автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Моделирование и расчет нестационарных тепловых процессов индукционного нагрева при производстве резинотехнических изделий

005055226

На правах рукописи

КАРПОВ Сергей Владимирович

МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Специальности: 05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 НОЯ 2012

Тамбов 2012

005055226

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированное проектирование технологического оборудования» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ТТТУ»).

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

Карпушкин Сергей Викторович

доктор технических наук, доцент Краснянский Михаил Николаевич

Официальные оппоненты: Туголуков Евгений Николаевич,

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Техника и технологии производства нанопродуктов» ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»

Остроух Андрей Владимирович,

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Автоматизированные системы управления» ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)»

Ведущая организация федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет»

Защита диссертации состоится 23 ноября 2012 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.260.02 в ФГБОУ ВПО «ТГТУ» по адресу: г. Тамбов, ул. Ленинградская, д. 1, ауд. 60.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, ФГБОУ ВПО «ТГТУ», ученому секретарю диссертационного совета Д 212.260.02.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «ТГТУ».

Автореферат разослан « 22 _» октября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доцент

V

Нечаев Василий Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Производство резинотехнических изделий (РТИ) имеет устойчивую тенденцию к увеличению. В связи с этим возникает необходимость модернизации устаревшего и создания нового оборудования, выпускающего качественную продукцию с наименьшими издержками производства.

Наиболее часто РТИ изготавливаются методом горячего прессования. Для их вулканизации в металлических пресс-формах применяют в основном гидравлические вулканизационные прессы с индукционными нагревательными элементами.

Качество РТИ во многом определяется равномерностью температурного поля в объеме изделия. На равномерность поля оказывают влияние многочисленные факторы. Прежде всего, это параметры пресс-формы, системы ее обогрева и внешнего теплообмена, а также расположение пресс-формы на поверхности плиты, теплофизические свойства материалов плиты и пресс-формы, параметры системы автоматического управления (САУ) температурой нагревательных плит.

Задачи моделирования нестационарного нагрева системы плита-пресс-форма-изделие представляют особую сложность в связи с тем, что их необходимо рассматривать как трехмерные, с учетом нелинейных зависимостей свойств материалов от температуры. По этой причине решение прикладных задач проектирования и расчета элементов прессового оборудования с использованием современных методов математического моделирования и вычислительного эксперимента является актуальным.

Работа выполнялась в рамках Государственного контракта № 02.740.11.0624 «Методы, алгоритмы и программное обеспечение разработки виртуальных моделей технических объектов для обучения специалистов и создания прикладных информационных систем» федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

Объектом исследования в работе являются нестационарные тепловые процессы в элементах вулканизационных прессов с индукционным способом нагрева.

Предметом исследования являются математическое моделирование процесса нестационарного нагрева плит, пресс-форм и вулканизуемых изделий в условиях внешнего теплообмена; методы расчета и оптимизации параметров нагревательных плит.

Целью работы является разработка методик тепловых расчетов, методов проектирования и оптимизации индукционных нагревательных плит прессов, осуществляющих процесс вулканизации РТИ в металлических пресс-формах в соответствии с требованиями технологического регламента, а также исследование эффективности пресс-форм. Для достижения цели необходимо:

— осуществить постановку задачи теплового расчета индукционной нагревательной плиты вулканизационного пресса;

— разработать математическую модель нагрева плиты в условиях внешнего теплообмена;

— разработать математическую модель нагрева плит, пресс-форм и изделий в условиях внешнего теплообмена;

— осуществить выбор метода решения уравнений математических моделей и разработать методику теплового расчета температурных полей индукционных нагревательных плит прессов для изготовления РТИ;

— разработать методику оценки эффективности пресс-форм для изготовления РТИ и системы их обогрева на вулканизационном прессе;

— осуществить формализованную постановку и разработать методику решения задачи оптимизации конструктивных и эксплуатационных характеристик плиты.

Научная новизна

1. Разработана математическая модель нестационарного процесса индукционного нагрева одиночной плиты вулканизационного пресса с учетом автоматического регулирования рабочей температуры, которая учитывает зависимости мощностей индукторов и коэффициентов внешнего теплообмена от условий нагрева. Адекватность модели подтверждена сравнением результатов решения модели с результатами промышленного эксперимента.

2. Разработана математическая модель нестационарного процесса нагрева системы индукционная нагревательная плита-прссс-форма-РТИ, впервые позволяющая определять температурное поле в РТИ в процессе вулканизации и выявлять необходимость изменения параметров пресс-форм и нагревательных плит, а также САУ температурой вулканизации.

3. Разработана методика оценки эффективности пресс-форм для изготовления РТИ на вулканизационном прессе, основанная на математической модели стационарного нагрева одиночной пресс-формы в условиях внешнего теплообмена, позволяющая оценивать влияние конструкций пресс-форм на равномерность температурного поля в изделиях.

4. Поставлена и решена задача оптимизации параметров нагревательной плиты вулканизационного пресса, предусматривающая минимизацию перепада температур по рабочей поверхности плиты, метод решения которой основан на построении, проверке адекватности и поиске экстремума поверхности отклика критерия оптимальности.

Методика исследования основана на использовании методов математического моделирования и оптимизации, системного анализа и планирования эксперимента.

Практические результаты работы. Практическая значимость работы определяется возможностью использования разработанных методик для расчета существующих и проектирования новых плит прессов. Самостоятельную практическую значимость имеют следующие результаты работы:

1. Предложены подходы к проектированию новых и оценке эффективности существующих нагревательных плит:

— интегральный, предусматривающий формирование равномерного температурного поля на всей рабочей поверхности плиты;

— дифференциальный, предусматривающий формирование локальных температурных зон на рабочей поверхности плиты с учетом геометрии изготавливаемых на прессе изделий;

— комплексный, предусматривающий формирование требуемого температурного поля в объеме изделия в процессе вулканизации, в основе которого лежит моделирование нестационарных процессов нагрева системы индукционная нагревательная плита-пресс-форма-РТИ.

