Колесо с рычагами

Мастер-механик, металлург изобрел зуб шестерни

Мой собеседник ветеран металлургического производства. Челябинский мастер-механик, заслуженный рационализатор России Владимир Дроняев изобрел новую форму зуба шестерни. В силовых передачах не будут «сыпаться» зубы зацепления.

Рождение идеи

Владимир Андреевич всю свою трудовую биографию без остатка провел на Челябинском метзаводе. Все время в службе главного механика— на сортопрокатных первом и втором цехах, в прокатном цехе, на аглофабрике. Уточню, что механику в таком сложном производстве, со множеством механизмов, где развиваются громадные усилия при высоких температурах, весьма непросто. А все технологические огрехи обычно относят на счет механиков. Мол, из-за вас «полетели» зубья шестерен мощных приводов, например, на прокатном стане. А каков уровень ответственности?! Например, за получасовой простой блюминга нужно было докладывать в Москву, в министерство. Оттуда местное начальство, естественно, получало отнюдь не благодарности. А дальше по эстафете — за поломки нагоняи получали механики. И так-то работа не в белых перчатках: жара, пыль, весь в машинном масле, бывало сутками не вылезали из цехов, в любое время ночи в случае аварии на завод срочно требовали.

Владимир Андреевич, известный на заводе рационализатор, по его предложениям экономический эффект был очень ощутим — многие десятки тысяч тогда еще полновесных рублей. Не удержусь от соблазна, назову для примера лишь одну разработку Дроняева. Мостовые краны в металлургическом производстве несут на себе, как известно, очень увесистые грузы. А ферма «мостовика» бежит по двум рельсам, установленным под потолком вдоль цеха. От высоких нагрузок, да и при солидной длине фермы колеса с ребордами груженого «мостовика» начинают идти наперекос. Это и опасно, да и износ выше. Как сделать так, чтобы ферма «мостовика» сама, автоматически себя выравнивала строго перпендикулярно цеховому пролету, чтобы колеса на рельсах не «закусывало»? Дроняев догадался, как решить проблему. Пришел к довольно неожиданной идее — слегка подточить рабочую окружность несущих колес «под конус». Конечно, небольшой, строго рассчитанный. И такие «косые» колеса сами начали все регулировать. За счет разности диаметров конусовидной поверхности. Элегантно? Просто? Безусловно!

Подобных разработок у мастера-механика множество. Хотя он давно на пенсии, считайте, после выработки «горячего стажа» уже лет сорок, но одну находку так еще и не удалось воплотить в металле, запустить в производство. Мешала косность мышления начальников, не вникших в нюансы механики, в теорию деталей машин, учили инженерную науку строго от и до. От одного параграфа до другого, по которым нужно сдать зачет или экзамен, да и «спихнуть» в сессии излишне богатую формулами и чертежами науку. Выучил, без особого понимания физической сущности ряд формул, значит уже — инженер! А вот Владимир Андреевич не из таковских, во всем привык докапываться до сути, не прятаться за «ширмами» полученных на экзаменах отметок по наукам, которые были заучены, вызубрены, но так и не поняты.

Когда понимание физики процесса есть, тогда, не будучи аэрогидродинамиком, а мастером-механиком, такую капризную штуку, как мультициклоны по улавливанию частиц пыли на аглофабрике, усовершенствовать по силам. Сам себе конструктор, ЦЗЛ, инженер — ведь производство из-за изобретательских мук в поисках инженерного решения и воплощения его в металл простаивать не должно. Это работающий непрерывно цех завода, а не лаборатория НИИ!

Клин из... масла

Механика Дроняева поразило в свое время, что громадный зубище привода прокатного стана «неженка». При очень высоких нагрузках на стане эти зубики «ростом» с человеческую ладонь хрустели и ломались, как орешки. Замучились собирать-разбирать, выписывать запасные шестерни приводов за большие деньги из-за рубежа, стан был поставлен одной из крупнейших германских фирм. И хлопотно, и дорого, и оборудование оказывается в вынужденном простое... Шестерня громадная, металл качественный, а высокие нагрузки зуб силового механизма не выдерживает.

Все дело в форме зуба шестерни, его геометрии — так по-своему решил проблему мастер-механик. При громадных силовых, тем более переменных нагрузках, зуб о зуб шестерен передают все усилия лишь на крохотной поверхности, в точке взаимного соприкосновения. Чем меньше эта площадка, тем, очевидно, выше удельная концентрация напряжений. Хоть общая площадь зуба силовой шестерни и высока, в каждое мгновение рабочей является лишь крохотная его часть. Логика проста: надо рабочую площадь соприкосновения и передачи усилия увеличить. Для этого перейти в силовых агрегатах от привычной формы зуба, от «зуба Новикова» к другой форме. И передавать усилие не через точечное место, а через площадку.

