Наука

На кафедре проводится подготовка аспирантов по специальностям 2.5.11. “Дорожные, строительные и подъёмно-транспортные машины”, 2.5.21. – “Машины, агрегаты и процессы”, 9.6.1. – “Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами”, 2.5.21. – Стандартизация и управление качеством продукции”,  2.5.2. - «Машиноведение»  и докторантура по специальности “Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины”. Научное направление диссертаций связано с оптимизацией и надежностью элементов металлоконструкций кранов и механизированных крепей.

С восьмидесятых годов на кафедре ПТМиО ТулГУ сложилось и развивалось единое научное направление «Создание основ ресурсосберегающих, безопасных технологий и проектирование несущих металлоконструкций и гидроприводов подъемно-транспортных систем и горнопроходческих комплексов». В рамках этого направления научный коллектив кафедры решал три основные проблемы:

• оптимизация надежности и прогнозирование ресурса горных механизированных комплексов и грузоподъемных машин;
• автоматизация диагностирования состояния несущих элементов металлоконструкций грузоподъемных машин на основе мониторинга процесса изменения оптических свойств поверхностей материалов металлоконструкций в результате циклического нагружения;
• создание автоматизированных систем управления механизмами мобильных подъемно-транспортных машин, исключающих опрокидывание при эксплуатации в заранее неопределенных условиях, методами построения адаптивных, адаптивно-параметрических и робастных систем управления В последние годы на кафедре сформировался научный коллектив, успешно решающий задачи, как в теоретической, так и практической областях науки.

Высокий научный потенциал кафедры в течение последних тридцати лет нашел практическое применение в работах по экспертизе грузоподъемных машин в системе Госгортехнадзора России (сотрудники инженерно-технического центра практически все являются выпускниками кафедры ПТМиО разных лет). Эти работы связаны с продлением ресурса эксплуатируемых кранов на предприятиях г. Тулы и Тульского региона и направлены на развитие теоретических положений механики усталостных разрушений и накоплений пластических деформаций в механических конструкциях кранов. Практическая значимость работ состоит в рекомендациях, направленных на оценку остаточного ресурса действующих мостовых, козловых, башенных, стреловых самоходных кранов на пневмоколесном и гусеничном ходу и перегружателей и продление срока службы их крановых металлоконструкций, гарантирующих безопасную работу. При выполнении этих работ группа сотрудников кафедры провела цикл ресурсных испытаний элементов и узлов крановых металлоконструкций.

Основными научными направлениями исследований сегодня являются:

• развитие методов и средств оптического рефлектометрического мониторинга металлоконструкций грузоподъемных машин;
• обеспечение устойчивости мобильных грузоподъемных средств;
• управление качеством на предприятиях проектирующих, изготавливающих и использующих грузоподъемные машины;
• исследование свойств и характеристик перспективных материалов для металлоконструкций грузоподъемных машин.

Одним из перспективных научных направлений кафедры с 2005 г. является развитие методов неразрушающего контроля. На кафедре создана и оснащена современным оборудованием лаборатория неразрушающего контроля.

Начальный этап развития научно-исследовательской работы определялся научными интересами сотрудников, которые в 1986 г. пришли на кафедру АиАХ. Наибольшая часть исследований была посвящена тематики прогнозирования работы механизмов и несущих конструкций, технической эксплуатации автомобилей, безопасности движения, нанесению теплозащитных покрытий на детали ДВС. В этих работах под руководством заведующего кафедрой Мамоткова Е.А. принимали участие Безгубов А.П., Клейнерман А.Л., Маленко И.П., Петров В.И., Рыбаков Г.П., Подъемщиков А.Н. и др.