2. Создана библиотека твердотельных моделей пресс-форм РТИ для комплектации насосных установок ЗАО «Завод Тамбовполимермаш» и исследована их эффективность.

3. Предложенная методика оптимизации конструктивных и режимных характеристик нагревательной плиты применена для оптимизации конструкции нагревательных плит прессов, выпускаемых ЗАО «Завод Тамбовполимермаш» и используемых ОАО «АРТИ-Завод», г. Тамбов.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международных конференциях: «Аспекты ноосферной безопасности в приоритетных направлениях деятельности человека» (Тамбов, 2010), «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2010; Пенза, 2011; Волгоград, 2012), «Информационные системы и технологии» (Москва, 2012); на всероссийских конференциях: «Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент» (Тамбов, 2009), «Проведение научных исследований в области информационно-телекоммуникационных технологий» (Москва, 2010), «Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации» (Москва, 2011). Некоторые результаты диссертации экспонировались на Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (Москва, 2009).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 12 печатных работ, среди них 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов кандидатских и докторских диссертаций, 7 тезисов докладов на всероссийских и международных научно-технических конференциях, 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 147 страницах основного текста и состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы (127 наименований) и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи работы, показана научная новизна и практическая ценность результатов, приведены структура диссертации и перечень вопросов, рассматриваемых в главах.

В первой главе дано описание конструкции вулканизационного пресса для изготовления РТИ, снабженного плитами с индукционными нагревательными элементами. Проведен сравнительный анализ способов нагрева плит прессов, анализ существующих методов расчета устройств индукционного нагрева.

Рассмотрены вопросы проектирования плит. Дана историческая справка развития основных представлений об индукционном нагреве и методах его расчета. Приводятся данные об основных современных системах тепловых расчетов. Отмечен их основной недостаток, заключающийся в недоступности для пользователя методик и алгоритмов решения задач.

Вопросы проектирования нагревательных плит рассмотрены с учетом протекания процесса вулканизации. Проанализировано влияние температуры вулканизации на активность ускорителей и свойства получаемых резин. Рассмотрены особенности проектирования оборудования для вулканизации РТИ при низких и высоких температурах. Проанализированы современные тенден-

ции в проектировании нагревательных плит с позиции энергосбережения. Сформулированы задачи исследования.

Вторая глава содержит математическую формулировку и алгоритмы решения задач расчета температурного поля на поверхности одиночной плиты, моделирования нагрева плиты пресса с учетом САУ температурой плиты.

Процесс нагрева одиночной индукционной плиты описывается трехмерным нестационарным дифференциальным уравнением теплопроводности в частных производных:

дТ(х,у,г,х) (д2Т(х,у,2,т) , д2Т(х,у,2,%) , Э2Т{х,у,2,%)\ , д{х,у,2,Т„)

---- - — а -г--1--=--1--г-^- и--5

^ Эх ду2 дх2 ) с, р,

Эх

0)

где Т(х, у, г, т) - температура плиты в точке ее объема с координатами (х, у, г) в момент времени т; а = - коэффициент температуропроводности мате-

риала плиты (м2/с); Х5 - теплопроводность материала плиты (Вт/м К); с, - теплоемкость материала плиты (Дж/кг-К); р, - плотность материала плиты (кг/м3);

^ п ! I

Гау = Гау(т) =-T(x,y,z,г)dxdydz - средняя температура плиты в мо-

Ы о о о

Г?о/> если (х'У'г)е vjJ = мент времени т (С); д(х,у,г) = •! -зависи-

мо, иначе

мость интенсивности внутренних тепловьщелений от координат и средней температуры плиты (Вт/м3); q0J. - удельная мощность у'-го индуктора при

средней температуре плиты, Вт/м3; Уу - объем, в котором выделяется мощность у'-го индуктора (м3); т - число индукторов плиты.

Начальное условие для решения уравнения (1):

Т(х,у,г,0) = Т0, (2)

где Т0 — температура окружающего воздуха, СС.

Для учета внешнего теплообмена используются граничные условия (ГУ) 3 рода:

( >г> )=0ДЭГ(/У,г,т)+ (г(Лз>>г>т)_ ) = р>

Эх ох

ду ду

^ дТ(х,у,0, т) _ (т(х, у,О, т) - Г0) = О, А. К х) + ^ (Т(х, у, /г, т) - Г0) = 0.

дг да

(3)

Таким образом, математическая модель нагрева одиночной плиты в условиях внешнего теплообмена может быть представлена в виде системы уравнений (1) - (3). Решение этой системы осложняется нелинейным изменением во времени мощностей индукторов Qij и коэффициентов теплоотдачи а1; а2, ..., сц, от поверхностей плиты. Поэтому были введены следующие допущения.

1. Коэффициенты теплоотдачи от всех поверхностей плиты и значения мощностей индукторов не зависят от температуры в пределах некоторых интервалов времени, которые названы расчетными.

2. Для определения значений мощностей тепловыделений используется методика, основанная на экспериментальных исследованиях индукционного нагрева ферромагнитной стали.

3. Тепловыделение осуществляется равномерно во всем объеме паза под каждый индуктор, характеристики которого соответствуют свойствам материала плиты.

С учетом допущений задача распространения тепла в плите при фиксированных значениях аь а2,..., а6 и Qij решается многократно, т.е. последовательно находятся решения для расчетных интервалов времени, в которых эти параметры можно считать константами. При этом начальным условием для всех решений, кроме первого, будет температурное поле плиты, соответствующее моменту окончания предыдущего интервала времени.

