имплантации
определяется главным образом возможностью предсказания и управления
электрическими и механическими свойствами формируемых элементов при
заданных условиях имплантирования [1]. Целенаправленно, выбирая атомы
легирующей примеси и режимы облучения с помощи ионной имплантации
можно обеспечить широкую гамму полезных свойств поверхностных слоев
материала. Таким образом удается достичь высокой прочности
поверхностного и подповерхностного слоя, создать слой, выполняющий роль
твердой смазки, повысить или понизить химическую активность
поверхности, изменить концентрацию и пространственное распределение
дислокаций и иных дефектов структуры, обеспечить формирование
мелкодисперсных
высокопрочных
выделений.
По
сравнению
с
традиционными методами химико-термической обработки, ионная
имплантация позволяет в десятки раз сократить время и резко понизить
температуру обработки, производить селективную обработку отдельных
участков детали. Существенным преимуществом метода является отсутствие
проблем адгезии между модифицированным слоем и объемом материала,
характерных для способов нанесения различного рода покрытий. Ионная
имплантация практически не изменяет размер деталей и ее можно выполнять
после их чистовой обработки. К недостаткам метода можно отнести малую
толщину модифицированного слоя и пока еще высокую стоимость
оборудования. Эффекты воздействия ионной имплантации на свойства
73
поверхности материалов изучается исследовательскими группам разных
стран уже на протяжении многих лет. Установлено, что изменение таких
свойств металлов, как коррозионная стойкость, твердость, износ,
усталостные характеристики при внедрении ионов ряда металлов (олово,
молибдена, свинца, титана) и металлоидов (азота, углерода, бора и фосфора)
[2].
В последнее время наблюдалась высокая активность в области
исследования и развития ионных источников, которая сочеталась с
расширением области их применения. Например, такие, как физика
ускорителей частиц, ионная имплантация, исследования в области
управляемого термоядерного синтеза в значительной степени содействовали
развитию науки об ионных источниках.
Быстрый рост мощности компьютеров позволил использовать
вычислительные методы для расчета траекторий ионов с момента их выхода
из плазменной области и при дальнейшем прохождении через систему
формирования и ускорения и далее через ионно-оптическую систему.
Большое достижение - разработка компьютерных программ, моделирующих
пучок в трехмерной геометрии с учетом эффектов, обусловленных объемным
зарядом.
Класс высоковольтных газовых ионных источников очень широк.
Существует много сходного в конструкциях, а также в проблемах связанных
с этим семейством высоковольтных источников. По большей части они
имеют одинаковые области применения и по тому должны удовлетворять
аналогичным экспериментальным требованиям и ограничениям [2].
Чтобы получить требуемые характеристики ионных источников,
используют плазму, создаваемую СВЧ излучением. Существуют два
различных параметрических режима. В одном из них взаимодействие СВЧ
излучения с плазмой происходит на электронной циклотронной частоте при
низком давлении газа и в плазме, по существу, нет столкновений. Во втором
режиме взаимодействие не зависит от резонанса с магнитным полем,
давление газа выше и в плазме происходят столкновения. В соответствии с
условиями генерации плазмы параметры ионных пучков, полученных от
источников, создающих плазму этих двух типов, также существенно
различаются. В источниках первого типа зарядовые состояния полученных
ионов чрезвычайно высоки, тогда как плотность ионного тока, как правило,
мала. В источниках второго типа ток ионного пучка выше, чем в источниках
с переменным полем, но ионы в основном однозарядные. СВЧ ионные
источники используются для безнакальной генерации сильноточных ионных
пучков для высокодозной имплантации полупроводников [2].
Рекорд по получению многозарядных ионов из ионного источника (т. е.
без учета ионов, которые ускоряются до очень высоких энергий и затем
обдираются при прохождении через фольгу) легко удерживается ионным
источником с электронным пучком. В этом источнике ионы в условиях
глубокого вакуума удерживаются внутри высокоэнергетичного электронного
74
пучка в сильном магнитном поле достаточно продолжительное время, что
дает возможность получать ионы с высокими зарядовыми состояниями.
Пучково-плазменный ионный источник — относительно новый тип
источника, в котором ионизация происходит в результате взаимодействия
инжектируемого электронного пучка высокой интенсивности с фоновой
плазмой. Возникает пучково-плазменная неустойчивость, и энергия пучка
эффективно передается плазме. Другая новая особенность этого типа
ионного источника состоит в том, что плотность тока извлеченных ионов
может существенно превышать классический предел Чайлда-Ленгмюра.
Лазерным ионным источникам, высокоэнергетичные пучки которых
могут быть доставлены к твердым мишеням с помощью легкодоступных
сверхмощных импульсных лазеров, могут использоваться как средство
получения плотных сгустков плазмы с высокой долей многозарядных ионов.
Для формирования ионного пучка из плазмы, генерируемой лазерным
импульсом, может применяться соответствующая извлекающая система,
завершающая основную конструкцию лазерного ионного источника.
Источники такого типа находятся на относительно ранней стадии развития и
имеют перспективы в качестве инжекторов для синхротронов на тяжелых
ионах.
Жидкометаллические ионные источники уникальны в своей
способности генерировать острофокусные ионные пучки. Эти пучки
формируются посредством полевой эмиссии ионов из тонкого острия (иглы),
на которое натекает пленка жидкого металла. Пучок является очень
слаботочным, но плотность тока в фокусе может быть чрезвычайно высокой
из-за субмикронных размеров пятна. Этот тип источников используется в
ионно-лучевой литографии и в ионной микроскопии.
В ионном источнике, принцип действия которого основан на явлении
испарения металла под действием дугового разряда в вакууме, плазма
создается около катодных пятен, формирующихся на поверхности твердого
металлического катода под действием дугового разряда, инициированного в
условиях глубокого вакуума. Плазменные сгустки отстреливаются от катода
подобно плазме, генерируемой лазером, и интенсивный пучок металлических
ионов может быть сформирован из этих плазменных сгустков. Были
получены сверхсильноточные ионные пучки фактически всех твердых
металлов. Этот тип источников используется в инжекторах ускорителей
частиц и для ионной имплантации широким пучком.
Источники отрицательных ионов применяются как инжекторы для
ускорителей частиц и генераторы высокоэнергетичных нейтральных пучков
для нагрева термоядерной плазмы. Методы получения положительных и
отрицательных ионов совершенно различны. Совершенствование источников
этого типа дает постоянный и впечатляющий рост тока пучка.
Ионную имплантацию применяют для обработки многих типов
промышленных изделий и инструмента. Особенно значительное повышение
долговечности
достигнуто
для
подшипников
гироскопических
75
навигационных систем, пробойников, пуансонов, пресс-форм и других
высокоизнашиваемых компонент. Одна из перспективных областей
применения ионного легирования в машиностроении – повышение стойкости
режущего
инструмента
для
обработки
металлов
давлением.
Производственные испытания показали возрастание изностойкости в 2-3
раза. Аналогичные работы по упрочнению ножей для резки рулонов бумаги,
синтетического каучука, штампов, вытяжек привели к увеличению их срока
службы в 2-12 раз, а ортопедических элементов протезов бедра и колена до
400 раз.
Эффективными являются ионное легирование высадного
инструмента: штампов для выдавливания, ковочных и формовочных
штампов, пуансонов прессового инструмента, инструментов для
инжекционного прессования пластмасс. Обработка выходной части фильер
для волочения медной и стальной проволоки увеличивает срок их службы в
5-100 раз [3].
БИБЛИОГРАФИЯ
1.
Я. Браун. «Физика и технология ионных источников». – М.: Мир,
1998. – 429 с.
2.
Ф.Ф. Комаров. Ионная имплантация в металлы. – М.:
Металлургия, 1990. - 216 с.
3.
А.Т. Форрестер. Интенсивные ионные пучки. – М.: Мир, 1991. –
358 с.
МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ ПЛОТНЫЙ ГРАФИТ НА ОСНОВЕ
КАМЕННОУГОЛЬНОГО ПЕКА
Морозов С. М., доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме,
к т н, доцент, Морозов М. С., аспирант НИЦ «Курчатовский институт»
Технология производства мелкозернистого прочного графита включает
следующие основные технологические операции:
- получение тонкодисперсного пресспорошка путем совместного
измельчения нефтяного кокса и высокотемпературного каменноугольного
пека;
- прессование заготовок различного типоразмера;
- обжиг и графитация заготовок при температуре 2400 – 2800 оС.
В качестве сырья использовались специальный пиролизный кокс марки
КНПС-СМ и высокотемпературный пек. Объемная усадка заготовок,
сформованных из тонкодисперсного порошка на основе «непрокаленного
76
кокса» при термообработке достигает 50% при потере массы не более 15%.
Это давало возможность за счет эффекта «самоуплотнения» получить графит
однородной мелкозернистой структуры с высоким уровнем физикомеханических характеристик.
Благодаря этому, графит нашел широкое применение в различных
отраслях техники для изготовления ответственной технологической
оснастки, а также в качестве электрод-инстумента при финишной
электроэрозионной обработке металлов.
Мелкозернистый плотный графит, имеющий высокую эрозионную
стойкость в продуктах сгорания твердого топлива и после проведения
испытаний, был заложен в конструкторскую документацию на ряд серийных
изделий специального назначения.
С целью удовлетворения растущих потребностей в качественном
графите был создан специализированный участок в г. Вязьма.
Кокс, отвечающий требованиям технологии указанного графита,
должен иметь:
- низкую температуру получения (менее 600 оС) для обеспечения
высокой объемной усадки заготовок;
- микроструктуру, аналогичную таковой для кокса марки КНПС-СМ;
- истинную плотность после прокалки при 1300 оС 2,04 ÷ 2.06 г/см3;
- содержание серы ниже 0,4% массы.
Анализ сырьевой базы показал, что отечественные нефтяные и пековые
коксы не отвечают перечисленным выше требованиям [1,2,3]. Создание на
действующих предприятиях нефте- и коксохимической промышленности
мощностей по производству специального кокса в условиях сложившихся
производственных отношений оказалось нерентабельным из-за относительно
малой потребности в данных марках графита; но это было реализовано на
специализированном участке в г.Вязьма.
С этой целью были проведены предварительные исследования, которые
показали
возможность
использования
высокотемпературного
каменноугольного пека коксохимического производства ОАО «Северсталь»
(г.Череповец). В требуемых объемах он не является дефицитным сырьем.
Структура и свойства пекового кокса зависят от [4,5]:
- состава каменноугольного пека;
- условий его термообработки (скорости нагрева, продолжительномти
выдержки в различных температурных интервалах, конечной температуры,
состава газовой фазы, давления и других факторов).
В реальных условиях
производства на это накладывается массо- и теплообмен в рабочем
пространстве печного агрегата.
Состав пека определяет температуру его размягчения (tро, оС) и выход
«летучих» веществ.
С учетом выше изложенного нами были использованы:
- пек (tро=135 - 150 оС);
- пек с tро=180 оС.
77
Для получения пекового кокса на первом этапе использовалась
специальная электропечь с выкатным подом. Дробленый пек загружался в
контейнеры; 6 контейнеров помещались в один общий контейнер.
Температура контролировалась в 6-ти точках рабочего пространства печи.
Автоматическая система регулирования позволяла вести заданный режим по
контрольной термопаре, установленной в центре рабочего пространства.
Отработка технологии проводилась по следующей методике:
- в контейнер загружался пек в количестве, необходимом для
проведения одного цикла работы вибропомольной установки и проводилось
его коксование по заданному режиму;
- от каждого контейнера с коксом отбиралась представительная проба
для определения истинной плотности, содержания «летучих веществ», и с
учетом результатов контроля задавалось количество пека при дозировке;
- полученный после вибропомола пресспорошок контролировался по
дисперсности, содержанию «летучих веществ»; его технологическая
пригодность определялась по специальной методике. Сущность методики –
ускоренная термообработка малогабаритных лабораторных образцов с
анализом полученных результатов по ряду показателей, установленных
опытным путем;
- один цикл работы вибропомольной установки обеспечивал
формование, как правило 4 ÷ 5-ти заготовок стандартного размера (т.н.
«технологическая партия»). Заготовки «технологической партии» проходили
обжиг в одной камере и графитацию также в одной кампании (по
возможности в идентичных условиях).
Как минимум от одной заготовки отбиралась проба для определения
физико-механических характеристик материала .
Заготовки «технологической партии» были идентичны по гран-составу
пресспорошка, соотношению наполнитель - связующее, истинной плотности
кокса, свойствам пека и др. Следовательно, дисперсия определяемых физикомеханических характеристик внутри «технологической партии» обусловлена
в основном обжигом и конечной температурой нагрева при графитации.
Такая методика отвечала решению поставленной задаче – отработке
технологии на новом виде сырья в производственных условиях.
Отработка технологии проводилась на заготовках стандартных
размеров. Объем отработки - 50 «технологической партий». Обжиг и
графитация обеспечили практически 100% выход заготовок без термических
трещин. Был получен и отработан большой объем технологической
информации в соответствии с принятой схемой контроля. Сопоставление
данных, показывает, что плотность, измеренная по техническим условиям на
образцах в среднем на 0,07 г/см3 выше плотности заготовок. Это связано как
с технологическими факторами, так и с ошибкой при определении плотности
по геометрическим размерам и массе заготовки.
Повышение конечной температуры при графитации с менее 2500 оС до
2800 оС приводит к снижению удельного электрического сопротивления до ~
78
12 мкОм·м, зольности до ~ 0,1 % масс и содержания серы до ~ 0,005 % масс.
Истинная плотность возрастает с 2,18 ÷ 2,19 до не менее 2,20 г/см3 .
Анализ полученных результатов проводился на основе метода,
разработанного применительно к высокоусадочным коксо-пековым
композициям. Его сущность сводится к установлению связи между
изменениями ряда параметров на микро- и макроуровнях рассматриваемой
системы при обжиге и графитации.
На основании полученных экспериментальных данных сопоставлено
изменение истинной и кажущееся плотности (контролируемая заготовка
определенной «технологической партии»)
По своим физико-механическим характеристикам графит, на основе
высокотемпературного пекового кокса, соответствует требованиям ТУ как на
высший, так и 1-й сорта. Графит, отвечающий требованиям ТУ по физикомеханическим характеристикам прошел успешные испытания на ряде
предприятий для изготовления изделий специального назначения.
На специальный пековый кокс на основе высокотемпературный
пековый кокс разработаны новые технические условия. Они в узких пределах
регламентируют истинную плотность исходного кокса 1,44 ÷ 1,48 г/см3 и
после его прокалки при 130оС 2,04 ÷ 2,08 г/см3 .
Таким образом, в результате проведенных работ на производственной
базе специализированного участка в г. Вязьма разработана технология и
освоен выпуск мелкозернистого плотного графита на основе использования
недефицитного отечественного сырья (взамен использовавшегося ранее
специального нефтяного кокса марки КНПС).
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Селезнев А.Н. Углеродистое сырье для электродной
промышленности. М. Профиздат.: 2000, -256 с.
2. Степаненко М.А., Брон Я.А., Кулаков Н.К. Производство пекового
кокса. Харьков, Металлургиздат, 1961, - 311 с.
3. Привалов В.Е., Степаненко М.А. Каменноугольный пек. – М.:
Металлургия, 1986, 272 с.
4. Фиалков А.С. Углерод. Межслоевые соединения и композиты на его
основе. М.: Аспект Пресс, 1997. – 717.
5. Производство углеродной продукции. Выпуск IV. Сборник трудов
под ред. Селезнева А.Н.. ЗАО «Энергопром. Менеджмент», М..2006.
79
ПРИМЕНЕНИЯ СИЛИЦИРОВАННОГО ГРАФИТА В
МАШИНОСТРОЕНИИ
Морозов С. М., доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме,
к т н, доцент, Морозов М. С., аспирант НИЦ «Курчатовский институт»
Проблема обеспечения высокой износостойкости в парах трения
остается важнейшей в современном машиностроении. Статистика
свидетельствует, что до 80% отказов в машинных системах связано с
износовыми отказами. В этой связи представляют интерес материалы –
силицированные графиты,
обладающие
исключительно
высокими
эксплуатационными свойствами.
Силицированные графиты представляют собой графитокарбидокремнистые материалы, полученные пропиткой пористого графита
расплавленным кремнием. В процессе пропитки в результате взаимодействия
с углеродом образуется карбид кремния, при этом часть кремния и графита
остаются не связанными углеродом. Таким образом, силицированный графит
состоит из карбида кремния, графита и кремния. Соотношение компонентов
может меняться в зависимости от количества пор и их размеров в исходном
графите, от продолжительности пропитки кремнием и режима изменения
температуры. Структура этих материалов представляет собой жесткий каркас
из карбида кремния исключительно высокой твердости и свободный графит,
что и обеспечивает комплекс ценных физико-механических свойств. Их
механические свойства определяются прежде всего фазовым составом и
особенностями микроструктуры. Наиболее высокими прочностными
характеристиками
обладают
материалы
высокой
плотности
и
мелкодисперсного строения. Материалы пористые и многокомпонентные
имеют более низкие характеристики за счет наличия в них пор, кремния и
углерода. Изменяя фазовый состав и пористость материалов, можно в
определенной степени регулировать их механические свойства.
Технология изготовления деталей из силицированного графита
заключается в следующем. Заготовки для деталей заданной формы и
размеров прессуют или получают обработкой резанием с учетом
необходимых припусков, а затем заготовку пропитывают по всему объему
жидким кремнием при высоких температурах – выше 2000°С. При этом
происходит реакция с образованием карбида кремния. В дальнейшем
необходимую форму, точность размеров и шероховатость рабочих
поверхностей получают механической обработкой. Однако получение
требуемой шероховатости затруднительно, так как имеют место налипание
кремния, неглубокие раковины и другие дефекты. В ряде случаев эти
факторы не влияют на работоспособность изделий. При наличии жестких
требований обработку осуществляют на шлифовальных станках алмазосодержащими кругами с обязательным охлаждением эмульсией или водой.
80
Проведем анализ свойств силицированных графитов. Плотность
составляет от 2,1 до 2,8 г/см. Прочность зависит от фазового состава и
плотности. Так, прочность на изгиб и сжатие снижается со снижением
плотности и увеличением в изделии содержания малопрочных фаз – кремния
и углерода – и наоборот. Прочность на растяжение возрастает с увеличением
содержания карбидной фазы. Ударная вязкость является функцией из
предела прочности при растяжении характеризуется невысокими
значениями. Этот недостаток материала проявляется в основном при
механической обработке. Упругость также зависит от плотности и наличия
металлических примесей. С увеличением плотности и чистоты материалов
растет и упругость силицированных графитов. Их термическое расширения
зависит от размера зерен карбид кремния и количественного содержания
несвязанных кремния и углерода. Коррозионная стойкость силицированныз
графитов достаточно высокая к агрессивным средам, и прежде всего к
минеральным кислотам различных концентраций и температур (материалы
реагируют только с плавикового кислотой и раствором щелочи). Особое
значение имеет тот факт, что в результате воздействия агрессивныл сред
физико-механические свойств силицированных графитов изменяются
незначительно. На основе этих испытаний осуществляют назначения
материалов для узлов машин, работающих в агрессивных средах.
Важнейшими характеристикам силицированных графитов являются
высокие антифрикционные свойства, в частности, низкий коэффициент
трения. Это обусловлено наличием в материале графита, равномерно
распределенного по всему объему изделия. Для силицированных графитов
характерна высокая износостойкость. Так, при работе в агрессивных средах,
не содержащих механических примесей, в паре с углепластиками, керамикой
и закаленными сталями интенсивность изнашивания составляет 10 -12 – 10-14,
что в ряде случаев обеспечивает срок службы 10000 – 15000 час.
Традиционная технология силицирования графита не всегда, в
достаточной степени, обеспечивает равномерное распределение кремния по
всему объему заготовки, с этим и столкнулись авторы проекта при отработке
технологии. Это привело к идее рассмотреть в качестве источника энергии энергию СВЧ поля.
Первые эксперименты, проводимые для оценки возможного
применения СВЧ
мощности в специальных
процессах, получения
детальных знаний о свойствах материалов на различных частотах и на всех
стадиях развития процесса позволяют сделать вывод о целесообразности
применения энергии СВЧ поля в технологии получения силицированного
графита
Представляется, что дальнейшим развитием этого направления может
стать проведение силицирования в условиях вакуума. Это, несомненно,
приведет к существенному снижению энергозатрат, а, следовательно, и
себестоимости продукции при значительном повышении ее качества.
81
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Селезнев А.Н. Углеродистое сырье для электродной
промышленности. М. Профиздат.: 2000, -256 с.
2. Степаненко М.А., Брон Я.А., Кулаков Н.К. Производство пекового
кокса. Харьков, Металлургиздат, 1961, - 311 с.
3. Привалов В.Е., Степаненко М.А. Каменноугольный пек. – М.:
Металлургия, 1986, 272 с.
4. Фиалков А.С. Углерод. Межслоевые соединения и композиты на его
основе. М.: Аспект Пресс, 1997. – 717.
5. Производство углеродной продукции. Выпуск IV. Сборник трудов
под ред. Селезнева А.Н.. ЗАО «Энергопром. Менеджмент», М..2006.
НАНОТЕХНОЛОГИИ: ВЧЕРА, СЕГОДНЯ, ЗАВТРА
Осипян В. Г., доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме, к т н
Нанонаука, нанотехнология, наноматериалы – эти не очень привычные
слова сегодня на слуху практически у всех, даже если кому-то не очень-то и
понятно, о чем речь:

нанонаука - это знания на стыке естественных наук (физики,
химии, биологии, технических, инженерных и прикладных наук) и основана
на изучении, создании и модифицировании объектов, которые включают
компоненты размерами менее 100 нм хотя бы в одном измерении и в
результате получают принципиально новые качества. Эта отрасль знаний
относительно молода и насчитывает не более столетия. Первым ученым,
использовавшим измерения в нанометрах, принято считать Альберта
Эйнштейна (Albert Einstein), который в 1905 году теоретически доказал, что
размер молекулы сахара равен одному нанометру (10~9м);

наноматериалы ‑ материалы, содержащие структурные элементы,
геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают
100 нм, обладающие качественно новыми уникальными свойствами,
функциональными и эксплуатационными характеристиками и получаемые с
помощью нанотехнологий;

нанотехнология ‑ совокупность методов и приемов,
обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и
модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100
нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществлять
их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего
масштаба;

наносистемная техника ‑ полностью или частично созданные на
основе наноматериалов и нанотехнологий функционально законченные
82
системы и устройства, характеристики которых кардинальным образом
отличаются от показателей систем и устройств аналогичного назначения,
созданных по традиционным технологиям.
Самой очевидной представляется связь “нано” с физикой, химией и
биологией. По-видимому, именно эти науки получат наибольший толчок к
развитию в связи с приближающейся нанотехнической революцией.
Нанотехнология основана на положении, высказанном одним из крупнейших
физиков XX века, лауреатом Нобелевской премии, профессором
Калифорнийского технологического института Ричардом Фейнмана ( Richard
Phillips Feynman), о том, что возможно создание объектов, собирая их
молекула за молекулой, а то и атом за атомом. В результате материальные
объекты получают принципиально новые качества.
Очевидно, что наиболее актуальной становится задача разработки и
создания инструментального (метрологического) оборудования для изучения
атомного строения конструкционных материалов на наноуровне, а далее – и
нанороботов: устройств, обеспечивающих использование «кирпичей», и
конструирования, создания из них новых материалов и объектов прикладного
назначения.
Идею создания специальных приборов, способных проникнуть в
глубину материи до границ наномира, выдвинул выдающийся американский
инженер-электрик и изобретатель, физик, философ сербского происхождения
Никола Тесла ( Nikola Tesla). Именно он предсказал создание электронного
микроскопа.
Однако, без развития информационных систем невозможно
проектирование и создание ассемблеров (нанороботов) и других устройств
наноэлектроники.
Нанотехнологии - это не просто отдельная часть знаний, это
масштабная, всесторонняя область исследований. Возросшие требования к
образованию, потребность в новых методах и концепциях обучения
потребует от будущих учителей новаторства и активности. Перед
философами, экономистами и политологами встанет множество новых
вопросов,
требующих
нетрадиционных
решений
в
условиях
нанотехнического прогресса. Искусство шествует вслед за прогрессом, не
желая оставаться “за бортом” и стремясь всегда адекватно отражать
окружающую нас действительность. Таким образом, перспективы развития
науки и техники также определяют пути искусства.
Будет справедливо отметить, что человечество, освоив множество
«макротехнологий» для своих практических потребностей, уже давно имеет
дело с нанопроцессами (определим этот термин как процессы, протекающие
между нанообъектами).
Не будет преувеличением сказать, что все химические процессы,
лежащие в основе многих макротехнологий, - это процессы, протекающие на
молекулярном уровне, т.е. – нанопроцессы! Сюда же отнесем и процессы,
реализуемые в синхрофазотронах, ядерных реакторах и т.д. и т.п.
83
Природа вовсю пользуется нанотехнологиями, «работая» при этом не
только с молекулами в качестве «конструкционных кирпичей», не только с
атомами, из которых «складывает» эти молекулы, но и с элементарными
частицами, из которых в свою очередь «собираются» сами атомы. При этом
выясняется, что и сами элементарные частицы состоят (т.е. «собраны») из
много чего другого. А самое главное, что для всего этого Природе не нужны
ни микроскопы, ни нанороботы… Никакого видимого инструментария!
На сегодняшний день нанотехнология достигла серьезных результатов,
и в первую очередь в автомобильной промышленности. Впечатляет
«послужной список» нанотехнологических достижений и начатых
разработок по следующим направлениям: генерация и хранение энергии;
огнеупорные и термостойкие материалы; функциональные краски и
покрытия; программируемые материалы; биометрические системы;
обработка и передача информации; биомедицинские приложения;
производство; экология.
Есть и опасности, которыми не следует пренебрегать
Отмечая положительные изменения, которые принесет с собой
промышленная революция, не будем столь наивны, чтобы не задуматься о
возможных опасностях и проблемах. Многие крупные ученые современности
не зря пытаются привлечь внимание не только к позитивным перспективам
будущего, но и к возможным негативным последствиям. Билл Джой,
сооснователь и ведущий ученый Sun Microsystems в Пало Альто, штат
Калифорния, утверждает, что исследования в области нанотехнологий и
других областях должны быть остановлены до того, как это навредит
человечеству. Его опасения поддержала еще одна группа нанотехнологов,
выпустив так называемый “Foresight Guidelines” – “руководящие линии
Института предвидения”. Как и Джой, они считают, что стремительный рост
нанотехнологий выходит из-под контроля. Страхи перед нанотехнологиями
начали появляться с 1986 года, после выхода в свет “Машин созидания”
Дрекслера, где он не только нарисовал утопическую картину
нанотехнологического будущего, но и затронул “обратную сторону” этой
медали. Одну из проблем, которая представлялась ему наиболее серьезной,
он назвал “проблемой серой слизи” (“grey goo problem”). Опасность серой
слизи в том, что нанометровые ассемблеры, вышедшие из-под контроля в
результате случайной или намеренной порчи систем управления, могут
начать реплицировать сами себя до бесконечности, потребляя в качестве
строительного материала все на своем пути, включая леса, заводы, домашних
животных и людей. Предварительный анализ показывает, что ассемблер
может быть сделан достаточно надёжным, чтобы вероятность появления
самовоспроизводящейся ошибки оказалась пренебрежимо малой. Однако
неразумно
полностью
исключить
опасность
преднамеренного
программирования ассемблера террористом или хулиганом, подобным
современным создателям компьютерных вирусов. “Один из компонентов
ассемблера – электронное устройство молекулярных размеров, – говорит
84
Джой, – сейчас уже реализовано”. Далее он узнал, что саморепликация уже
давно работает вне биологических систем. Будет ошибкой отталкиваться от
того, что раз простые молекулы имеют способность к репродукции, то
инженеры смогут построить сложные наномашины, умеющие делать то же
самое. Что касается биологических систем, то они, конечно, способны к
репликации, но, во-первых, они далеко не нанометровых размеров, а вовторых, фантастически сложны по своей структуре, поскольку включают в
себя отдельные системы для хранения и копирования генной ин_ формации,
системы энергопроизводства, синтеза белков и др. “Даже природа не сделала
нанометрической структуры, способной к репликации”, _ замечает Виола
Вогель, наноученый Университета Вашингтона, штат Сиэтл. Тем не менее,
возможны другие сферы злоупотребления достижениями нанотехнологий. На
сегодняшний день остаются актуальными вопросы: способна ли
образовательная система обучить достаточно нанотехнологических
специалистов; может ли прогресс нанотехнологий подорвать традиционный
бизнес и оставить тысячи людей без работы; может ли снижение стоимости
продукции благодаря нанотехнологиям и молекулярной биологии сделать их
легкодоступными для террористов, чтобы разработать опасные
микроорганизмы; каким будет эффект от вдыхания некоторых веществ,
которые в настоящее время формируются в молекулярном масштабе; что
случится, если в окружающую среду будет выпущено большое количества
наноматериала, начиная от компьютерных чипов и заканчивая краской для
самолетов; не будут ли наноматериалы вызывать аллергию; не приведет ли
вторжение наночастиц в наши тела к непредсказуемым последствиям; что
случится, если наночастицы вызовут пересворачивание белка?
Эти и другие вопросы, стоящие сегодня перед исследователями,
действительно очень актуальны и важны. В бешеной гонке нанотехнологий
ученые должны взять на себя всю полноту ответственности за жизнь и
здоровье других людей, чтобы не оказаться беззаботными фанатиками,
совершившими “революцию” только лишь “во имя революции”, не утруждая
себя размышлениями о возможных трагических последствиях и катастрофах.
По всем этим причинам исследование наноэффектов новых технологий
будет требовать принципиально новых методов и междисциплинарного
подхода.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Балабанов, В.И. Нанотехнологии. Наука будущего. /В.И. Балабанов. М.: Эксмо, 2008. - 256 с.
2. Рыбалкина, М. Нанотехнологии для всех. /М. Рыбалкина. - М.:
Nanotechnology News Network, 2006. - 444 с.
3. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. / Н. Кобаяси, пер. с япон. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. - 134 с.
4. http://www.volkswagen.ru/ru/ru.html
85
5. http://www.mercedes-benz.ru/
6. http://www.ntsr.info/
7. http://www.nanonewsnet.ru.
ПРОБЛЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ БИОДИЗЕЛЯ
Осипян В. Г., доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме, к т н,
Котов А., студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме
Биодизель — это метиловый эфир, получаемый в результате
химической реакции из растительных масел и животных жиров, является
одним из видов биотоплива и может быть использован в качестве топлива
для автомобильных двигателей.
Известно, что молекулы жира состоят из так называемых
триглицеридов: соединений трехвалентного спирта глицерина с тремя
жирными кислотами. Для получения метилового эфира к девяти массовым
единицам растительного масла добавляется одна массовая единица метанола
(т.е. соблюдается соотношение 9:1), а также небольшое количество
щелочного катализатора. Все это смешивается в реакторных колоннах при
температуре 60°С и нормальном давлении. В результате химической
реакции образуется, в первую очередь, желаемый метиловый эфир, а также
побочный продукт — глицерин, широко используемый в фармацевтической
и лакокрасочной промышленностях. Полученный эфир отличается хорошей
воспламеняемостью, обеспечиваемой высоким цетановым числом. Если для
минерального дизтоплива цетановое число 50-52, то цетановое число
биодизеля (метиловый эфир) уже 56-58. Это позволяет использовать его в
дизельных двигателях без прочих стимулирующих воспламенение веществ.
Благодаря такому свойству метиловый эфир, получаемый из растительных
масел и жиров, и был назван биодизелем.
Помимо относительно высокого цетанового числа биотопливо имеет и
ряд других полезных свойств: биодизель не обладает бензоловым запахом,
биологически безвреден, имеет малые выбросы СО2, является относительно
«чистым» топливом, отличается малым содержанием серы, имеет хорошие
смазочные характеристики, обеспечивает увеличение срока службы
двигателя, имеет высокую температуру воспламенения.
Однако, для использования растительных масел как топлива требуется
применение специальных форсунок и других деталей. Только в специально
сконструированных двигателях возможен меньший расход масел по
сравнению с минеральным дизтопливом.
Какими бы огромными не казались запасы полезных ископаемых, они
исчерпаемы даже в России. Используя известные на сегодняшний день
разработки нефти, мы сможем протянуть лишь до 2040 года. А что дальше?
86
Тем временем экологическое положение в стране требует к себе уже не
просто внимания, а самого пристального внимания.
И еще один фактор, говорящий в пользу биодизеля. Сейчас
потребности сельского хозяйства России в энергии на 90% удовлетворяются
ископаемыми видами топлива — нефтью, углем, а также природным газом.
Поэтому одной из причин ухудшения финансового положения аграрного
сектора страны в 2002 году с уверенностью были названы возросшие в разгар
полевых работ цены на ГСМ. В связи с этим, на наш взгляд, задуматься о
возможностях производства и использования биодизеля в России следует,
прежде всего, сельхозтоваропроизводителю.
Существуют, однако, и определенные проблемы. Чрезмерное
увлечение биологическими видами топлива может существенно подорвать
экологический баланс на планете.
Уже сейчас в странах Южной Америки, внедряющих в сельское
хозяйство растительные культуры для производства биологических видов
топлива, наблюдается неприглядная картина, когда под плантации
«энергоемких» растений уничтожаются леса Центральной Америки, в том
числе и в бассейне Амазонки. Кроме того, фермеры в погоне за прибылью
продают злаковые культуры под биотопливо, что в некоторых регионах мира
уже повлекло дефицит хлеба. Помимо этого, прикрываясь тем, что растения
не предназначены для употребления в пищу, а изначально выращиваются для
промышленной переработки, многие фермеры используют вредные
химические удобрения, загрязняющие почву.
Производство биотоплива не должно стать причиной сокращения
лесных угодий на планете, ухудшать состояние пахотных земель,
ограничивать водоснабжение прилегающих районов, что может иметь
негативные последствия для местного населения. Сейчас экологи
сталкиваются со странной для простого обывателя ситуацией, когда для
получения самого чистого и эффективного автомобильного топлива
используются самые грязные химические технологи. Например, при
выработке биоэтанола из древесины используется серная кислота и как
побочный продукт получается сульфированный лигнин, а его по
экологическим причинам нельзя ни сжечь, ни захоронить. И в масштабах
промышленного производства можно накопить слишком много ядовитых
отходов.
Озабоченные проблемой грядущего дефицита нефти, все страны
делают ставку на биоэтанол. Производится он в основном из сахарного
тростника, злаковых или кукурузы. Крупнейшими его производителями
являются США и Бразилия. На их долю в 2005 году пришлось 44,7 и 45%
мирового производства соответственно. При этом доля биологического
топлива по сравнению с нефтяным составила в США всего 2%, но на его
изготовление было израсходовано 13% от всего урожая кукурузы.
Правительство США приняло план, предусматривающий к 2025 году
увеличение производства биоэтанола на своей территории в десять раз, что
87
повлечет за собой неизменный рост отведенных под эти нужды
сельхозугодий.
В нашей стране могут быть эффективны иные методы производства
горючего. «Существуют технологии производства не просто добавок к
нефтяному бензину, а полноценного синтетического бензина из
биологических отходов, — рассказывает РБК daily заведующий
лабораторией математической химии Института нефтехимии и катализа РАН
Семен Спивак. — В качестве исходного сырья могут служить бытовой мусор,
древесина и даже свиной навоз. Мусором заполонены российские города, и
его переработка поможет не только получать топливо, но еще и очистить
окружающую среду». При сжигании сырья при определенных режимах
выделяется так называемый синтез-газ — продукт неполного сгорания,
который при последующих химических реакциях можно превращать не
только в топливо, но и в пластики. Технологии его производства гораздо
чище.
Правда, экологи утверждают, что для широкого производства
биотоплива только мусора не хватит и потребуется масштабная вырубка
российских лесов с последующей его переработкой. В любом случае со
временем объем производства биологического и синтетического бензинов
будет только возрастать. Евросоюз поставил задачу к 2020 году перевести на
такое горючее до 10% своего автотранспорта. И его производство потребует
существенной трансформации всей сельскохозяйственной отрасли. Однако
без выработки единых международных правил, ограничивающих негативное
влияние на экосистемы планеты, многие регионы мира, выращивающие
сырье для биотоплива, могут оказаться на грани экологической катастрофы.
Рост цен на нефть вызвал волну интереса к биологическому топливу,
производимому из растительного сырья. В наибольшей степени об
использовании биотоплива задумались в Евросоюзе, страны-члены которого
пытаются придерживаться ограничений на выбросы СО2 в рамках Киотского
протокола. Согласно планам Европейской комиссии, к 2010 году доля
биотоплива в энергетическом балансе транспорта в ЕС должна вырасти с
нынешних 0,8 до 5,75%. По мнению Unilever, рост спроса на биотопливо