В 1987 г. с приходом на кафедру заведующим д.т.н., проф. Макарова Э.С. расширился круг решаемых задач, а в связи с развитием вычислительной техники разрабатывались численные алгоритмы решения задач механики деформируемого твердого тела в приложении к деталям автомобилей и двигателей. Был создан теоретический задел, касающихся магнитно-импульсной обработки материалов, теории хемопластичности, трибологии и других направлений. Подготовили и защитили кандидатские диссертации аспиранты Агуреев И.Е., Кузьмич С.И. под руководством Макарова Э.С. многие научные идеи развиваемые в 1987 — 1993 гг. оказываются востребованными в современных условиях, связанных с развитием нанотехнологий.
Избранный на должность заведующего кафедрой в 1994 году профессор Фролов Н.Н. значительным образом изменил и дополнил основные концепции развития науки на кафедре. В этот период были сформулированы следующие задачи:

• развитие и укрепление материальной базы кафедры для организации учебного процесса и проведения научных исследований;
• создание работоспособного коллектива ученых, объединенным общим направлением работ;
• подготовка молодых выпускников кафедры, способных продолжить научное исследования и стать квалифицированными специалистами;
• создание новых образцов конструкций мотомашин.

Благодаря большой эрудиции, научному предвидению и огромной работоспособности профессора Фролова Н.Н. на кафедре создана научная школа «Динамическая теория двигателей внутреннего сгорания». Под его председательством был открыт диссертационный совет по присуждению ученой степени кандидата наук; он привлек на кафедру группу преподавателей (Малиованов М.В., Елагин М.Ю., Чесноков С.А., Семенчева Н.В.), прошедших школу известных не только в нашем ВУЗе ученых Мамонтова М.А. и Подчуфарова Б.М; на кафедре была открыта подготовка магистров по направлению «Энергомашиностроение» и аспирантов по специальности «Тепловые двигатели»; заключены хоздоговорные темы и договоры о сотрудничестве с АК «Туламашзавод»; кафедра былаведущей в России по присуждению грантов в области технологии автомобилестроения.

Целями разработки динамической теории двигателей внутреннего сгорания являются построение общей методологии математического моделирования тепловых двигателей различных типов на основе фундаментальных положений современной теории неравновесных термодинамических систем, создание методов проектирования тепловых двигателей и их систем, рассматриваемых как нелинейные открытые термомеханические системы, а также внедрение полученных результатов на отечественных предприятиях двигателестроения.
Становление данного научного направления связано с именами известных ученых, профессоров, докторов технических наук, заслуженных деятелей науки и техники Мамонтова М. А. и Подчуфарова Б. М. Проф. Мамонтову М. А. принадлежит большая заслуга в развитии теории открытых тепломеханических систем, находящихся в существенно неравновесных состояниях, которая была названа тепломеханикой — разделом технической термодинамики, в котором динамика газообразных рабочих тел и механических звеньев систем рассматривается в связанной постановке. Им же были сформулированы основные идеи применения тепломеханики не только в области стрелкового оружия, но и в теории тепловых двигателей, в том числе поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

В рамках указанного направления решаются следующие задачи: построение динамических моделей поршневых и свободнопоршневых ДВС, а также комбинированных силовых установок на их основе; построение динамических моделей парожидкостных двигателей; построение моделей сгорания в ДВС; разработка принципов технической синергетики тепловых двигателей; построение методики анализа устойчивости стационарных состояний, периодических, квазипериодических и апериодических решений, а также бифуркаций в фазовом пространстве моделей; разработка динамических моделей подсистем и процессов в ДВС.

Начало практической научной деятельности по направлению было положено в 1992 году, когда в связи с постановкой и реализацией конверсионных программ проф., д-р техн. наук Малиованов М. В. предложил для исследования и расчета поршневых ДВС при работе на нестационарных режимах подход, названный автоколебательной теорией двигателей. Главной особенностью такого подхода явилось рассмотрение поршневого ДВС как единой термомеханической системы, в которой взаимодействия рабочих тел и механических звеньев исследуются в неразрывной связи.