В качестве метода решения задачи (1) - (3) использован метод конечных интегральных преобразований (МКИП). Установлено, что для реализации теплового расчета индукционных нагревательных плит согласно МКИП разница между предыдущим и последующим значениями коэффициентов теплоотдачи и мощностей индукторов в 20% оптимальна.

Для проверки адекватности модели (1) - (3) использованы результаты эксперимента, проведенного в ОАО «АРТИ-Завод», г. Тамбов, который предполагал измерение температуры плиты в процессе нагрева с помощью нескольких термопар: по углам и в центре рабочей поверхности плиты. Результаты численного решения задачи (1) - (3) с помощью МКИП для плиты 500x410 мм средней мощностью 5,35 кВт и их сравнение с экспериментальными данными для температуры контрольной термопары показаны на рис. 1.

Сопоставление расчетных и экспериментальных данных (рис. 1) относится к интервалу 0 - 1968 с (именно за это время температура контрольной термопары в эксперименте достигает значения 170 °С). Максимальное отклонение расчетных данных от температуры контрольной термопары составило менее 5 °С. Результаты измерения мощности плиты в ходе эксперимента в сравнении с расчетными значениями представлены на рис. 2. Погрешность расчета мощности индукторов не превысила 3%.

у у-

У

ну

"Геыиература, ч

- данные эксперимента

- резуяьтаты расчета

3

Рис. 1. Сравнение результатов решения задачи (1) - (3) с данными эксперимента для температуры контрольной термопары

Рис. 2. Сравнение результатов

измерения и расчета зависимости мощности плиты от температуры

Из данных рис. 1 и 2 можно сделать вывод, что результаты решения системы уравнений (1) - (3) с помощью методики, основанной на МКИП, удовлетворительно согласуются с данными эксперимента, проведенного в условиях реального производства.

В процессе нагрева регулирование температуры плит осуществляется по двухпозиционному закону на основе измерения температуры плит с помощью термопар. Управляющим воздействием является мощность индукторов:

Qij 5 ^sensor — ^down»

dT

OÍ j Лdown < ^sensor - Tap A > 0; ^

Qíj(l) =

ОТ cT < T л ^sensor < ft-1 down 1 sensor — ud »_ — '

ах

ир>

С; Тир, ТЛстп - верхний и нижний пределы срабатывания регулятора соответственно, °С.

Соотношение (4) играет важную роль в процессе регулирования температуры плиты. Именно совместное решение уравнений (1) — (4) позволяет моделировать процесс нагрева плит не только в начальный период времени, но и в наиболее важный период регулярного (стационарного) нагрева.

В качестве метода решения задачи (1) - (4) использовался метод конечных элементов (МКЭ). Было установлено, что для проведения численных расчетов значение расчетного шага по времени Дт = 2 с является оптимальным.

Результаты численного решения задачи (1) - (4) для плиты 500x410 мм средней мощностью 5,35 кВт и их сравнение с экспериментальными данными для температур контрольной (кривая 1) и центральной (кривая 2) термопар в начальный период нагрева показаны на рис. 3. Соответствующие им экспериментальные значения для контрольной термопары представлены в виде прямоугольных маркеров, для центральной - в виде треугольных маркеров.

Из данных рис. 3 следует, что средняя ошибка за весь рассматриваемый период для контрольной термопары составила 6,6%, для центральной — 6,9%. Отметим, что по мере прогрева плиты, начиная с момента времени 1470 с, отклонение температур не превышает 2% для контрольной термопары и 3% для центральной. Таким образом, можно сделать вывод, что для начального периода нагрева расчетные данные температур для обеих термопар удовлетворительно согласуются с экспериментальными.

На рис. 4 представлено сравнение расчетных значений (кривая 2) с экспериментальными (кривая 1) значениями температур контрольной термопары в течение регулярного режима нагрева. Из данных рис. 4 следует, что график расчетных значений температур (кривая 2) отличается от графика экспериментальных значений (кривая 1) только по фазе. При этом отставание по фазе расчетной кривой от экспериментальной в среднем составляет 34 с. Для рассматриваемых интервалов времени данная ошибка является незначительной. Можно сделать вывод, что результаты численного решения уравнений (1) - (4) удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.

Рис. 3. Температуря контрольной (!) и центральной (2) термопар в начальный период, °С

га 160

I &

1бес -асе 2сш Время нагрева, с

Рис. 4. Температура контрольной термопары в регулярном режиме, "С:

1 — эксперимент; 2 — расчет

В третьей главе рассматривается использование разработанных математических моделей для постановки и решения задач проектирования и расчета элементов прессового оборудования.

При разработке метода решения задачи оптимизации конструктивных и режимных характеристик нагревательной плиты в качестве критерия оптимальности предложено использовать среднеквадратичное отклонение температуры рабочей поверхности от требуемой температуры:

У р=14=1

Выбор критерия (5) объясняется тем, что равномерное температурное поле плит должно обеспечивать равномерный прогрев элементов пресс-форм и, как следствие, получение равномерного температурного поля в РТИ. Показано, что построение универсальной для всех типов плит и индукторов методики оптимизации необходимо осуществить на основе моделирования нагрева одиночной плиты.

Постановку задачи оптимизации можно представить следующим образом. Необходимо для индукционной нагревательной плиты при заданных геометрических размерах; материале плиты, крышки и провода индукторов; параметрах электрической сети, диаметре провода индукторов найти конструктивные (/у, Я;, хср уср 2], Ьр п]) и режимные (Тч р(х, у, И + Ик, т,,), характеристики, такие, что критерий оптимальности достигает минимального значения при выполнении условий и ограничений математической модели.