приведет к резкому увеличению посевных площадей под масличные
культуры. По оценке ОЭСР, чтобы 5,75% моторного топлива приходилось на
биотопливо, эти площади должны составлять до 40% всех посевных
площадей ЕС. А чтобы обеспечить 10−процентную долю биотоплива в
общем балансе (цель Еврокомиссии на 2025 год), площадь под масличными
культурами должна вырасти до феноменальных 75%. Поэтому стоит ожидать
сокращения посевных площадей под остальные культуры, что вызовет
повышение цен на продовольствие в Европе от овощей до мяса и молочных
продуктов.
Производство биотоплива может способствовать резкому ускорению
изменения климата. В результате выращивания кукурузы, рапса или же
получения пальмового масла парникового газа выделяется больше, чем
88
экономится за счет получения из этих растений биологического топлива. К
такому выводу пришли авторы исследований, опубликованных в
специализированных журналах Science и Atmospheric Chemistry and Physics.
Ради получения биотоплива происходит уничтожение тропических
лесов и превращение их в сельскохозяйственные угодья. В результате
сжигания лесов в Индонезии окиси углерода выделяется более чем в 400 раз
больше, чем то ее количество, на которое ежегодно может быть сокращен
выброс СО2 в случае применения полученного с той же территории
пальмового масла, пишет автор материала в Science Джо Фарджионе из
экологической организации The Nature Conservancy. А превращенные в
соевые плантации тропические леса Бразилии выделяют окиси углерода в
300 раз больше того, на сколько его выброс мог бы быть сокращен за счет
применения биотоплива в течение года.
Кроме того, по данным лауреата Нобелевской премии вобласти химии
Пола Крутцена, навоз выделяет гораздо больше опасного парникового газа "веселящего газа" (закиси азота), чем до сих пор считалось. Ученый считает,
что безопасны для климата только виды биотоплива, созданные наоснове
отходов сельского и лесного хозяйства или же изтрав с незначительным
добавлением навоза. "Я не являюсь абсолютным противником биотоплива, я
только выступаю против того, как оно сейчас применяется", - говорит
профессор Крутцен, требующий подробного и критического описания всех
парниковых газов по каждому виду биотоплива. Большие надежды политики
и ученые возлагают на биотопливо второго поколения, которое не наносит
вреда климату. Для его производства можно использовать все части
растений, а значит, и отходы деревообработки. Сначала древесину путем
BtL-технологии (Biomass to Liquid) превращают в газ, а затем
перерабатывают в этанол (этиловый спирт).
БИБЛИОГРАФИЯ
1.
В чем плюсы и минусы биоэтанола //Автотранспорт.-2010.-№ 1.С.25-26.
2.
Елдышев Ю.Н. Больше чем топливо/Ю.Н. Елдышев// Экология и
жизнь.- 2007.-№7.- С.40-46.
3.
Елдышев Ю.Н. Автомобили «чистые и нечистые» /Ю.Н.
Елдышев// Экология и жизнь.- 2007.-№7.- С.25-29.
4.
Елдышев Ю.Н. На чем поедем завтра /Ю.Н.Елдышев //Экология
и жизнь.- 2008.-№1.- С.54-57.
5.
Пальц В. Биотопливо: новая возможность или угроза /В. Пальц //
Экология и жизнь.- 2009.-№4.- С.22-24.
6.
Махлин М. Бензин под градусом. Перспективы моторного
биотоплива в России //Российская газета от 27 февраля 2009, спецвыпуск
№4858.
89
7.
Туровский Ф. Проблемы применения новых автомобильных
топлив /Ф. Туровский, А. Бакалейник, Е. Максимова// Автотранспорт.- 2009.№5.- С. 43-48.
8.
http://www.avtotransp.panor.ru
9.
http://есорortal/ru
НАНОТЕХНОЛОГИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ
АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЯ
Осипян В. Г., доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме, к т н,
Смирнов Д., студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме
Нанотехнология (НТ) – высокотехнологичная отрасль, направленная на
изучение и работу с атомами и молекулами. С помощью нанотехнологий
можно очищать нефть и победить многие вирусные заболевания, можно
создать микроскопических роботов и продлить человеческую жизнь, можно
победить СПИД и контролировать экологическую обстановку на планете,
можно построить в миллион раз более быстрые компьютеры и освоить
Солнечную систему.
Нанотехнологии качественно отличаются от традиционных, поскольку
макроскопические технологии обращения с материей часто неприменимы, а
микроскопические явления, пренебрежительно слабые в привычных
масштабах, становятся намного значительнее.
Нанонаука основана на изучении объектов, которые включают
компоненты размерами менее 100 нм хотя бы в одном измерении и в
результате получают принципиально новые качества.
1905 Швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в
которой доказал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1
нанометр.
1931 Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали
электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать
нанообъекты.
1959 Американский физик Ричард Фейнман изложил основные
положения нанотехнологий в легендарной лекции “Там внизу – много места”
(“There’s Plenty of Room at the Bottom”), произнесенной им в
Калифорнийском Технологическом Институте.
1968 Альфред Чо и Джон Артур, сотрудники научного подразделения
американской компании Bell, разработали теоретические основы
нанообработки поверхностей.
1974 Японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот слово
“нанотехника”, предложив называть так механизмы размером менее 1
микрона.
90
1981 Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали
сканирующий туннельный микроскоп, позволяющий осуществлять
воздействие на вещество на атомарном уровне.
1985 Американский физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард
Смолли создали технологию, позволяющую точно измерять предметы
диаметром в один нанометр.
1986
Создан _силовой микроскоп, позволяющий осуществлять
взаимодействие с любыми материалами, а не только с проводящими.
1986 Нанотехнология стала известна широкой публике.
1989 Дональд Эйглер, сотрудник компании IBM, выложил название
своей фирмы атомами ксенона.
1998 Голландский физик Сеез Деккер создал нанотранзистор.
2004
Администрация
США
поддержала
“Национальную
наномедицинскую инициативу” как часть National Nanotechnology Initiative
Стремительное развитие нанотехнологий вызвано еще и потребностями
общества в быстрой переработке огромных массивов информации.
Современные кремниевые чипы могут при всевозможных технических
ухищрениях уменьшаться ещё примерно до 2012 года. Но при ширине
дорожки в 40-50 нанометров возрастут квантовомеханические помехи:
электроны начнут пробивать переходы в транзисторах за счет туннельного
эффекта, что равнозначно короткому замыканию. Выходом могли бы
послужить наночипы, в которых вместо кремния используются различные
углеродные соединения размером в несколько нанометров. В настоящее
время ведутся самые интенсивные разработки в этом направлении.
Нанотехнологии уже так или иначе затрагивают нашу жизнь.
Нанопродукты можно обнаружить в автомобилях и в краске на стенах домов.
По прогнозам отраслевой ассоциации NanoBusiness Alliance, к 2010 году
мировой рынок нанопродуктов и услуг вырастет до 1 трлн. долларов.
Автомобили, полученные на основе нанотехнологий станут более
комфортными и интеллектуальными, основанными на легких и прочных
материалах, миниатюризации и новых энергетических установках.
Практически каждая деталь автомобиля может быть усовершенствована при
помощи нанотехнологий.
Автомобильная промышленность Германии, являющаяся одной из
наиболее важных отраслей производства, уже сейчас серьезно
заинтересована в НТ и активно изучает возможности внедрения новых
материалов и технологий, особенно в связи с экологией, безопасностью
движения и обеспечением комфорта. НТ в автомобилестроении может быть
связана с решением множества проблем и технических задач, относящихся к
ходовой части, весу конструкции и динамике движения, кондиционированию
и снижению выхлопа вредных веществ, уменьшению износа, возможностям
вторичной переработки и т. п. Кроме этого, НТ имеют непосредственное
отношение к развитию связанных с автомобилестроением информационных
систем (например, контроль обстановки на дорогах, коммуникации и т. п.).
91
Очень большие перспективы коммерческого производства имеет
внедрение прозрачных многослойных наноматериалов. В частности,
наносимые на стекло металлические покрытия толщиной в несколько
нанометров могут одновременно отражать инфракрасное излучение и
придавать стеклу дополнительную термостойкость. Для затемненных
внутренних стекол в автомобилях можно даже использовать так называемые
электрохромные составы, которые автоматически настраиваются на
соответствующую интенсивность света, а также способствуют уменьшению
отражения в циферблатах приборов, что очень трудно осуществить
обычными методами. Водоотталкивающие и противоударные покрытия
могут наноситься на множество деталей, включая «дворники» и т. п. Еще
один очень интересный пример связан с применением микроскопических
частиц углерода. В начале 20 века было случайно обнаружено, что введение
микрочастиц сажи в каучук приводит к очевидному улучшению качества
автомобильных шин. Эффект связан с тем, что частицы сажи «склеивают»
каучук и делают шины прочнее, обеспечивая их повышенную
износостойкость. Сегодня уже предпринимаются целенаправленные попытки
увеличения поверхности частиц сажи и уменьшения их возможного
слипания, что позволяет снизить процессы рассеивания (диссипации)
энергии в шинах и приводит в целом к повышению их характеристик и
снижению расхода горючего в среднем на 4%.
Эффективное использование метанола (и многих других видов
топлива) требует обеспечения измельчения жидкого горючего и его
микродисперсной пульверизации по заданным поверхностям, для чего весьма
перспективными представляются матрицы из нанофорсунок. Подобные
«нанореактивные»
двигатели
можно
производить,
создавая
микроскопические (и даже субмикроскопические) каналы в материалах типа
кремния или его соединений. Аналогичные наноканалы могут применяться в
перспективных технологиях получения водорода из твердых видов топлива,
для чего внутренняя поверхность каналов может дополнительно покрываться
слоем каталитического материала типа платины.
Нанопористые материалы могут применяться и для разложения многих
соединений (например, воды на водород и кислород) при использовании
мембран с очень развитой поверхностью. Кроме того, микропористые
вещества с большой и активной поверхностью, очевидно, представляют
собой прекрасную основу для создания новых типов фильтров, механически
задерживающих требуемые типы частиц.
В будущем развитие энергетики, возможно, будет связано с массовой
заменой твердых видов топлива и горючих веществ на водород, который
необходимо будет аккумулировать в специально создаваемых устройствах, и
именно в этом наноматериа-лы (например, сложные фуллерены) могут
оказаться исключительно полезными. Уже сейчас эксперты планируют
создание емкостей-хранилищ водорода на основе фуллеренов с 10%
эффективностью.
92
Наноструктурные материалы позволяют изготавливать легкие и
одновременно достаточно прочные конструкции для некоторых деталей
массового производства. Например, конструкторы автомобилей много лет
создают покрытия из стекла, которые были бы прочными, но которые можно
было бы быстро разбить при необходимости (аварии, кражи и т. п.).
Перспективы нанотехнологии в автомобильной промышленности сейчас во
многом связываются с использованием наноструктурных (нанофазных)
металлических материалов, обладающих огромной прочностью и другими
высокими механическими характеристиками, а также с производством
новейших типов металлокерамики. Разрабатывается большое число лаков на
основе наносистем, обладающих не только высокой прочностью, но и даже
способностью к «самозалечиванию» поверхности. Кроме того, изучаются
возможности армирования керамических материалов наночастицами, а также
развития новых методик создания стеклокерамики. При этом во многих
случаях исследователи уже планируют осуществлять автономную или
местную «регенерацию» вещества на основе наполненного наночастицами
искусственного материала, а также придавать описанный выше эффект
самоочищения «лотоса» всем используемым лакам и стеклам.
Автопромышленность стала одной из первых отраслей, где быстро
поняли выгоду нанотехнологий. В автомобиле сложно изобрести что-то
принципиально новое; его основные элементы десятилетиями остаются все
теми же — кузов, двигатель, подвеска, тормозная система,
электрооборудование... приходится лишь совершенствовать каждый
компонент. Концепт-кары ведущих мировых автодизайнеров поражают
футуристичностью форм и технических решений. А воплощение в жизнь
смелых идей уже невозможно без применения нанотехнологий.
Авто будущего – какое оно? Машина, кузов которой запросто
выдерживает столкновения на скорости 300 км/ч и практически не
деформируется? Или автомобиль, самостоятельно «зализывающий»
царапины, которыми его «наградили» при парковке? Либо… воплощение
киношного фантастического прототипа — машина, которая использует в
качестве топлива содержимое мусорных бачков.
Нанотехнологии
в
автомобилестроении
используются
для
усовершенствования практически каждого блока и даже каждой детали — от
двигателя до самореза. А что касается автомобилей будущего, тех, на
которых мы будем ездить всего-то через пару десятков лет, то здесь фантазия
автопроизводителей, пожалуй, нуждается разве что в том, чтобы ее ктонибудь утихомирил.
С помощью нанотехнологий привычный автомобиль можно
преобразить так, что его не узнали бы ни Готлиб Даймлер, ни Генри Форд, ни
кто-то другой, стоявший «у истоков».
Взять, например, концепт «автомобиля будущего» от Audi — Virtuea
Quattrо, разработанный в центре дизайна Audi/VW в Калифорнии. Этот
автомобиль работает, естественно, на водороде, и рассчитан на одного
93
человека. Virtuea Quattro будет формировать свой внешний облик при
помощи голографических изображений, программировать которые сможет
сам водитель через многофункциональный интерфейс.
Совсем скоро на смену целому «зоопарку» типов кузовов придет один,
способный менять свою форму в зависимости от конкретного запроса
водителя. Корпус «Мерседеса» — это магнитное соединение (металлические
наночастицы удерживаются вместе магнитными полями), которое может
восстанавливать свою форму по одному клику на брелоке сигнализации или
внутри автомобиля. Водитель сможет выбирать тип корпуса авто из
нескольких возможных «предустановленных» скинов. Выбор цвета машины
просто неограничен — мечта для девушек, подбирающих себе автомобиль
под цвет любимой губной помады.
Магнитные поля помогут концепту мгновенно регенерировать после
удара. SilverFlow восстанавливает свою первоначальную форму простой
«перезагрузкой».
Передача механической энергии к колёсам, по мыслям мерседесовцев,
передаётся специальной жидкостью, молекулы которой приводятся в
движение электростатическими наномоторами. Четыре поворотных колеса
позволят автомобилю разворачиваться на месте и парковаться боком. Руля и
привычных педалей в SilverFlow вы не найдёте, ускорение и направление
движения будут задаваться двумя рычагами, установленными по бокам
водительского места.
Автомобиль в исходном состоянии представляет собой небольшой
эллипсоид из ферромагнетика — такая лужица жидкого металла, которую
гораздо легче хранить, нежели полноразмерный автомобиль. Больше не
придется впадать в отчаяние, в двадцать пятый раз нарезая круги вокруг
офисной стоянки. Слил машину в ведерко для игры в песочек и бережно
принес с собой в офис.
2057 год. Ограниченное пространство городских улиц и вертикальная
архитектура требуют от автопрома создания новейших автомобилей, которые
смогут выжить в городских джунглях и устраивать гонки по вертикали.
Инновационные решения автопроизводители находят в биомимикрии.
«Мусороуборочная» Toyota Biomobile MECHA. Четыре нанолазерных
колеса легко приспосабливаются к любой трассе
Колеса из практически нематериальных «нанолазеров» позволят
автомобилю ездить в любом направлении и с любым наклоном, а корпус
(внимание, на этот раз уже не облик, как у Audi, а корпус!) сможет
трансформироваться в соответствии с дорожными условиями, увеличиваясь
или сжимаясь в размерах и не снижая аэродинамических свойств автомобиля.
Осознание стратегической важности нанотехнологий привело к тому,
что в разных странах на уровне правительств и крупнейших фирм созданы и
успешно выполняются программы работ по нанотехнологиям. В России
фундаментальные исследования по нанотехнологии проводятся по
нескольким программам. Наиболее крупные из них: программа “Физика
94
наноструктур”,
руководимая
академиком
Ж.И.
Алферовым,
и
“Перспективные технологии и устройства в микро- и наноэлектронике”,
руководимая академиком К.А. Валиевым. По последним данным, о
состоянии российской наноиндустрии можно сказать следующее: достигнуты
высокие результаты в области создания нанотехнологических приборов и
установок.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Балабанов, В.И. Нанотехнологии. Наука будущего. /В.И. Балабанов. М.: Эксмо, 2008. - 256 с.