На кафедре АиАХ были подготовлены и успешно защищены диссертации: «Разработка математических моделей свободнопоршневых двигателей внутреннего сгорания и исследование их функционирования на примере дизель-молотов» Семенчуком М. И. (1997), «Разработка динамических моделей одноцилиндровых двухтактных карбюраторных ДВС и исследование переходных режимов их функционирования» Поздеевым Г. В. (1998), «Разработка математической модели, исследование функционирования и построение методики проектировочных расчетов быстроходного дизель-молота» Авдеевым К. А. (2000), «Математическое моделирование и диагностика рабочих процессов многоцилиндровых ДВС с внешним смесеобразованием» Кузьминой И. В. (2000), «Исследование влияния газодинамических процессов на функционирование ДВС» Хмелевым Р. Н. (2002), «Повышение эффективности функционирования системы „двухтактный двигатель — потребитель мощности“ за счет рационального определения конструктивных параметров» Филиным С. В. (2002). В 2004 г. в разовом диссертационном совете по присуждению ученой степени доктора наук была защищена диссертация «Анализ и синтез динамических характеристик многоцилиндровых поршневых ДВС» Агуреевым И. Е.

В настоящее время возобновлена работа диссертационного совета по присуждению степени д.т.н. по специальности 05.04.02. «Тепловые двигатели».

В лаборатории кафедры имеется оборудование для исследования сгорания в ДВС: стенд для измерения характеристик процессов горения в дизельном двигателе и спектроскопического анализа продуктов сгорания разработанный и построеныйЧесноковым С.А.; тормозной стенд для снятия характеристик двигателей. Вычислительная техника кафедры используется при выполнении численных экспериментов на математических моделях ДВС различных типов, для печати графической и текстовой информации по результатам экспериментов.

Кафедра установила научные контакты с проектными, учебными и производственными организациями, которые расширяются и развиваются в направлении внедрения полученных теоретических разработок и совместной работы по их совершенствованию (АК «Туламашзавод», Владимирский государственный университет, Московский автомобильно-дорожный институт, НИИ автомобильной электроники, ЦНИИИ № 15, Институт химической физики им. Н. Н. Семенова РАН).

Научные исследования сотрудников кафедры нашли отражение в следующих публикациях: Малиованов М. В. Тепломеханика как теоретическая база исследования ДВС // Вопросы проектирования и эксплуатации автотранспортных средств и систем. Изв. ТулГУ, 1995; Он же. Динамическая теория ДВС (целесообразность создания и этапы разработки) // Изв. ТулГУ, 1998; Елагин М. Ю. Математическое моделирование нестационарных процессов в открытых термодинамических системах. Уч. пос. — Тула: Изд-во ТулГУ, 1995, Агуреев И. Е. Синергетический подход к анализу динамики тепловых двигателей с произвольным механизмом преобразования движения // Вопросы проектирования и эксплуатации автотранспортных средств и систем. Изв. ТулГУ, 1995; Авдеев К. А., Агуреев И. Е. Некоторые вопросы системного проектирования двигателей внутреннего сгорания // Изв. ТулГУ, 1998; Агуреев И. Е., Должиков А. А., Филин С. В. Применение метода анализа устойчивости в линейном приближении к исследованию рабочих процессов в ДВС // Изв. ТулГУ, 1998; Елагин М. Ю., Поздеев Г. В. Об оценке влияния переменности теплоемкости рабочего тела на показатели работы ДВС // Изв. ТулГУ, 1998; Елагин М. Ю., Семенчевa H. B. Термодинамика тела переменной массы парожидкостных рабочих тел // Изв. ТулГУ, 1998; Елагин М. Ю., Рябова Е. И. Математическая модель парожидкостного двигателя внешнего сгорания // Изв. ТулГУ, 1998, Агуреев И. Е., Малиованов М. В. Принципы технической синергетики тепловых двигателей // Двигателестроение, № 2. — 2001, Чесноков С. А. Спектрометрия ДВС. Уч. пос. — Тула: Изд-во ТулГУ, 2001, Агуреев И. Е. Нелинейные дианические модели поршневых двигателей внутреннего сгорания: Синергетический подход к построению и анализу. Монография. — Тула: Изд-во ТулГУ, 2001, Авдеев К. А., Малиованов М. В. Динамическая теория двигателей внутреннего сгорания. Уч. пос. — Тула: Изд-во ТулГУ, 2002; Монография Чеснокова С.А.