Методика оптимизации включает три этапа. На первом этапе проводится серия вычислительных экспериментов на детерминированной математической модели нагрева плиты (1) - (3) в соответствии с теорией планирования эксперимента. Для этого осуществлен выбор переменной и факторов состояния, произведена оценка области определения факторов, выбор нулевых уровней и экспериментального плана.

Второй этап — построение поверхности отклика (зависимости, связывающей варьируемые переменные с критерием оптимальности) по экспериментальным данным и проверка достоверности аппроксимации.

Для аппроксимации расчетных данных обоснован выбор квадратичного полинома, осуществлен выбор метода Ьи-разложения. Для проверки адекватности аппроксимации использован метод регрессионного анализа результатов вычислительного эксперимента.

Нахождение варьируемых переменных, соответствующих экстремуму поверхности отклика и являющихся решением задачи оптимизации, осуществляется на третьем этапе. Установлено, что для решения этой задачи предпочтительно использование метода прямого поиска с возвратом, который обеспечивает нахождение экстремума при любой начальной точке поиска и отличается низкой чувствительностью к выбору шага.

Результаты численных расчетов системы уравнений (1) - (4) и их сравнение с экспериментальными данными позволяют перейти к этапу моделирования процесса нагрева многоэтажного пресса. Для этого введены допущения.

1. Тепловые эффекты вулканизации РТИ незначительны, и ими можно пренебречь.

2. Между всеми элементами пресс-форм и изделиями, а также между пуансонами, матрицами и нагревательными плитами имеет место идеальный тепловой контакт.

Систему (1) - (4) необходимо дополнить уравнениями распространения тепла в элементах пресс-форм и изделиях:

_ дТт . (д2Тт Э2Тт д2Тт | .

^ + Э22 —1.2, ...,«тоыз, (6)

р^-эГ-^

д2т, д% д%Л

— — -Н--;—г-

.2

Эх Э/ Эг

V ' у

-0,гр = 1,2,..., ирг0(]ис,3, (7)

где Тт = Г(л:т, >>„„ гт), (х„„ >'т, гт)е Пт - температурное поле пресс-форм, °С; £1т - объем элементов пресс-форм; птокк - суммарное количество пресс-форм на всех этажах пресса; Тгр = Т(хгр, угр, ггр), (хгр, угр, ггр)е Пгр - температурное поле в изделиях, °С; - объем РТИ; «рго(]цс15 - общее количество изделий во всех пресс-формах.

В качестве ГУ для (6) и (7) используются следующие соотношения:

- равенство тепловых потоков на границе между пресс-формами и РТИ:

л дтт.ь Л дТгр.ь , Л дтть _ дТгрЬ ЭТтЬ дТгрЬ

Кт дх дх """эГ ^^Г' ( )

гДе Тт ь = Т(хт ,„ ут Ь, хт Ь) - температурное поле элементов пресс-форм на границе с изделиями; Тгр Ь = Т(хгр1„ угрЬ, ггрЬ) - температурное поле изделий на границе с элементами пресс-форм; (х„, ы ут Ь, гтЪ)е П,„, (хгр1„ угр Ь, :гр Ь)е П^ -множество точек, принадлежащих элементам пресс-форм и изделиям соответственно, на их границе раздела;

- равенство тепловых потоков между элементами пресс-форм:

(9)

дТт.м _ ЪТтЫ ш дТтМ _ дТтМ _ ЭТт ЬЪ __ дТтМ

дх дх ду ду дг дг

где (хтм,утЬз, гтМ), {хтМ,у„,¡,4, гтМ) еЙ„- множество точек, принадлежащих матрицам и пуансонам соответственно, на их границе контакта;

- равенство тепловых потоков между рабочей поверхностью плиты и матрицей пресс-форм:

= (Ш)

ах дх ду ду дг дг

р1 — 1, ..., ЯрЬцсгШ

где (хтМ, ут Ь\, гтМ) е От, (хрШ, урш, 2Р1м) е Й - множество точек, принадлежащих матрицам пресс-форм и рабочим поверхностям плит соответственно, на их границе контакта; /гР1,.11сгк - число плит пресса;

- равенство тепловых потоков между крышкой нагревательной плиты и пуансоном пресс-форм:

А дТтМ _ у дТр!.Ы . л дТт Ь2 _ дТр! Ь1 дтт дТым

к дх ~ т~1ьГ~ (11)

гДе (хт.Ь2, Ут.ь2, г.и) е (хрш, УР1.ьъ 2Рш) е О - множество точек, принадлежащих пуансонам пресс-форм и крышкам плит соответственно, на их границе контакта. Отметим, что ГУ (8) - (11) записаны для одногнездных пресс-форм;

- конвективный тепловой поток дт с от внешних поверхностей пресс-форм в окружающий воздух:

ЛТо-Тт,\ (12)

где Ттл = Т(хт „ у,„ „ гт з) - средняя температура внешних поверхностей матрицы и пуансона пресс-формы, °К; ат с - коэффициент стесненной теплоотдачи от поверхностей пресс-форм в окружающий воздух, Вт/м2 К;

— лучистый тепловой поток дтг от боковых поверхностей пресс-форм в окружающий воздух:

Чт.г - гт®{Т() ~ )' (13)

где Ет - степень черноты поверхности деталей пресс-формы; а = 5,67-10 8 -постоянная Стефана-Больцмана, Вт/м2 К4.

Таким образом, математическую модель нагрева многоэтажного пресса можно представить в виде системы уравнений (1) - (4), (6) - (13). В качестве метода решения этой задачи использован МКЭ.