Так появился «кривой зуб», точнее зуб, в контуре которого две половинки окружности. Окружность выпуклая и вогнутая. И зуб начинает передавать усилие чуть ли не всей своей поверхностью.

— Такая шестерня работать не будет! — этот безапелляционный отказ получал мастер-механик от всех инженеров с «книжными знаниями», либо пребывавших в плену догм.

А вот про масляный клин они и не вспомнили! Главным аргументом скептиков было то, что вместо трения качения — зуб по зубу — здесь возникает трение скольжения.

Там, где «собака» зарыта...

Известно, что масляный клин надежно разделяет две трущиеся поверхности, а при необходимых условиях это трение мало. Приведу классический пример из учебника «Детали машин» о работе турбины. Ее цапфа (осевой вал) при высочайших нагрузках и оборотах вращается в подшипнике скольжения из мягкого металла. А он почему-то не истирается «в дым» в считанные мгновения! Тончайший слой масляного клина между поверхностями цапфы и подшипника выручает. Вкладыш подшипника служит долго, мало изнашивается от трения скольжения.

«В масляном слое возникает необходимое избыточное давление от вращения вала» — вот и весь секрет масляного клина. И он будет точно так же возникать в зубчатой передаче конструкции мастера-механика Владимира Дроняева.

Каждый зуб такой формы, что сам является микрокомпрессором и «загоняет» масляный клин между рабочими поверхностями. Это чисто гидродинамический эффект, всем известный, применительно к цапфе турбины, а вот для силовой шестеренной передачи никто этот эффект использовать не догадался. Не та форма зуба, нужен «кривой» механика Дроняева. Кстати, для усиления клина никто не мешает добавить еще и гидростатическую дополнительную подачу масла с помощью насоса. Тончайшая пленка масляного клина способна на большие дела — разделить трущиеся поверхности любого силового агрегата.

Что в итоге? При тех же габаритах зубчатая силовая передача Дроняева способна передать во много раз большие усилия, чем известные передачи. Во-вторых, многократно повышается надежность механизма, зубы не выламываются. В-третьих, заметная экономия энергии, которая тратилась на преодоление вредных сопротивлений. Уменьшается в разы износ. Да и шум работы, вибрации механизма сводятся на нет.

Будущее машпрома

В свое время мастеру-механику изрядно надавали по рукам: «Не лезь в высокие материи! Пусть этим занимаются в НИИ! Забудь про свой зуб!» вот так сразу, с порога, даже не вникнув в детали, как будто к «крутому» инженеру обратился дилетант-самоучка с идеей какого-нибудь очередного «вечного двигателя». Хотя в российских чиновничьих кабинетах «вечный двигатель», увы, исправно действует. Имеется в виду вечное движение изобретателя по бюрократическому кругу, да и законы нынче таковы, что в реальности внедрять изобретения предприятиям просто-напросто невыгодно. Во-первых, нужно производство перестраивать, новые технологические процессы осваивать. Во-вторых, в отличие скажем от той же скакнувшей вверх в технологиях и модернизации Японии, предприятие не имеет ровно никаких льгот от государства, хотя бы на копейку, при внедрении изобретений. А даже само это внедрение средств требует. Для справки, в Японии любое предприятие-инноватор автоматически освобождается от налогов на землю на пять лет, снижаются налоги на прибыль на первое время. И так далее и тому подобное. Назовите хоть один завод в России, получивший весомые льготы от государства за инновации!? И это еще не все. Оказывается, в России наработанная интеллектуальная собственность, инновации совсем не относятся к разряду основных фондов предприятия...

Механику Дроняеву восемьдесят лет, три десятилетия он стучался в разные двери, обивая пороги, доказывал суть своего изобретения и его необходимость для машиностроительного комплекса России. На одном заводе вроде бы всерьез заинтересовались, были намерены внедрить и опробовать, тем более что у Дроняева готовы и чертежи, и расчеты. Бери, да делай! Ан нет, «резина» тянется уже третий год.

Кстати, зуб Дроняева годится не только для мощных прокатных станов, это еще и компактные зубчатые муфты передаточных устройств. Надежные, долговечные и бесшумные. Не говоря уже о таком «пустячке», как шестеренчатые насосы для подачи масла необходимого давления в различные системы гидравлики. Например, в те же машины для подъема мусорных баков. Даже и это непонятно чиновникам в уникальной зубчатой системе Дроняева.

А колесо с рычагами — это шестерня!

Александр Чуносов,

фото автора