Весьма перспективно конструкторско-технологическое направление, которое непосредственно возглавляет профессор Фролов Н.Н., оно связано с созданием, теоретическим обоснованием и экспериментальным изучением работы мотомашин, названных «Пчелка» с дизельным двигателем Т-450 воздушного охлаждения разработки ОАО «АК «Туламашзавод».

Маркетинговые исследования показывают, что в России, странах Латинской Америки, Южной Африки и Востока имеется спрос на малогабаритные, дешевые, надежные и экологически чистые мотомашины для широкого круга потребителей сельских районов, городских жителей, занимающихся садоводчеством, охотой, рыболовством, для геологов, муниципального хозяйства.

Созданные на кафедре АиАХ модели мотомашин «Пчелка 1», «Пчелка 2» и «Тула» могут не только заполнить сектор рынка грузовых мотороллеров «Муравей», но и расширить их функции за счет:

• повышения проходимости с возможностью эксплуатации на проселочных дорогах;
• возможности работы с прицепными и навесными агрегатами (прицепами, снегоочистителями, косилками и т.п.);
• возможности использования шасси мотомашины «Пчелка» для технологических машин муниципального хозяйства (поливочных, тротуароуборочных, бурильных);
• широкой гаммы предлагаемого мотомашин в зависимости от схемы шасси (3-х или 4-х колесное), используемого силового агрегата (дизель или 2-х тактный бензиновый двигатель) до различной степени комплектации — от самой простой машины без кузова и ветрового стекла, до мотомашины, оснащенной каркасно-панельной кабиной с кузовом или фургоном.

Опыт создания двух образцов мотомашин позволил разработать и изготовить опытный образец самоходного шасси «Тула», имеющего двойное назначение (военное и гражданское) и предназначенного для использования в условиях высокогорной местности с наличием водных преград и труднопроходимых участков. Данная работа выполняется в Тульском государственном университете на кафедре АиАХ в соответствии с научно-технической программой: «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограммой: 201 — Производственные технологии, разделом научно-технической программы: 09 — Специальные технологии межотраслевого применения в машиностроении и приборостроении. Активное участие в этой работе принимали: Г.П. Рыбаков, А.В. Груничев, А.В. Зысманов, А.Л. Клейнерман, Г.В. Поздеев.

Третье направление научных исследований связано с работой в области теории пассажирских перевозок и исследования пассажиропотоков.

Первым исследованием в этом направлении явилось выполнение хоздоговора по заказу Управы и Трамвайно-троллейбусного управления г. Тулы на обследование пассажиропотоков. Большую роль в этой работе сыграли преподаватели, читающие на кафедре дисциплины для студентов специальности 190701 — Кузьмич С.И., Подъемщиков А.Н., Тропина В.М., а также Клейнерман А.Л., Колоскова Л.И., Фролов Н.Н., выполнившие основные организационные мероприятия. Было создано программное обеспечение для обработки материалов обследований ГруничевымА.В..

В дальнейшем эта область научных работ укрепилась открытием магистерской программы «Транспортное обслуживание городов» в рамках направления «Эксплуатация транспортных средств» под руководством АгурееваИ.Е.. Разработаны динамические модели некоторых транспортных систем, таких как участок улично-дорожной сети, пассажирская остановка, грузовой склад и др., которые позволяют выполнять имитационное исследование транспортных систем.

Получило развитие направление исследования функционирования транспортных систем, городского транспортного планирования и моделирования. За последние 5 лет получены следующие результаты: сформированы научно-методические подходы для разработки нелинейной динамической математической модели развития транспортной пассажирской системы и ее элементов, выявлены закономерности влияния роста инвестиций в развитие транспортной пассажирской системы на варианты транспортной пассажирской системы с различными характеристиками транспортного процесса, соответствующие одному и тому же интервалу инвестиций, но имеющие тенденцию к сокращению времени перемещения пассажиров и оптимизации маршрутов транспорта. На базе разработанных научно-методических подходов создана методику повышения эффективности функционирования транспортной системы города, учитывающая закономерности и нелинейные динамические свойства транспортной системы.