Дополнительно была предложена методика оценки эффективности пресс-форм. Она предполагает решение уравнений (6), (7) при ГУ (8), (9), (12), (13) при допущении постоянства и равномерности температуры греющих плит на протяжении всего цикла нагрева, которое может быть выражено в виде:

ТтМ=ТтЪ2=Тк, (14)

где Тц - заданная температура поверхности нагревательной плиты, °С.

Данное ГУ воспроизводит идеализированные условия нагрева пресс-форм, поэтому решение задачи (6) - (9), (12) - (14) позволит оценить влияние геометрии пресс-форм на равномерность температурного поля в объеме РТИ. В качестве метода решения данной задачи использован МКЭ.

В четвертой главе представлены результаты практической реализации разработанных методик расчета.

С применением разработанной методики осуществлена модернизация плиты челюстного пресса размерами 1120x700 мм средней мощностью 14,5 кВт, используемой на ЗАО «Завод Тамбовполимермаш». Были получены следующие результаты. Абсолютное отклонение температуры по рабочей поверхности плиты уменьшилось на 58%, среднеквадратичное отклонение температуры - на 70%, среднее отклонение температуры - на 75%.

Приведено описание автоматизированного лабораторного практикума изучения расчета индукционных нагревательных плит. Данный практикум используется в учебных целях на кафедре АПТО ТГТУ.

Представлены результаты моделирования процесса нагрева плит и пресс-форм. На основе анализа существующих требований к нагревательным плитам прессов предложены к рассмотрению три подхода к проектированию плит:

1) интегральный подход, при котором необходимо получение равномерного температурного поля на всей рабочей поверхности плиты;

2) дифференциальный подход, который заключается в формировании локальных температурных зон на рабочей поверхности плиты с учетом геометрии и свойств изготавливаемых на прессе изделий;

3) комплексный метод, заключающийся в проектировании плит на основе моделирования процесса совместного нагрева плит, пресс-форм и вулканизуемых изделий, при котором целью является получение заданного температурного поля в объеме изделий.

Основные положения и особенности предлагаемых способов рассмотрены на примере проектирования нагревательной плиты для производства резиновых прокладок. В качестве базовой конструкции использована промышленная плита, спроектированная и применяемая на ЗАО «Завод Тамбовполимер-маш». Размеры плиты 600x600 мм, средняя мощность 6,5 кВт. Графики изменения минимальной, средней и максимальной температур изделия в течение периода вулканизации показаны на рис. 5.

Время нагрева, с

Рис 5. Результаты решения задачи (1) - (14):

максимальная (/), средняя (2) и минимальная (3) температура РТИ в течение периода

вулканизации, °С

Установлено, что интегральный подход целесообразно использовать при изготовлении продукции, имеющей соизмеримые с плитами пресса размеры; при использовании пресс-форм с простой конфигурацией и для изготовления немассивных РТИ.

Применение дифференциального подхода оптимально при производстве постоянного ассортимента продукции. В этом случае его применение позволяет уменьшить суммарную мощность плит.

Использование комплексного подхода необходимо при изготовлении РТИ со сложной геометрией в массивных пресс-формах, а также в особых случаях, когда необходима информация о температуре изделия в процессе вулканизации.

Приведены результаты расчетов по исследованию эффективности пресс-форм для изготовления РТИ, используемых для комплектации насосных установок. Показано, что использование нагревательных плит с равномерным температурным полем по рабочей поверхности не является оптимальным с точки зрения получения равномерных полей в объеме вулканизуемого изделия. Для уменьшения температурного градиента по сечению изделий предпочтительнее использовать плиты с неравномерным температурным полем по рабочей поверхности, которые обеспечивают зонный обогрев. Это особенно актуально для пресс-форм РТИ со сложной геометрией и небольшой поверхностью контакта между деталями пресс-формы.

Показано, что при проектировании новых конструкций пресс-форм целесообразно решать уравнения (6) - (9), (12) - (14) с целью оптимизации температурного поля в вулканизуемом изделии.

Для нагревательной плиты 500x410 мм с прямоугольными индукторами (№ 1) и плиты 600x600 мм с концентрическими индукторами (№ 2) на основе разработанной методики решена задача определения оптимальных конструктивных и режимных характеристик. Результаты сведены в табл. 1.

1. Результаты решения задачи оптимизации

Перепад температур по рабочей поверхности плиты № 1 составил 9,4 °С, плиты № 2 - 7,7 °С. После оптимизации этот параметр для плиты № 1 составил 4,1°С, для плиты № 2 - 3,6 °С.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработана математическая модель нестационарного процесса индукционного нагрева одиночной плиты вулканизационного пресса с учетом автоматического регулирования рабочей температуры, которая учитывает зависимости мощностей индукторов и коэффициентов внешнего теплообмена от условий нагрева.

2. Разработана математическая модель нестационарного процесса нагрева системы индукционная плита-пресс-форма-РТИ, позволяющая определять температурное поле в РТИ в процессе вулканизации.

3. Разработана методика оценки эффективности пресс-форм для изготовления РТИ на вулканизационном прессе, основанная на математической модели стационарного нагрева одиночной пресс-формы в условиях внешнего

теплообмена, позволяющая оценивать влияние конструкций пресс-форм на равномерность температурного поля в изделиях.

4. Поставлена и решена задача оптимизации параметров нагревательной плиты вулканизационного пресса, предусматривающая минимизацию перепада температур по рабочей поверхности плиты, метод решения которой основан на построении, проверке адекватности и поиске экстремума поверхности отклика критерия оптимальности.

5. Предложены подходы к проектированию новых и оценке эффективности существующих нагревательных плит:

— интегральный, предусматривающий формирование равномерного температурного поля на всей рабочей поверхности плиты;

— дифференциальный, предусматривающий формирование локальных температурных зон на рабочей поверхности плиты с учетом геометрии изготавливаемых на прессе изделий;

— комплексный, предусматривающий формирование требуемого температурного поля в объеме изделия в процессе вулканизации, в основе которого лежит моделирование нестационарных процессов нагрева системы индукционная нагревательная плита-пресс-форма-РТИ.