2. Рыбалкина, М. Нанотехнологии для всех. /М. Рыбалкина. - М.:
Nanotechnology News Network, 2006. - 444 с.
3. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. / Н. Кобаяси, пер. с япон. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. - 134 с.
4. http://www.volkswagen.ru/ru/ru.html
5. http://www.mercedes-benz.ru/
6. http://www.ntsr.info/
7. http://www.nanonewsnet.ru
ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННОГО ТРАНСПОРТНОГО
КОМПЛЕКСА
Романьков А., Немилостивый И., студенты филиала ФГБОУ ВПО
«МГИУ» в г. Вязьме
Переход мировой экономики к постиндустриальному типу развития во
многом явился определяющим для современного состояния мирового
транспорта. Предпосылки для перехода на качественно иной уровень стали
складываться во второй половине ХХ в. Анализ динамики доли транспорта в
структуре мирового ВВП и в структуре мировой сферы услуг позволяет
выделить некоторые закономерности в этапах развития транспортного
комплекса.
На 1-й этап (до 1980 гг.) существенное влияние оказал экономический
кризис, связанный с энергетическим кризисом 1973 г. Транспорт был
инфраструктурной отраслью, сфера услуг в современном понимании только
начинала формироваться - фактически это было начало переходного периода
в мировой экономике, главным детерминантом развития мировой экономики
оставался промышленный сектор. Транспортный комплекс, являющийся
открытой системой, в значительной степени подвергся влиянию
отрицательных конъюнктурных условий, но в то же время оказался
эффективным "амортизатором" экономического шока.
95
Отличительной чертой следующего этапа (1980-1990 гг.) стали
структурные преобразования, происходившие в мировой экономике. Сфера
услуг окончательно выделилась в самостоятельный третичный сектор
экономики. Происходил бурный рост, связанный с возникновением новых
видов услуг интеллектуально-информационного характера на основе
широкого внедрения результатов НТР, развития международного
финансового рынка и т.п. Все большее число услуг "отрывалось" от сферы
производства материально-вещественных товаров. Корреляция транспорта и
промышленного сектора сохранялась на достаточно высоком уровне.
Последнее десятилетие ХХв. положило начало заключительному этапу
формирования современного международного транспортного комплекса.
Важнейшая черта данного этапа заключается в том, что значение транспорта
как инфраструктурной отрасли экономики дополнилось также выделением
транспорта в самостоятельную отрасль сферы услуг. Это нашло выражение в
переориентации транспорта на потребности сферы услуг - развитие
международного туризма и т.д.
Исследование характеристик вышеназванных этапов позволяет
обобщить условия развития транспортного сектора. В первую очередь - рост
промышленного производства в 1946-1973 гг., ужесточение воздействия
внешних условий, выражающееся в увеличении зависимости рынка
транспорта от рынка энергоресурсов, росте негативного воздействия на
окружающую среду. Затем расширение номенклатуры сферы услуг,
базирующееся на возникновении новых, в меньшей степени связанных с
процессом материально-вещественного производства видов услуг, а также
интенсивное развитие туризма.
Следующим важным условием является НТР. Научно-техническая
модернизация транспортного комплекса происходит по двум направлениям переоснащение транспортного парка и техническое и технологическое
совершенствование транспортной инфраструктуры. Следует особо отметить
влияние второго фактора. Совершенствование организации управления
транспортными потоками вкупе с ростом пропускной способности
транспортной сети и ряда других факторов способствовало возникновению
международных транспортных коридоров. Особенность МТК заключается в
их
трансграничном
характере,
что
позволяет
оптимизировать
трансконтинентальные товаропотоки. Сеть МТК является системой
обеспечения устойчивого функционирования мировой экономики в условиях
глобализации.
В число условий, определяющих развитие транспортного комплекса,
предложено включать также изменение моделей производственного
процесса. В частности, переход к так называемому "производству с колес",
когда складские запасы сырья и ресурсов минимальны и последние
используются в цикле практически сразу при поставке. Глобализация
производства и, как следствие, рост потребностей в перевозках со стороны
ТНК привели к тому, что масштабы их участия в современном
96
международном
транспортном
рынке
вполне
сравнимы
с
межгосударственными.
Реформирование моделей международной торговли также является
объективным условием развития транспорта. Новые модели заключаются в
переходе к межрегиональной и внутриблоковой торговле - к созданию
наднациональных интеграционных торговых блоков (АСЕАН, МЕРКОСУР,
НАФТА, ЕС), внутри которых осуществляется основной объем операций и
соответственно перевозок. Следствие перехода к внутриконтинентальной и
межрегиональной торговле - удлинение протяженности континентальных
транспортных путей, сокращение периода доставки пассажиров и грузов,
создание новой транспортной сети дистрибуции на базе единой сети МТК,
основанной на сокращении размеров и веса перевозок и на учащении числа
перевозок, развитие системы комбинированных перевозок.
Одна из основных функций - стимулирующая. Стимулирование
экономического роста реализуется посредством инвестиций в транспортный
комплекс. Зависимость изменения ВВП страны или региона от инвестиций,
направленных на качественное улучшение объектов транспортной
инфраструктуры и средств транспорта, определяется путем сопоставления
распределения значений ВВП по странам и регионам и распределения
сравнительных показателей развития транспорта (удельный вес автодорог с
твердым
покрытием,
уровень
моторизации
населения,
доля
электрифицированных железных дорог и т.д.). Затем, используя экономикоматематический аппарат, исследуются характер и коэффициенты
зависимостей между указанными распределениями. Целостная модель
формируется через агрегирование как можно большего числа факторов элементов транспортного комплекса, оказывающих влияние на динамику
ВВП.
Другой основной функцией является дистрибутивная - обеспечение
физического движения товарных потоков в мировой экономической системе.
Характерная особенность этой функции заключается в том, что в процессе ее
исполнения транспортная услуга сама становится предметом экспорта или
импорта.
Интеграционная функция транспорта реализуется посредством
формирования единой сети транспортных маршрутов и выражается в
углублении
интеграционных
процессов
на
межрегиональном,
межгосударственном и глобальном уровнях.
Транспортный комплекс выполняет также структурообразующую
функцию - участвует в формировании отраслевой структуры мирового
производства и межотраслевых пропорций, в размещении производственных
мощностей и формировании региональных различий в ценообразовании.
Комплементарная функция транспорта наиболее очевидна в структуре
туристского продукта, где перемещение туристов в регион рекреации из мест
постоянного проживания часто является основным условием оказания
туристской услуги.
97
Для оценки уровня развития региона применяется индикативная
функция транспорта, имеющая характер неосновной.
Исследование показывает наличие взаимосвязи между транспортом и
уровнем жизни - высокий уровень развития транспортной инфраструктуры
находится в корреляции с общим уровнем экономического развития. К
неосновным также отнесена социальная функция транспорта предоставление равного доступа всем членам общества к социальноэкономической инфраструктуре через повышение степени транспортной
доступности.
Индикативная,
социальная,
комплементарная,
стимулирующая
функции присущи всей сфере услуг, а градообразующая, интеграционная и
структурообразующая - транспортному комплексу.
В условиях формирования новой модели развития мировой экономики
транспорт является инструментом реализации национальных интересов
России, обеспечения достойного места страны в мировой хозяйственной
системе.
Глобализация экономики и сопровождающие ее процессы развития
внешнеторгового обмена требуют новых подходов к развитию транспорта,
поиску новых технологий и рациональных путей освоения перевозок
пассажиров и грузов. В настоящее время следует признать, что транспортная
инфраструктура в России и особенно в ее восточных регионах развита
недостаточно.
Россия отстает от США по длине железнодорожных магистралей в 2,3
раза. Если же рассматривать плотность железных дорог на 1000 квадратных
километров территории, то по этому показателю Россия занимает 12 место.
Аналогичное положение с сетью автомобильных дорог. По плотности
автомобильных дорог на 1000 квадратных километров территории Россия
значительно уступает зарубежным странам. Не завершено формирование
опорной сети на Северо-Западе страны, на Севере, в Сибири и на Дальнем
Востоке. Таким образом, очевидно, что Россия, для того, что бы стать одним
из мировых лидеров в транспортной системе нуждается в развитии
транспортной сети. Особенно остро этот вопрос стоит для восточных
регионов России – от Урала до Дальнего Востока.
Если обратиться к морскому транспорту, то и здесь существует ряд
проблем.
Во-первых, старение судов и недостаточное обновление российского
флота.
Во-вторых, переход части судов (как правило, наиболее современных и
оснащенных) под флаги других государств.
В-третьих, необходимость в модернизации российских портов.
С распадом СССР Россия потеряла значительную часть наиболее
крупных и оснащенных портов на Балтийском и Черном морях, в этой связи
остро встает задача развития портов на Черном море и особенно на Балтике.
Данная задача является не только транспортной, но и политической. В
98
настоящее время идет процесс создания условий для переориентации
российских грузов с портов стран Балтии (Латвии, Литвы и Эстонии) на
российские порты Санкт-Петербурга, Ленинградской области и
Калининградской области, часть их комплексов уже в ведена в
эксплуатацию, - в Ленинградской области – Усть-Луга и Приморск, в
Калининградской - Балтийск. Необходимо отметить, что развитие
Калининградской области как крупного транспортного центра имеет важное
геополитическое
значение,
создавая
условия
и
механизмы
консолидированного развития анклавной территории в рамках единого
федеративного государства.
Идет активное развитие портов на Дальнем Востоке – Находка,
Владивосток, порт Восточный и другие, на Черном море – Новороссийск,
Туапсе и другие.
Однако при развитии портов нужно помнить о комплексном подходе,
то есть развивать не только портовую структуру, но и железнодорожные и
автомобильные подходы. Но и этого мало. Недостаточно, если грузы будут
быстро и качественно перерабатываться портами, нужно, что бы они в
соответствии с установленными сроками доставлялись получателям (или
проходили транзитом), а это значит нужно развивать железнодорожную и
автомобильную сеть в целом по стране. То есть работа портов напрямую
зависит от работы железнодорожного и автомобильного транспорта.
Автомобильный транспорт - ключевой элемент транспортной
системы страны. В настоящее время автомобильный транспорт
выполняет более 50% объемов перевозок грузов и пассажиров страны,
являясь, по сути, «главным перевозчиком» страны.
Мировая тенденция глобализации экономических связей и усложнение
спроса на транспортные услуги привели к росту объемов транспортноэкспедиционных услуг, в развитии которых автомобильному транспорту
принадлежит особая роль. Однако, несмотря на благоприятные изменения, в
деятельности автомобильного транспорта существует ряд серьезных
проблем, которые, как показывает опыт зарубежных стран, будут
усугубляться по мере экономического роста. Эти дисбалансы являются не
просто причиной неудобств, они не приемлемы для растущего
общественного сознания, противоречат концепции устойчивого развития.
Это привело к тому, что в странах Западной Европы меняются приоритеты в
пользу более экологически благоприятных, чем автомобильный, видов
транспорта: железнодорожного и внутреннего водного.
Авиационный и внутренний водный виды транспорта столкнулись с
проблемой обновления парка транспортных средств. Для авиации ситуация
усугубляется запретом ряда стран на использование отечественных
самолетов, не удовлетворяющих условиям по уровню шума. Роль этого вида
транспорта в пассажирских перевозках значительна, что объясняется
большими расстояниями и недостаточной развитостью инфраструктуры,
особенно в восточных районах страны. Для внутреннего водного транспорта,
99
доля которого в общем объеме перевозок довольно незначительна по
сравнению, например, с США, площадь которой сравнима с Россией,
важнейшей задачей является создание современного флота и реконструкция
ряда ключевых объектов на внутренних водных путях России.
Доля трубопроводного транспорта в транспортной системе России
значительна, что объясняется большим экспортным потенциалом нефте – и
газодобывающей отрасли. Грузооборот трубопроводного транспорта в
России превышает аналогичный показатель США более, чем в 2 раза.
Несмотря на имеющиеся проблемы в развитии отдельных видов
транспорта, выгодное геополитическое положение позволяет Российской
Федерации претендовать на одно из ведущих мест в транспортной
инфраструктуре мира, играть важную роль в мировой экономической
системе и на международной политической арене в качестве транспортного
моста между Европой, Азией и Америкой (по направлениям Запад – Восток,
Север – Юг).
Стратегическим интересам России отвечает формирование системы
международных транспортных коридоров и реализация ее транзитного
потенциала.
К 2010 г. объем внешней торговли России в стоимостном выражении
возрастет по сравнению с 1998 г. на 70-75%, а объемы перевозок экспортноимпортных грузов - на 30-35%. Объем транзитных перевозок грузов
возрастет почти в три раза и достигнет 58-60 млн. тонн. С иностранных на
отечественные морские порты будут переключены грузопотоки в объеме 6570 млн. тонн. Это диктует необходимость модернизации, прежде всего
экономической, российского транспорта.
Именно поэтому Федеральная программа "Модернизация транспортной
системы России" является частью стратегической программы рыночных
реформ в России. Ее цель - либерализация российского рынка транспортных
услуг. Это, на первый взгляд, неожиданно и даже пугающе, поскольку
воспринимается как отказ от государственного регулирования отрасли,
которая ни в одной стране мира не функционирует без государственного
контроля. Тем более что транспортную систему России уже сейчас образуют
тысячи крупных и мелких предприятий различной формы собственности.
Речь идет о том, чтобы государство стало участником рынка
транспортных услуг. Оставляя в стороне естественный вопрос об
эффективности государственного менеджмента, надо бы обратить внимание
на другое. А именно на то, что сохранение в собственности государства
"важнейших объектов транспортной инфраструктуры", может быть, в
перспективе и сулит немалые выгоды, но пока грозит постоянным ростом
расходов. Эти "объекты" могут дорого обойтись бюджету. Если, конечно, не
будут найдены другие источники финансирования.
Как показывает опыт других стран, "поднять" транспорт можно, если
законодательно утвердить инвестиции по принципу "построил-оперируй100
передай". Данный механизм нашел широкое распространение в Индии,
Малайзии, Турции, Египте.
В современном мире темпы роста торговли услугами почти в два раза
выше темпов роста торговли товарами. Например, доля доходов от транзита
в общем объеме экспорта услуг Голландии составляет более 40%. Экспорт
транспортных услуг России далек от того уровня, который реален для нашей
страны. По этому показателю Россия пока в два раза уступает Дании. И это
при том, что основные финансовые и товарные потоки в ближайшем
будущем будут сосредоточены в треугольнике США-Европа-Дальний
Восток. Россия находится на столбовой дороге, связывающей Европу и
Азию.
Особое значение приобретает русский транзит в связи с развитием
электронной торговли (через Интернет), повышающей требования к скорости
транспортировки.
Если с экономической и социальной точки зрения все это выглядит
убедительно, то вот тезис об укреплении национальной безопасности России
с помощью транзита может показаться сомнительным, особенно для тех, кто
боится слова "глобализация", которое в программе модернизации
употребляется в положительном смысле. Транспортники понимают
глобализацию как "создание общемировой транспортной системы, способной
удовлетворять потребности в перевозке грузов и пассажиров по всему
земному шару без сколько-нибудь существенного влияния на этот процесс
национальных границ". Для российской транспортной системы это будет
иметь благоприятные последствия.
В настоящее время Россия достаточно интегрирована в мировую
транспортную сеть, в основе которой - международные транспортные
коридоры (МТК). Они начали формироваться в 90-х годах. Три из них
проходят через территорию нашей страны:

коридор №1 - от стран Балтии и Польши к Германии, в полосе
которого находится Калининградская область;

коридор №2 - Берлин-Варшава-Минск-Москва;

коридор №3 - от Хельсинки до Москвы и далее в страны Южной
Европы.
Однако в таком виде система МТК пока не отвечает интересам России даже с учетом того, что нашей стране удалось добиться продления коридора
№2 от Москвы до Нижнего Новгорода, а коридора №3 - от Москвы до
Астрахани и Новороссийска. Модернизируются и порты Дальнего Востока и
Северо-Запада. Однако этого недостаточно. К 2010 г. величина необходимых
капитальных вложений в развитие инфраструктуры МТК на территории
России составит почти 450 млрд. руб. в ценах 2000 г. Следует особо
подчеркнуть, что из них более 70% придется на внебюджетные средства собственные средства предприятий, привлеченные инвестиции, в том числе
иностранные, и кредиты.
101
Парадокс глобализации в том, что открытость России не создает
зависимости страны от мировой рыночной конъюнктуры, а, напротив, ставит
другие страны в зависимость от России.
И потому основной противник русского транзита - США и их западные
союзники. Их ответ на русский транзит - проект TРACEКA, новый
евразийский транспортный коридор, "новый шелковый путь" в обход России.
Проект возник по инициативе Евросоюза. Его экономическая
составляющая - транспортировка нефти, нефтепродуктов и хлопка в Европу и
далее. Политическая задача "нового шелкового пути" - вовлечение регионов
Закавказья и Центральной Азии в зону политического влияния США и их
союзников.
Поэтому будущее русского транзита, при всей привлекательности этого
проекта, нуждается в самом серьезном внешнеполитическом обеспечении и
зависит от способности государства защищать свои экономические и
геополитические интересы.
В настоящее время в мировой экономике сформированы два региона,
характеризующихся высокой экономической эффективностью транспортных
услуг - США и ЕС, и, исходя из существующей динамики развития, автором
прогнозируется дальнейшее усиление роли этих регионов на рынке
международных транспортных услуг. В силу уже сформировавшихся
структур распределения производственных мощностей в развитых странах
региональные транспортные комплексы будут ориентироваться на
построение единой мировой транспортной системы с центрами управления и
контроля в развитых странах.
В перспективе, с высокой долей вероятности, произойдет поглощение
региональных перевозчиков интеррегиональными, на международном
транспортном рынке возникнут транснациональные операторы, вследствие
чего различия в эффективности транспортных услуг по регионам только
усилятся.
Взаимодействие транспорта и общества происходит в различных
сферах и выражается в совокупности результатов.
Важным последствием развития транспорта является экономический
рост, который обусловливают следующие факторы:

низкие транспортные издержки;

мобильность населения;