6. Предложенная методика применена для оптимизации конструктивных и режимных характеристик нагревательных плит, выпускаемых ЗАО «Завод Тамбовполимермаш» и используемых ОАО «АРТИ-Завод», г. Тамбов. Экономический эффект от применения методики оценивается в 350 тыс. р.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ РАБОТЫ

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Карпушкин, C.B. Моделирование устройств индукционного нагрева на примере индукционных нагревательных плит вулканизационных прессов (на английском языке) / C.B. Карпушкин, C.B. Карпов, А.О. Глебов // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2011. - Т. 17, № 1.-С. 110-120.

2. Карпушкин, C.B. Моделирование процесса нагрева пресс-формы для производства резинотехнических изделий на индукционном вулканизацион-ном прессе / C.B. Карпушкин, C.B. Карпов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2011. - № 2/2 (286). - С. 35 - 41.

3. Карпов, C.B. Оценка эффективности пресс-форм для изготовления резинотехнических изделий и системы их обогрева на вулканизационном прессе / C.B. Карпов, C.B. Карпушкин // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2012. - № 3. - С. 10-16.

4. Глебов, А.О. Моделирование температурных полей индукционных нагревательных плит методами конечных элементов и конечных интегральных преобразований / А.О. Глебов, C.B. Карпов, C.B. Карпушкин // Индукционный нагрев. - 2012. - № 20. - С. 19 - 24.

Прочие публикации:

5. Карпов, C.B. Определение интервалов времени для реализации методики теплового расчета индукционных нагревательных плит / C.B. Карпов, C.B. Кар-

Пушкин, М.Н. Краснянский // Современные твердофазные технологии, теория, практика и инновационный менеджмент : материалы Всерос. науч.-инноваци-онной конф. - Тамбов : Изд-во ИП Чеснокова A.B., 2009. - С. 299 - 301.

6. Свидетельство об отраслевой регистрации электронного ресурса № 00049 от 29.06.09. Виртуальная лабораторная установка расчета индукционных нагревательных плит прессов для изготовления резинотехнических изделий / C.B. Карпушкин, М.Н. Краснянский, C.B. Карпов.

7. Карпов, C.B. Методика теплового расчета нагревательных плит / C.B. Карпов // Аспекты ноосферной безопасности в приоритетных направлениях деятельности человека : материалы I Междунар. науч.-практ. конф. -Тамбов, 2010.-С. 92-94.

8. Карпов, C.B. Реализация методики теплового расчета индукционных нагревательных плит / C.B. Карпов, C.B. Карпушкин // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-23 : сб. тр. XXIII Междунар. науч. конф. - Саратов : СГТУ, 2010. - Т. 8, секция 9. - С. 133 - 135.

9. Карпов, C.B. Виртуальное моделирование температурных полей индукционных нагревательных плит / C.B. Карпов, C.B. Карпушкин, А.О. Глебов // Сборник тез. Всерос. конф. по результатам проектов, реализованных в рамках Федеральных целевых программ «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы, «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2012 годы» в области информационно-телекоммуникационных технологий. — М., 2010. — С. 56-57.

10. Карпов, C.B. Методика оценки эффективности пресс-форм для изготовления резинотехнических изделий на вулканизационном прессе / C.B. Карпов, C.B. Карпушкин // Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации : сб. тез. Всерос. конф. - М., -2011.-С. 42^43.

11. Карпов, C.B. Моделирование нагрева пресс-форм при изготовлении резинотехнических изделий на вулканизационном прессе / C.B. Карпов, C.B. Карпушкин // Математические методы в технике и технологиях -ММТТ-24 : сб. тр. XXIV Междунар. науч. конф. / под общ. ред. B.C. Балакирева. - Пенза : Пенз. гос. технол. академия, 2011. - Т. 8, секция 12. - С. 6 - 8.

12. Карпов, C.B. Оптимизация конструктивных и режимных характеристик нагревательной плиты вулканизационного пресса / C.B. Карпов, C.B. Карпушкин // Сборник тез. Междунар. молодежной конф. по результатам проектов, реализованных в рамках Федеральных целевых программ «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы, «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2013 годы» в области информационно-телекоммуникационных технологий. - М., 2012. - С. 111-112.

Подписано в печать 19.10.2012 Формат 60x84/16. 0,93 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 537

Издательско-полиграфический центр ФГБОУ ВПО «ТГТУ» 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14

ВВЕДЕНИЕ.

1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПРЕССОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ.

1.1 Вулканизационные прессы для изготовления резинотехнических изделий.

1.1.1 Конструкция вулканизационных прессов.

1.1.2 Конструкция плиты и индукторов.

1.1.3 Конструкции пресс-форм для изготовления РТИ.

1.1.4 Автоматическое регулирование температуры нагревательных плит.

1.2 Сравнительный анализ способов нагрева плит прессов.

1.3 Анализ существующих методов расчёта устройств индукционного нагрева.

1.4 Проектирование устройств индукционного нагрева.

1.4.1 Развитие методов расчёта индукционного нагрева.

1.4.2 Оптимизация устройств индукционного нагрева.

1.5 Современные информационные системы тепловых расчётов.

1.6 Моделирование нестационарных тепловых процессов.

1.6.1 Математические модели процесса нагрева плиты вулканизационного пресса.

1.7 Особенности проектирования плит и пресс-форм для изготовления РТИ.р.

1.7.1 Проектирование нагревательных плит с учётом особенностей процесса вулканизации.

1.7.2 Влияние температур смешения и вулканизации на активность ускорителей и свойства получаемых резин.

1.7.3 Особенности процессов регулирования температуры при проведении процесса вулканизации.

1.7.4 Особенности проектирования оборудования для вулканизации РТИ при низких и высоких температурах.

1.7.5 Современные тенденции в проектировании нагревательных плит с позиции энергосбережения.

1.8 Выводы по главе и постановка задачи исследования.

2 ПОСТРОЕНИЕ И ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА

ЭЛЕМЕНТОВ ПРЕССОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

2.1 Задача нагрева одиночной плиты пресса.

2.1.1 Математическое описание задачи нахождения температурного поля плиты пресса.

2.1.2 Решение задачи нахождения температурного поля плиты пресса.

2.1.3 Проверка адекватности математической модели нагрева одиночной плиты пресса.

2.2 Задача моделирования нагрева плиты пресса с учётом автоматического регулирования температуры плиты.

2.2.1 Математическое описание задачи нагрева плиты пресса с учётом системы автоматического регулирования температуры плиты.

2.2.2 Решение задачи нагрева плиты пресса с учётом автоматического регулирования температуры плиты.

2.2.3 Проверка адекватности математической модели нагрева плиты пресса с учётом автоматического регулирования температуры плиты.

Выводы к главе 2.

3 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ПОСТАНОВКИ И РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ ПРЕССОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

3.1 Задача оптимизации конструктивных и режимных характеристик нагревательных плит.

3.1.1 Постановка задачи оптимизации конструктивных и режимных характеристик нагревательных плит.

3.1.2 Решение задачи оптимизации конструктивных и режимных характеристик нагревательных плит.

3.2 Задача нагрева многоэтажного пресса.

3.2.1 Математическое описание задачи нахождения температурного поля системы «плита - пресс-форма - изделие».

3.2.2 Решение задачи нахождения температурного поля системы «плита - пресс-форма - изделие».

3.3 Задача исследования эффективности пресс-форм для изготовления резинотехнических изделий на вулканизационном прессе.

3.3.1 Математическое описание задачи исследования эффективности пресс-форм.

Выводы к главе

4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДИК РАСЧЁТА.

4.1 Практическая апробация разработанной методики расчета нагревательной плиты.

4.2 Автоматизированный лабораторный практикум удалённого доступа «Лабораторная установка расчёта индукционных нагревательных плит для изготовления резинотехнических изделий».

4.3 Разработка новых подходов к проектированию нагревательных плит

4.3.1 Интегральный подход.

4.3.2 Дифференциальный подход.

4.3.3 Определение неравномерности температурного поля.

4.3.4 Комплексный подход.

4.4 Моделирование нагрева плиты пресса с учётом автоматического регулирования температуры.

4.5 Моделирование нагрева многоэтажного пресса с учётом автоматического регулирования температуры.

4.6 Исследование эффективности пресс-форм для изготовления РТИ.

4.7 Решение задачи оптимизации режимных и конструктивных характеристик нагревательных плит прессов.

Выводы к главе 4.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

Необходимым условием обеспечения конкурентоспособности производственного сектора России на мировом рынке уже в настоящее время и, тем более, в перспективе, является развитие и применение супервычислений, массовых информационных технологий и нанотехнологий.

Первоочередной задачей становится развитие отечественных технологий проектирования суперЭВМ на основе масштабируемой сети микропроцессоров, детального предсказательного моделирования и виртуального прототипирования в процессе создания перспективных изделий машиностроения, образцов новой техники, новых энергетических установок, а также технологий проектирования систем управления технологическими процессами на основе масштабируемых аппаратно-программных комплексов.

Создание таких технологий предполагает проведение широкомасштабных фундаментальных и прикладных исследований в различных областях знаний, в том числе в математике, микроэлектронике, информационных технологиях, вычислительных системах, информатике и телекоммуникациях [1].

Проявление такого многообразия перечисленных проблем можно наблюдать при проектировании индукционных нагревательных плит прессов для изготовления резинотехнических изделий (РТИ).

Производство резиновых изделий, согласно данным Центра развития Национального исследовательского университета - Высшей школы экономики [2], имеет устойчивую тенденцию к увеличению. Например, индекс промышленного производства резиновых и пластмассовых изделий в ноябре 2010 года относительно декабря 2009 года составил 138,4%. В связи с этим возникает необходимость модернизации устаревшего и создания нового оборудования, выпускающего качественную продукцию с наименьшими издержками производства.

Основной проблемой в данной области является построение достоверных математических моделей нагрева элементов прессового оборудования, и создание на их основе инженерных методик расчёта, проектирования и оптимизации, позволяющих снизить энергетические, временные и материальные затраты.

Объектом исследования в работе являются нестационарные тепловые процессы в элементах вулканизационных прессов с индукционным способом нагрева.

Предметом исследования являются математическое моделирование процесса нестационарного нагрева плит, пресс-форм и вулканизуемых изделий в условиях внешнего теплообмена; методы расчёта и оптимизации параметров нагревательных плит.

Целью работы является разработка методик тепловых расчётов, методов проектирования и оптимизации индукционных нагревательных плит прессов, осуществляющих процесс вулканизации РТИ в металлических пресс-формах в соответствии с требованиями технологического регламента, а также исследование эффективности пресс-форм. Для достижения цели необходимо:

- осуществить постановку задачи теплового расчёта индукционной нагревательной плиты вулканизационного пресса;

- разработать математическую модель нагрева плиты в условиях внешнего теплообмена;

- разработать математическую модель нагрева плит, пресс-форм и изделий в условиях внешнего теплообмена;

- осуществить выбор метода решения уравнений математических моделей и разработать методику теплового расчёта температурных полей индукционных нагревательных плит прессов для изготовления РТИ; разработать методику оценки эффективности пресс-форм для изготовления РТИ и системы их обогрева на вулканизационном прессе;

- осуществить формализованную постановку и разработать методику решения задачи оптимизации конструктивных и эксплуатационных характеристик плиты.