инвестиции в транспортный комплекс.
Вместе с тем в работе доказывается, что транспортный сектор в
процессе своего функционирования оказывает влияние также на повышение
качества жизни населения. Это находит свое выражение в преодолении таких
аспектов бедности, как голод, безработица, низкое качество здравоохранения
и образования, гендерное неравенство. Вовлечение большего числа
экономических агентов в использование транспортного комплекса для
дистрибуции продуктов питания позволит снизить издержки и повысить
производительность АПК.
102
Сокращение числа безработных также может быть вызвано развитием
транспортного комплекса, причем этот процесс происходит по двум
направлениям.
Первое - повышение транспортной доступности работы для населения.
Второе направление - транспорт как источник занятости для населения.
Кроме того, использование общественных работ при строительстве объектов
транспортной инфраструктуры применимо и при стремлении сократить
негативные последствия экономических рецессий и кризисов, природных
катаклизмов в регионах с очень высокой долей бедного населения.
Воздействие транспорта проявляется в достаточно высокой степени
корреляции между процессом моторизации перемещения населения к
объектам инфраструктуры и уровнем развития и охвата населения услугами
образования и здравоохранения, что в свою очередь может служить
показателем уровня развития общества даже в значительно большей степени,
чем просто прямой результат от предоставления определенного набора
социальных благ. При инвестировании в транспортный комплекс, в
частности в услуги или объекты транспортной инфраструктуры, более
востребованные женщинами, время, которое они ранее затрачивали на
совершение своего перемещения, неизбежно будет сокращаться, что, в свою
очередь, ведет к выравниванию гендерного аспекта в социальном
неравенстве.
Взаимодействие транспорта и окружающей среды происходит
комплексно, проявляясь в ряде следующих аспектов: загрязнение атмосферы,
водных объектов и земель, изменение химического состава почв и
микрофлоры, потребление природных ресурсов и т.д. Развитие транспорта в
дальнейшем будет сопряжено с усилением негативного влияния на
окружающую
среду,
что
будет
вынуждать
государства
и
межгосударственные органы ужесточать требования к экологической
безопасности транспортных объектов.
За последние два десятилетия прошлого века и начало нынешнего
столетия удельный вес расходов на транспорт в развитых странах
существенных изменений не претерпел. В абсолютном выражении расходы
на транспорт продолжали увеличиваться. Следовательно, качественных
изменений в предпочтениях потребителей в отношении транспорта в
настоящее время не происходит - потребности в услугах данного типа у
реципиентов сложились на оптимальном уровне, соответствующем высокой
степени удовлетворения. Развитие концепции логистики в странах Западной
Европы, США и Японии позволило снизить влияние транспортной
составляющей на конечную цену продукта (от 5 до 40% себестоимости).
Фактическое снижение величины затрат на транспорт для потребителя
представляет собой один из элементов эффективности потребления
транспортных услуг. Их сокращение ведет к сокращению величины общей
себестоимости блага, реализуемого через рынок материальных или
нематериальных товаров.
103
На современном этапе развития мировой экономики в развитых
странах влияние топливной составляющей в цене транспортной услуги (в
транспортном тарифе в расчете на 1 км перевозки) на эффективность
транспорта стремится к минимуму. Уровень затрат живого труда варьируется
в зависимости от региона под влиянием множества факторов, основными из
которых являются средний уровень доходов населения и уровень
автоматизации процесса транспортировки. Вследствие этого эффективность
использования человеческого труда на транспорте также варьируется.
К числу результатов развития транспортного комплекса следует
отнести также формирование внешнеэкономической политики государстватранзитера, основанное на включении транзитной ренты как инструмента
геополитики, дающего определенные возможности по оказанию давления на
государства
экспортеры
и
импортеры
при
проведении
внешнеэкономической деятельности, связанной с транзитом. Получение
контроля над транспортной системой другого государства как один из
результатов развития транспорта, во-первых, позволяет интегрировать ее в
собственную транспортную систему, во-вторых, в некоторой степени
способствует поглощению производительных сил с концентрацией капитала
в стране-метрополии, построению единой вертикально-интегрированной
экономической системы в данных государствах с центром в метрополии.
Следует подчеркнуть, что потенциал эффективности транспорта
способен стать базовой точкой роста мировой экономики и повышения
качества жизни населения. Ориентация на оптимально функционирующий
комплекс должна рассматриваться как важный фактор устойчивого
экономического развития, а отклонение от оптимальных значений является
индикатором дополнительного резерва для роста.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Бюллетень транспортной информации. – М., 2004. - №001. – С. 21306.
2. Глобализация производства и распределения транспортных услуг. //
Независимая газета. – 2007. - №42.Евсеев С.В.
3.Место транспорта России в мировой транспортной системе. //
Экономика и жизнь. – 2007. - №15. Плужников К.И.
4.Проблема развития транспорта в условиях глобализации мирового
хозяйства. // Экономические науки. – 2007. - №1. – С.34.7.
5.Развитие транспортной системы России как один из важнейших
факторов экономического роста. // Проблемы качества экономического
роста: материалы междунар. науч. конгресса, 27-28 мая 2004 г. / Отв. ред.
А.П. Жабин, Г.Р. Хасаев. - Самара: Изд-во Самар. гос. экон. акад., 2004. - С.
163-1674.
6.Российский рынок транспортно-логистических услуг: тенденции и
перспективы развития. // Экономика и жизнь. – 2006. - №38.
104
7.Транспортная стратегия Российской Федерации. // Режим
доступа:http://www.mintrans.ru/pressa/TransStrat_Gossovet_Rab_Groop_3.htm.
8.Эффективность транспортных услуг в современных условиях. //
Экономические науки. - 2006. - №3. - С. 121-1363.Евсеев С.В.
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
МАТЕРИАЛЫ В АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИИ
Улизько Д., Федин Н., студенты филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ»
в г. Вязьме
Время не стоит на месте и постепенно в мир старых верных, но ужасно
неэкономичных и чрезмерно загрязняющих окружающую среду автомобилей
приходит «племя младое, незнакомое», и имя этому племени - гибриды. Это
высокоэкономичные автомобили, использующие в качестве силовой
установки систему «двигатель внутреннего сгорания - электродвигатель».
Многие компании с различным успехом применили эти технологии в
разработанных ими моделях.
1.В Японии стартовали продажи гибридной модели HondaInsight
нового поколения. Этот автомобиль вполне готов составить конкуренцию
нынешнему безоговорочному лидеру продаж среди гибридов - ToyotaPrius.
Insight может похвастать 1,3-литровым 98-сильным бензиновым двигателем,
10-киловаттным электромотором-генератором, вариаторной трансмиссией и
комплектом
никель-металлогидридных
батарей.
По
информации,
представленной производителем, машина расходует в городе всего 3,8 л, а на
трассе - 3,3 л бензина на 100 км пробега.
Гибридные автомобили - одно из самых перспективных направлений в
современном автомобилестроении. В западных странах оно получает
государственную поддержку. Президент США Барак Обама одобрил план,
согласно которому количество автомобилей с гибридными силовыми
установками в Штатах вырастет. Это доказывает, что бензин и
электроэнергия ещё долго будут соседствовать под капотами автомобилей, и
развитие технологий гибридного автопроизводства не заставит себя ждать.
2. А в Германии авторазработки отличились оригинальностью.
Спроектирован автомобиль, способный обходиться без водителя. Машина
«Люкс» отправилась в Америку, где десятки «самостоятельных» авто
устроили рейд по городским дорогам. Лидером была признана самая быстрая
машина, не учинившая аварию, наезды на тротуары и не сбившаяся с курса.
Идея такого конкурса принадлежит Пентагону, разработчики призера
получили 2 000 000 долларов. Новые разработки пойдут не только в военное
автомобилестроение, но и в массовое производство. Например, лазерные
«очи», принимающие самостоятельные решения, и автоматическая парковка.
105
Лазерные датчики под фарами авто сканируют путь на сотни метров вперед и
сзади. Управляет машиной компьютерный чип, включая газ, тормоз,
передачи скоростей и управление рулем. Реакция чипа - менее 100 мл.сек.
Словно за рулем водитель - невидимка.
3. А в Китае создан «солнцемобиль». Компания «Zhejiang 001 Group»
выпустила машину, полностью работающую от энергии солнца. В крыше
машины находятся солнечные панели, аккумулирующие энергию, благодаря
чему авто едет. Правда, пока машина может выдержать лишь 150 км и не
понятно, что с ней делать, если она застрянет в тоннеле. Зато привлекательна
цена – всего около пяти с половиной тысяч долларов. Впрочем, есть в мире и
более мощные «солнцемобили». Канадский «Xof1» - лидер по дальности,
проезжает более 15 000 км за 140 дней. Название в переводе на русский
звучит, как «один в поле тоже воин». Дизайн авто – как у тарелки НЛО, на
корпусе - солнечная батарея в 7 кв. м. Скорость машины только от солнечной
энергии - 70 км/ч, с аккумулятором – до 120 км/ч.
Высокие технологии коснулись не только способа получения энергии и
интеллектуализации авто, но и материалов для корпуса. Среди всех
«концепт-каров» отличилась компания «BMW», создав автомобиль, из ткани,
способный менять форму корпуса. Автомобиль «GINA» собран из гибкой
водонепроницаемой ткани, натянутой на железный каркас. За счет чего кузов
меняет форму во время поездки, это создает впечатляющий эффект. Конечно,
машина не для серийного выпуска, но место в музее «BMW» она заслужила.
А в Японии создан автомобиль с бамбуковым корпусом «Bamgoo». Он,
как и все электромобили, маленького размера, и весит всего 60 кг. На одной
зарядке машина «тянет» 50 км.
Экологичные, необычные, «умные» машины входят в моду.
Автогиганты всерьез заняты оснащением авто высокими технологиями, ведь
спрос на экологически чистые машины растет. Например, в Лос – Анджелесе
открылся автосалон «эко-машин». Быть может, новые безопасные тенденции
разовьются по всему миру, и в скором времени автомобили перестанут
портить городской воздух, а риск на дорогах будет не больше, чем при
катании на аттракционах.
В наши дни в автомобилестроении и в прочих сферах народного
хозяйства, в оформлении интерьера и экстерьера машин слова карбон и
кевлар стали нарицательными. Эти материалы уже давно используют для
изготовления кокпитов для болидов Формулы – 1, кузовных элементов,
детали внутренней отделки, рессоры и карданы для автомобилей также
изготавливаются с использованием кевлара и карбона.
Тормозные карбоновые диски являются непременной составляющей
спортивных и гоночных автомобилей. Ремни и стропы безопасности,
изготовленные из кевлара, долговечнее обычных.
Карбон является композитным материалом. Его относят к классу
углепластиков из разряда материалов, которые объединяют в себе несколько
106
тысяч различных рецептур. Эти материалы наполнены углеродными
(графитными) частицами, чешуйками и волокнами.
В качестве углетканной базы выступают углеродные нить. Эти нити
достаточно тонкие. Их легко просто сломать, но нелегко порвать. Из этих
нитей составляются ткани, в которых нити углерода скрепляются
параллельно друг другу.
Скрепление волокон осуществляется эпоксидными смолами. При
работе с кевларом и карбоном не годится простая полиэфирка. Помимо того,
чтобы задействовать все уникальные качества этих материалов, нужно
использовать вакуумные технологии, термообработку, прибегнуть к
использованию сложного оборудования, например, автоклава.
Впервые карбоновое волокно было использовано в 1981 г. Джоном
Бернардом при создании моноблока на McLaren MP4/1. С тех времен карбон
занимает устойчивые позиции в автоспорте, а вскоре будет применяться и в
обычных автомобилях. Дело в том, что этот материал на 40% легче, чем
сталь и на 20 % чем алюминий, что создает его преимущества. Карбон также
не подвержен коррозии.
Если говорить о достоинствах конструкционного карбона, то среди них
можно выделить прочность, долговечность и легкость. К недостаткам можно
отнести хрупкость для точечных ударов (например, мелких камней).
Автомобилисты полюбили карбон прежде всего за его необычный
внешний вид. Кроме уже классической черно-серой гаммы карбон может
быть любого цвета, оттенка и плетения. Заменяя штатные детали авто
карбоновыми аналогами, имеющими меньшую массу, автолюбители
значительно облегчают общий вес автомобиля, что положительно
сказывается на его динамике и скорости. В настоящее время отделка
карбоном весьма популярна и ограничена лишь ее стоимостью.
Алюминий впервые начал использоваться в автомобильной
промышленности более ста лет назад. В то время алюминий был совсем еще
новым и малоизученным металлом, но его свойства — легкость и отсутствие
коррозии — делали его очень перспективным для зарождающейся
автомобильной промышленности. Первый спортивный автомобиль, корпус
которого был сделан из алюминия, был представлен публике на
международной выставке в Берлине в 1899 году. А первый двигатель, при
создании которого использовался алюминий, был сделан несколькими
годами позже.
В 1901 году Карл Бенц, впоследствии всемирно известный автомагнат,
представил для участия в престижных автогонках в Ницце новый автомобиль
с двигателем, части которого были сделаны из алюминия. «Легкий металл»
уменьшал вес машины, делал ее маневреннее, но сложность обработки
алюминия, нехватка знаний и дороговизна ограничивали возможность
массового использования этого металла в начале века.
Только в послевоенные годы, когда алюминий стал доступнее и
дешевле, британская компания Land Rover всерьез занялась изучением
107
возможностей «крылатого металла» и в 1961 году продемонстрировала и
затем запустила в массовое производство модель автомобиля — Buick 215 с
восьмицилиндровым (V8) двигателем. Блоки этого мотора были сделанным
из алюминия. Новый двигатель сразу же завоевал популярность у
автогонщиков: компактный и легкий, он весил всего 144 кг и давал
существенное преимущество при ускорении.
В семидесятые годы разразившийся нефтяной кризис заставил
автомобильные компании искать пути снижения потребления топлива.
Известно, что расход топливо во многом зависит от массы автомобиля. Было
подсчитано, что снижение веса небольшого пассажирского легкового
автомобиля на 100 кг может сэкономить до 700 литров бензина за все годы
эксплуатации этого автомобиля (80.000 км). Поэтому автопроизводители
стали заменять многие детали на более легкие из алюминия, тем самым
снижая общий вес автомобиля. Сегодня в обычном легковом автомобиле в
среднем содержится до 110-145 кг алюминия и с каждым годом доля
«легкого металла» увеличивается.
Новые прочные сплавы из алюминия способны полностью заменить
сталь, традиционно используемую для производства такого важного
элемента автомобиля как кузов. Это доказали инженеры автоконцерна Audi,
который в 1994 году представили модель пассажирской машины A8, кузов
которой вместо стали был полностью сделан из алюминия. Выигрыш в весе
представленной модели составил 239 кг!
Сейчас полностью алюминиевые кузова получают модели Audi А2
(усовершенствованный вариант) и А8 (обновленная версия). Как сообщили в
российском представительстве компании, с 1993 года она выпустила 133
тысячи таких A2 и 117 тысяч — А8.
Не отстает от Audi и Rover. Новое поколение внедорожника Land
Rover — Range Rover - будет иметь важное отличие от своего
предшественника — алюминиевую конструкцию кузова. Алюминиевый
кузов позволит понизить массу Range Rover по сравнению с нынешней
моделью порядка на 300 — 400 кг. Тем не менее, в модельном ряду Land
Rover этот автомобиль по-прежнему будет оставаться самым помпезным и
представительным, с максимально просторным и люксовым интерьером.
Инженеры компании Mazda разработали революционную технологию
сварки алюминия со сталью, которая впервые будет применяться в
промышленном производстве комплектующих для новой модели спорткара
RX-8.
До сих пор сварка алюминия и стали представлялась неразрешимой
задачей. Инженеры Mazda решили ее путем разогрева за счет трения верхних
слоев алюминия (как это происходит в микроволновой печи) и
одновременной гальванизации сварной поверхности стали. Процесс коррозии
позволяет частицам алюминия проникать в структуру стали и обеспечивать
надежное сцепление. Новая технология открывает широкие возможности в
автомобилестроении для выпуска комбинированных кузовов из алюминия и
108
стали, части которых скрепляются сваркой, а не заклепками. Это повышает
долговечность и надежность конструкций, обеспечивая одновременно
выигрыш по весу. В рамках разработки новой технологии специалисты
Mazda оформили более 20 патентов.
Не так давно компания Jaguar сообщила о появлении первого
представителя нового поколения своих спортивных автомобилей — модели
Jaguar XK. Следует обратить внимание на технологию производства кузова.
Уникальным здесь является первое промышленное использование в
автомобилестроении конструкции несущего кузова типа «монокок»,
состоящей полностью из алюминия.
BMW пятой серии построена с активным применением алюминиевых
деталей — из алюминия сделаны почти все элементы передней части
автомобиля. Как считают специалисты, подобное решение продиктовано
желанием инженеров BMW снизить общий вес автомобиля и, одновременно
с этим, добиться более равномерной развесовки по осям. Положительное
влияние это конструктивное решение окажет и на управляемость автомобиля.
Сегодня алюминий — второй материал по процентному содержанию в
общем весе автомобиля и применяется в производстве кузовов и
компонентов подвесок, шасси, а также в блоках цилиндров, и других
компонентах двигателя. Более 30% производимого алюминия используется
сегодня в автомобилестроении и транспорте. Содержание алюминия в общем
весе автомобиля будет увеличиваться год от года. Cчитается, что 1 кг.
алюминия может заменить до 2 кг. стали или чугуна во многих областях
применения.
Ё-мобиль — проектируемый российский гибридный автомобиль, в
конструкции которого предполагается использование электрической
трансмиссии с комбинированным питанием от генератора, вращаемого газобензиновым двигателем внутреннего сгорания, и от ёмкостного накопителя
энергии. По заявлениям разработчиков, промышленное производство машин
запланировано на начало 2013 года, при этом стоимость автомобиля будет
составлять, в зависимости от комплектации, от 450 до 490 тыс. рублей. Ранее
декларировались начало производства в 2012 году и цена от 360 тыс. рублей
Разработка городского гибридного автомобиля была начата силами
компании ЯРОВИТ Моторс, а затем предложена в качестве предмета
совместной деятельности Михаилу Прохорову.
12 апреля 2010 года российская инвестиционная группа ОНЭКСИМ и
российско-белорусский ЯРОВИТ Моторс, проведя первую презентацию
совместного выпуска легковых городских автомобилей, объявили о старте
проекта. Для его реализации создана компания ООО «Городской
автомобиль». Оценочный бюджет проекта (до начала серийного выпуска) —
150 млн евро.
12 октября 2010 года состоялась вторая презентация новых
автомобилей. В сравнении с первоначальными эскизами их компоновочное и
дизайнерское решения получили заметное развитие. Было показано два
109
четырёхместных варианта, исполненных на одной платформе. Первый —
городской хэтчбек, предназначенный для семейного использования. Второй
— компактный внедорожный кросс-спорт-купе, ориентированный на
молодёжь.
13 декабря, были представлены три самоходных опытных образца,
изготовленные российскими кузовными ателье - ё-микровэн и ё-фургон а
также ё-кросс-купе.
1 апреля 2011 года машину опробовал председатель правительства
России Владимир Путин. Он совершил на нём поездку из своей
подмосковной резиденции Ново-Огарёво, где проходило заседание
правительственной комиссии по высоким технологиям и инновациям, в
государственную резиденцию Горки-9, чтобы показать его президенту
Дмитрию Медведеву
13 сентября 2011 года на Франкфуртском автосалоне были
продемонстрированы новый концепт ё-мобиля и обновленный, после анализа
полученных замечаний и пожеланий, ё-кроссовер. Также был представлен
экземпляр ё-фургона. Фирма «Ё-Авто» оказалась на этом салоне
единственным представителем России. Одновременно на сайт «Ё-Авто»
добавили информацию о ё-концепте и убрали информацию о ё-микровэне.
По завершении Франкфуртского автосалона показанные на нём три ё-мобиля
отправлены в качестве передвижной экспозиции по 23 областным городам
европейской части России.
Критики проекта указывают на:

Низкую безопасность при переворачивании автомобиля.

Анонсируемые ходовые характеристики автомобиля рассчитаны
для идеальных случаев, в реальных же условиях ёмкости конденсатора может
не хватать, что приведёт к заметному дефициту мощности и снижению
скорости. В ходовых характеристиках не учтены расходы энергии на питание
системы управления, фар, кондиционера и других внутренних систем.
Автомобиль предполагается выпускать в трёх вариантах кузова. В
качестве моторного топлива может использоваться как бензин, так и газ
(метан). В качестве главного источника энергии предполагается использовать
ДВС мощностью 60 л. с., спаренный с электрогенератором. Вырабатываемый
ток запасается в накопителе (суперконденсаторе) и передаётся на два
ведущих электромотора (по одному на каждую ось), которые через
дифференциалы вращают колёса, реализуя схему постоянного полного
привода. Всё электрооборудование управляется специально разработанной
единой компьютерной системой, минимизирующей количество проводки в
машине. Приборная панель снабжена электронным табло и блоком
сенсорного управления.
По состоянию на 27 января 2012 года для всех моделей заявлены
следующие параметры:

нержавеющий кузов из полипропиленового композитного
материала;
110

силовая установка — скомбинированный с электрогенератором
обычный ДВС мощностью 45 кВт/60 л. с. Этот двигатель в Москве не
облагается транспортным налогом. Он работает на сжатом природном газе, а
также на бензине АИ-92, либо только на одном виде топлива. Для газового
варианта декларируется выполнение норм экологического класса Евро-5;

электрическая трансмиссия с постоянным полным приводом или
передним приводом (по одному бесколлекторному электродвигателю
мощностью 25 кВт/33,5 л. с. (максимальная — до 50 кВт) на каждую
ведущую ось), с системой рекуперации энергии и накопителем в виде
суперконденсатора ёмкостью 50 фарад;

запас хода — до 700 км при работе ДВС и до 2 км — только на
энергии накопителей;

розетка 220В на 20 кВт (розетка в данном авто, в отличие от
электромобилей служит не для подзарядки, а наоборот — для снабжения
электроэнергией потребителя);

ёмкость бензинового бака — 20 л, запас сжатого природного газа
эквивалентен 14 м³ в несжатом виде;

две подушки безопасности (для водителя и переднего пассажира);

круиз-контроль;

климат-контроль;

головные фары со светодиодными дневными ходовыми огнями;

сенсорная панель управления TFT с разрешением 640×480, а
также дисплей 8″ с разрешением 800×480;

возможность
выбора
цветового
и
дизайн-решения
информационных панелей;

мультифункциональный руль;

бортовой компьютер на основе процессора «Sitara Cortex»
производства Texas Instruments, ОЗУ 128 МБ, 256 МБ флеш-памяти,
операционная система-Android;

система навигации ГЛОНАСС и GPS на основе модуля «ГеоС-1»
с возможностью использования бесплатных карт OpenStreetMap,
редактирования и загрузки их через Интернет или USB-порт;

система автоматического пуска и остановки двигателя;

литые или штампованные колёсные диски с Run-flat-шинами,
удерживающими воздух после прокола, позволяя автомобилю продолжать
движение со скоростью до 80 км/ч до места ремонта (вследствие этого в ёмобилях не предусматривается наличие запасного колеса);

мультимедийная система, состоящая из:

интернет-подключения;

медиаплеера с загрузкой файлов записей из внешних USBнакопителей;

мобильного телефона с интерфейсом Bluetooth.
111
Практически всё, что предлагается в Ё-мобиле – это оригинальные,
совершенно новые, революционные подходы, которые делают этот
автомобиль максимально удобным, простым, недорогим средством
передвижения.
Нормальному автомобилисту ведь что надо? Чтобы машина была
удобной, резвой, выносливой, надёжной, и, по возможности не дорогой. Это
как обувь. Нет никакого смысла превращать покупку автомобиля в событие.
Это было раньше, ночами не спали, деньги копили, о моделях мечтали.
Сегодняшнее время диктует другие условия. И автомобиль должен из
предмета культа перейти в разряд удобного средства для передвижения, не
более того.
Массовое производство начнётся уже в 2013 году, как раз время
подумать, приглядеться, и сделать правильный выбор.
Или просто порадоваться за наших ребят. Молодцы ведь, такое
придумали. Вот они, конкретные шаги к подъёму и процветанию нашей
страны. Вот он, один из выходов из сырьевой зависимости. Вот оно –
будущее наших поколений.
Мало, кто из нас сомневается в том, что у нашей страны великое
будущее, и так приятно наблюдать за тем, как оно, постепенно, не сразу
формируется.
БИБЛИОГРАФИЯ
1.
Васильев В. В. Механика конструкций из композиционных
материалов.- М.: Машиностроение, 1988. - 272 с.
2.
Интернет сайт (http://www.webplaneta.de/)
3.
Карпинос Д. М. Композиционные материалы. Справочник. Киев, Наукова думка, 1985. - 588 с.
4.
Официальный сайт «Ё-Авто» (http://www.yo-auto.ru/)
5.
Свободная энциклопедия Википедия (http://ru.wikipedia.org/)
6.
Справочник Дж. Любина «Композиционные материалы», М.,
1988
УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ
АВТОМОБИЛЯ
Хан В. В., ассистент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме,
Филиппов Д., студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме
Эффективность работы автомобиля определяется совместным
влиянием всей совокупности эксплуатационных свойств автомобиля, в
которой основными являются следующие: тягово-скоростные, тормозные,
112
топливная экономичность, устойчивость, управляемость, плавность хода и
проходимость.
Эти свойства изучаются по отдельности в определенной
последовательности. Вместе с тем они тесно взаимосвязаны друг с другом и
изменение одного свойства приводит к изменению других. При этом
улучшение одних свойств может привести к ухудшению других.
В современном быстроразвивающемся мире, в условиях жесткой
конкуренции и постоянной модернизации технических средств все
производители автомобилей вынуждены применять и разрабатывать новые
средства и системы улучшения эксплуатационных свойств автомобиля для
соответствия требованиям мирового рынка автомобилей.
В данной статье будут рассмотрены некоторые внедренные системы
крупнейших мировых автопроизводителей, которые значительно улучшают
эксплуатационные свойства автомобилей.
Система впрыска Dual Injector, разработанная Nissan, предназначена
для повышения эффективности использования топлива в бензиновых
двигателях. Новая система подачи топлива, первая в своем роде в мире,
использует форсунки для каждого клапана в отдельности, а не по одной на
цилиндр. Результат – ускорение испарения топлива, уменьшение количества
несгоревшего бензина и сокращение выбросов углеводородов в атмосферу.
Образец двигателя для серийного производства с новой системой впрыска
Nissan представил в начале 2010-го года, а в 2011 году данная система была
внедрена в серийное производство.
Большинство современных бензиновых двигателей используют один
инжектор на цилиндр, новая разработка Nissan удваивает количество
форсунок на цилиндр. Это позволяет уменьшить диаметр капель топлива
примерно на 60%, что приводит к плавному и более стабильному сгоранию
бензина. В сочетании с системой автоматического регулирования фаз
газораспределения экономия топлива достигает 4% в сравнении с обычными
двигателями (с непосредственным впрыском топлива). Отличительная
особенность Nissan Dual Injector состоит в том, что для подачи топлива в
цилиндры не требуется насос высокого давления. Этот факт существенно
сокращает расходы на производство двигателей внутреннего сгорания с
новой системой впрыска. И, наконец, чтобы обеспечить соответствие состава
выхлопных газов жестким экологическим нормам, в силовых установках с
системой Nissan Dual Injector возможно использовать катализаторы с
содержанием редких и дорогих металлов почти в половину меньше чем
сейчас.
Разработанная впервые в мире коробка передач с двумя сцеплениями,
предназначенная для мощного двигателя и высокоскоростного автомобиля
была установлена на автомобилях BMW 3 серии. Передачи переключаются
без разрыва потока мощности и крутящего момента. Водитель может сам
выбрать одну из программ переключения передач. Семь ступеней
113
обеспечивают оптимальный ряд передаточных чисел и гарантируют
особенно быстрый разгон.
Функция Drivelogic дает возможность воспользоваться одиннадцатью
программами переключения передач с электронным управлением. Пять из
них – для автоматического режима переключения, шесть – для ручного,
включая программу управления стартом (Launch Control), необходимую для
получения максимального ускорения при разгоне с места. Повышена
эффективность управления коробкой передач в автоматическом режиме. По
желанию можно выбрать секвентальное (последовательное) переключение
передач в ручном режиме.
Значительное
улучшение
динамических
характеристик
дает
возможность вождения в гоночном стиле. Ручное переключение передач
осуществляется спортивным рычагом-селектором или подрулевыми
лепестковыми переключателями. Момент оптимального переключения
передач определяется специальными световыми индикаторами.
Тщательно продуманная система охлаждения рабочей жидкости –
важнейший фактор абсолютной надежности и долговечности коробки
передач DCT М Drivelogic даже в условиях гонок, когда она подвергается
действию экстремальных нагрузок и температуры.
Система помощи при движении на малой скорости обеспечивает
оптимальный комфорт при маневрах. Трансмиссионный стояночный тормоз
автоматически активируется после выключения зажигания.
В основу разработки новой коробки передач была положена задача
дальнейшего снижения расхода топлива и уменьшения объема вредных
выбросов по сравнению с механическими и гидромеханическими
автоматическими коробками передач обычной конструкции.
Трансмиссия DCT М Drivelogic по сути является комбинацией двух
коробок передач в одном картере такого же компактного размера, как
обычная коробка передач. "Сердцем" агрегата DCT М Drivelogic являются
два сцепления с масляным охлаждением и сухим картером. Одно из
сцеплений предназначено для четных передач (2, 4, 6), другое – для нечетных
(1, 3, 5, 7), а также для передачи заднего хода.
Во время движения автомобиля одно из сцеплений находится в
замкнутом состоянии, другое – в разомкнутом. При разгоне или
переключении "вниз" происходит поочередная работа сцеплений – одно за
другим. Затем, при переключении передач, первое сцепление размыкается, в
то время как второе замыкается. Это обеспечивает абсолютно плавное,
комфортное, и, что не менее важно, быстрое переключение без малейшего
разрыва потока мощности.
Такое взаимодействие двух сцеплений обеспечивает беспрецедентный
темп переключения передач, в частности, из-за того, что система управления
предварительно выбирает следующую передачу, идеально согласованную с
условиями работы двигателя и скоростью движения автомобиля, и держит
эту передачу наготове к немедленному включению.
114
При выборе следующей передачи, которую будет необходимо
включить, система управления, естественно, принимает во внимание текущие
условия движения. В зависимости от положения педали акселератора,
оборотов двигателя, скорости движения и выбранной программе
переключения система оценивает, какого ускорения ожидает водитель или,
наоборот, насколько он хочет снизить скорость. Действуя в такой
интеллектуальной манере, система управления постоянно осуществляет
превентивные шаги, необходимые для гармоничного продолжения действий,
заданных водителем. Поэтому даже в случае резкого изменения стиля
вождения, она переключает передачи соответствующим образом, опять-таки
с беспрецедентной скоростью и точностью. Так, например, если водитель
неожиданно решил прекратить разгон, коробка передач DCT М Drivelogic
обеспечит передаточное отношение, необходимое для новых условий,
действуя также быстро и эффективно, как традиционная автоматическая
коробка передач последних поколений, способная работать в очень
динамичных режимах.
В качестве демпфера крутильных колебаний используется
двухмассовый маховик; два сцепления приводятся в действие
интегрированным гидроприводом. Система смазки с сухим картером, в свою
очередь, гарантирует высочайшую надежность и долговечность агрегата в
течение всего срока службы автомобиля.
В зависимости от характера дороги и ее вертикального профиля
моменты переключения передач в коробке передач DCT М Drivelogic на
основе сигналов от датчика уклона изменяются. Это означает, что моменты
переключения передач для движения на подъем и под уклон отличаются от
тех, что используются на ровной горизонтальной дороге. При движении,
например, на подъеме эта функция предотвращает постоянное переключение
передач, характерное для обычных автоматических передач, когда
происходит постоянный переход "вверх" и "вниз". И, наоборот, при
движении под уклон коробка передач DCT М Drivelogic дольше удерживает
включенными пониженные передачи, чтобы эффективно использовалось
торможение двигателем. Ну и последнее по счету, но не по важности – в
автоматическом режиме работы коробки передач система управления
автоматически выбирает алгоритм переключений в зависимости от крутизны
подъема.
Полностью новая ходовая часть обеспечивает выдающийся комфорт,
наделяя при этом новый BMW 7-й серии неповторимой в сегменте "Люкс"
маневренностью. Кроме этого водитель в любое время может решить, какая
из этих характеристик для него приоритетна, и соответствующим образом
изменить настройку своего автомобиля с помощью системы регулировки
динамики движения.
Впервые на седане BMW спереди используется подвеска на сдвоенных
поперечных рычагах. Кроме этого облегченная благодаря применению
алюминия конструкция обеспечивает повышающее комфорт разделенное
115
функционирование направляющей и амортизационной систем подвески
колеса. Амортизаторы, практически полностью свободные от влияния
поперечных сил, более мягко реагируют на неровности дорожного полотна.
Влияние посторонних сил на рулевое управление также сведено к минимуму.
Одновременно с этим кинематика подвески на сдвоенных поперечных
рычагах оптимально адаптирует угол развала колес к особенностям
дорожного полотна. Таким образом оптимизируется контакт между шинами
и дорогой для обеспечения более высокого поперечного ускорения.
Разработанная для нового BMW 7-й серии, запатентованная задняя
интегральная 5-рычажная подвеска также выполнена из алюминия.
Воздействующие на подвеску колеса динамические и приводные нагрузки
поглощаются колесной стойкой, задним подрамником, тремя рычагами и
специальным маятниковым рычагом. Благодаря новой электромагнитной
опоре маятникового рычага достигаются до этого не совместимые друг с
другом характеристики, которые улучшают как динамику автомобиля, так и
его комфорт. Благодаря эффективному отделению привода от влияния на
него особенностей дорожного полотна подвеска кроме этого обеспечивает
первоклассный акустический и ездовой комфорт. Серийная задняя
пневматическая подвеска в любых дорожных условиях и при любой загрузке
поддерживает постоянный уровень автомобиля. Система мгновенно
реагирует на любое изменение загрузки автомобиля и подстраивает уровень
отдельно для каждого колеса, так что при перемещении пружин в результате
переезда неровностей или наклона в повороте необходима лишь
минимальная регулировка. Также серийные безопасные шины позволяют
продолжить движение даже при полной потере давления. В зависимости от
загрузки автомобиля на них можно проехать до 250 километров. Кроме этого
индикатор утечки воздуха в шинах в непрерывном режиме контролирует
давление воздуха в шинах и информирует водителя при потере давления
более чем на 20 процентов.
Идея повышения степени сжатия бензинового ДВС состоит в снижении
средней температуры цикла. Чем ниже температура горючей смеси, тем
сильнее ее можно сжать без возникновения детонации. Для этого, прежде
всего, изменили систему выпуска, применив настроенные каналы по схеме 42-1. При этом выхлопные газы, не мешая друг другу, поочередно
выбрасываются в атмосферу. Это улучшает продувку цилиндров, так как
количество газов, попадающих в них, уменьшается. Соответственно, газы не
повышают температуру горючей смеси. Снижение доли ОГ с 8 до 4%
позволяет повысить степень сжатия на три единицы. А непосредственное
распыливание бензина в цилиндре, охлаждая воздух, делает возможным
увеличить сжатие еще на единицу. Помогают улучшить газообмен система
изменения фаз на впускном и выпускном распредвалах. Для меньшего
нагрева камер сгорания уменьшили диаметр цилиндров, одновременно
увеличив ход поршня. Все эти меры в совокупности привели к повышению
крутящего момента на низких оборотах. Японцы называют такой подход
116
downspeeding в противоположность распространенному сейчас downsizing.
Экономия топлива и снижение вредных выбросов достигается за счет того,
что такой мотор работает на оборотах в среднем на 15% ниже, чем обычный.
Японцы утверждают, что их атмосферный Skyactiv-G объемом два литра по
экономичности превосходит 1,4-литровый турбирвоанный двигатель.
Данная система в зависимости от скорости движения регулирует
рулевое усилие с помощью гидроусилителя Servotronic, угол поворота
управляемых колес посредством планетарного механизма на передней оси и
впервые угол поворота задних колес - на величину до трех градусов. Угол
поворота передних колес также регулируется интегральной системой
активного рулевого управления посредством электродвигателя, блок
управления которого учитывает полученные от датчиков данные о скорости
вращения колес, перемещении рулевого колеса, угловой скорости рыскания и
поперечном ускорении кузова и таким образом в любой дорожной ситуации
обеспечивает оптимальную работу рулевого управления. На низких
скоростях задние колеса поворачиваются в противоположную повороту
передних колес сторону, благодаря чему значительно повышается
маневренность. В зависимости от скорости это позволяет сократить диаметр
поворота автомобиля на максимальные 70 сантиметров. Благодаря
уменьшенному усилию для поворота рулевого колеса кроме значительно
повышенной маневренности увеличивается и уровень комфорта. На высоких
скоростях интегральное активное рулевое управление обеспечивает крайне
комфортное и уверенное поведение автомобиля при смене полосы движения
и при прохождении поворотов. Задние колеса поворачиваются в том же
направлении, что и передние колеса.
Единственная в мире комбинация из активного рулевого управления и
задних управляемых колес в равной мере повышает комфорт и
маневренность автомобиля. Кроме увеличенной стабильности при быстрой
смене направления движения активное рулевое управление повышает
устойчивость автомобиля при торможении. Благодаря соединению рулевого
управления с датчиками системы динамической стабилизации при
торможении на дороге с разным покрытием путем целенаправленного
подруливания предотвращается срыв автомобиля в занос.
В данной статье были рассмотрены лишь некоторые нововведения в
улучшении эксплуатационных свойств автомобиля. В современных реалиях и
повышенных требованиях к безопасности, как экологической, так и
безопасности человека, все системы автомобиля подвергаются изменениям и
улучшениям. Но не стоит забывать и о том, что большое влияние на
эксплуатационные свойства автомобиля оказывает состояние дорожных и
погодных условий, а так же все участники дорожного движения. Безопасное
и экономичное вождение автомобилей, наряду с совершенствованием их
конструкции и улучшением качества дорог, зависит от профессионального
мастерства водителей, их знаний и практических навыков.
117
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Бюллетень транспортной информации. – М., 2004. - №001. – С. 21306.
2.Место транспорта России в мировой транспортной системе. //
Экономика и жизнь. – 2007. - №15. Плужников К.И.
3. http://www.test-drive.ru
118
СОДЕРЖАНИЕ
ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ
ВИДОВ ТОПЛИВА
Абаров Е., студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме ...................... 3
ПРОБЛЕМЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНА
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ АВТОМОБИЛЬНОГО
ТРАНСПОРТА
Бочкарев Р., Нефатенков М., студенты филиала ФГБОУ ВПО МГИУ»
в г. Вязьме ............................................................................................................... 10
О
ПЕРСПЕКТИВАХ
ПРИМЕНЕНИЯ
НАНОТЕХНОЛОГИЙ
И
НАНОМАТЕРАЛОВ В АВТОМОБИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Воронова О. Н., старший преподаватель филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ»
в г. Вязьме, Кулова Л. М., доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме
................................................................................................................................. 26
ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА АВТОМОБИЛЬНОГО ТОПЛИВА
Зикеева Е.В. доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ»
в г. Вязьме,
к. с.-х. н., доцент.................................................................................................... 30
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СТАНДАРТЫ НА ВЫБРОСЫ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ
ВЕЩЕСТВ АВТОМОБИЛЯМИ
Зикеева Е.В. доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме,
к. с.-х. н., доцент, Балабин К.В., студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ»
в г. Вязьме. .............................................................................................................. 39
ПЕРСПЕКТИВЫ
УЛУЧШЕНИЯ
КАЧЕСТВА
РОССИЙСКИХ
АВТОМАГИСТРАЛЕЙ
Зикеева Е.В. доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме,
к. с.-х. н., доцент, Садкевич А.М., студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ»
в г. Вязьме ............................................................................................................... 43
УСИЛИТЕЛИ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ И
ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ
Игнатенков В., студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме ............ 50
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ: ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ И
ПЛАНЫ НА БУДУЩЕЕ
Кузьменков Е.А. студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме .......... 54
РАЗРАБОТКА И
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ В ОБСЛУЖИВАНИИ И РЕМОНТЕ АВТОМОБИЛЕЙ
Маргиева Г. И., ст преподаватель филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ»
в г. Вязьме, Зеленков Р., студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме
................................................................................................................................. 58
ПРОБЛЕМЫ
ВНЕДРЕНИЯ
НАНОТЕХНОЛОГИЙ
В
АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕ
Маргиева Г. И., ст преподаватель филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ»
в г. Вязьме, Яровой И. , студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме
................................................................................................................................. 64
119
ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ – ПЕРСПЕКТИВНАЯ ОСНОВА РАЗВИТИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЯ
Морозов С. М., доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме,
к т н, доцент, Морозов М. С., аспирант НИЦ «Курчатовский институт» . 73
МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ
ПЛОТНЫЙ
ГРАФИТ
НА
ОСНОВЕ
КАМЕННОУГОЛЬНОГО ПЕКА
Морозов С. М., доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме,
к т н, доцент, Морозов М. С., аспирант НИЦ «Курчатовский институт» . 76
ПРИМЕНЕНИЯ
СИЛИЦИРОВАННОГО
ГРАФИТА
В
МАШИНОСТРОЕНИИ
Морозов С. М., доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме,
к т н, доцент, Морозов М. С., аспирант НИЦ «Курчатовский институт» . 80
НАНОТЕХНОЛОГИИ: ВЧЕРА, СЕГОДНЯ, ЗАВТРА
Осипян В. Г., доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме, к т н, ...... 82
ПРОБЛЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ БИОДИЗЕЛЯ
Осипян В. Г., доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме, к т н,
Котов А., студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме ..................... 86
НАНОТЕХНОЛОГИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЯ
Осипян В. Г., доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме, к т н,
Смирнов Д., студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме.................. 90
ПРОБЛЕМЫ
РАЗВИТИЯ
СОВРЕМЕННОГО
ТРАНСПОРТНОГО
КОМПЛЕКСА
Романьков А., Немилостивый И., студенты филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ»
в г. Вязьме ............................................................................................................... 95
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
В АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИИ
Улизько Д., Федин Н., студенты филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ»
в г. Вязьме ............................................................................................................. 105
УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЯ
Хан В. В., ассистент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме, Филиппов
Д., студент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме................................ 112
120