Научная новизна.

1. Разработана математическая модель нестационарного процесса индукционного нагрева одиночной плиты вулканизационного пресса с учётом автоматического регулирования рабочей температуры, которая учитывает зависимости мощностей индукторов и коэффициентов внешнего теплообмена от условий нагрева. Адекватность модели подтверждена сравнением результатов решения модели с результатами промышленного эксперимента.

2. Разработана математическая модель нестационарного процесса нагрева системы «индукционная нагревательная плита - пресс-форма - РТИ», впервые позволяющая определять температурное поле в РТИ в процессе вулканизации и выявлять необходимость изменения параметров пресс-форм и нагревательных плит, а также системы автоматического управления температурой вулканизации.

3. Разработана методика оценки эффективности пресс-форм для изготовления РТИ на вулканизационном прессе, основанная на математической модели стационарного нагрева одиночной пресс-формы в условиях внешнего теплообмена, позволяющая оценивать влияние конструкций пресс-форм на равномерность температурного поля в изделиях.

4. Поставлена и решена задача оптимизации параметров нагревательной плиты вулканизационного пресса, предусматривающая минимизацию перепада температур по рабочей поверхности плиты, метод решения которой основан на построении, проверке адекватности и поиске экстремума поверхности отклика критерия оптимальности.

Методика исследования основана на использовании методов математического моделирования и оптимизации, системного анализа и планирования эксперимента.

Практические результаты работы. Практическая значимость работы определяется возможностью использования разработанных методик для расчёта существующих и проектирования новых плит прессов. Самостоятельную практическую значимость имеют следующие результаты:

1. Предложены подходы к проектированию новых и оценке эффективности существующих нагревательных плит:

- интегральный, предусматривающий формирование равномерного температурного поля на всей рабочей поверхности плиты;

- дифференциальный, предусматривающий формирование локальных температурных зон на рабочей поверхности плиты с учётом геометрии изготавливаемых на прессе изделий; комплексный, предусматривающий формирование требуемого температурного поля в объёме изделия в процессе вулканизации, в основе которого лежит моделирование нестационарных процессов нагрева системы «индукционная нагревательная плита - пресс-форма - РТИ».

2. Создана библиотека твердотельных моделей пресс-форм РТИ для комплектации насосных установок ЗАО «Завод Тамбовполимермаш» и исследована их эффективность.

3. Предложенная методика оптимизации конструктивных и режимных характеристик нагревательной плиты применена для оптимизации конструкции нагревательных плит прессов, выпускаемых ЗАО «Завод «Тамбовполимермаш» и используемых ОАО «АРТИ-Завод», г. Тамбов.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на - Международных конференциях: «Аспекты ноосферной безопасности в приоритетных направлениях деятельности человека» (Тамбов, 2010), «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2010; Пенза, 2011; Волгоград, 2012), «Информационные системы и технологии» (Москва, 2012); - на Всероссийских конференциях: «Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент» (Тамбов, 2009), «Проведение научных исследований в области информационно-телекоммуникационных технологий» (Москва, 2010), «Проведение научных исследований в области обработки, хранения, передачи и защиты информации» (Москва, 2011). Результаты диссертации экспонировались на Всероссийской выставке научно-технического творчества молодёжи (Москва, 2009).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 12 печатных работ, среди них 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов кандидатских и докторских диссертаций, 7 тезисов докладов на Всероссийских и международных научно-технических конференциях, 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

В первой главе произведён анализ литературных данных по вопросам моделирования, проектирования и оптимизации нагревательных плит и пресс-форм, на основе которого сформулированы цель и задачи исследования.

Вторая глава содержит математическую формулировку и алгоритмы решения задач расчёта температурного поля на поверхности одиночной плиты, моделирования нагрева плиты пресса с учётом системы автоматического управления температурой плиты. Осуществлена проверка адекватности предложенных математических моделей.

В третьей главе рассматривается постановка и решение задач проектирования и расчёта элементов прессового оборудования. Предложена методика оптимизации конструктивных и режимных характеристик нагревательной плиты пресса Приведена математическая формулировка задачи нагрева системы «плита - пресс-форма - изделие» и исследования эффективности пресс-форм для изготовления РТИ.

В четвёртой главе представлены результаты практической реализации разработанных методик расчёта. Разработаны основные положения подходов к проектированию новых и оценке существующих нагревательных плит прессов.

Работа выполнялась в рамках Государственного контракта № 02.740.11.0624 "Методы, алгоритмы и программное обеспечение разработки виртуальных моделей технических объектов для обучения специалистов и создания прикладных информационных систем" в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана математическая модель нестационарного процесса индукционного нагрева одиночной плиты вулканизационного пресса с учётом автоматического регулирования рабочей температуры, которая учитывает зависимости мощностей индукторов и коэффициентов внешнего теплообмена от условий нагрева.

2. Разработана математическая модель нестационарного процесса нагрева системы «индукционная плита - пресс-форма - РТИ», позволяющая определять температурное поле в РТИ в процессе вулканизации.

3. Разработана методика оценки эффективности пресс-форм для изготовления РТИ на вулканизационном прессе, основанная на математической модели стационарного нагрева одиночной пресс-формы в условиях внешнего теплообмена, позволяющая оценивать влияние конструкций пресс-форм на равномерность температурного поля в изделиях.

4. Поставлена и решена задача оптимизации параметров нагревательной плиты вулканизационного пресса, предусматривающая минимизацию перепада температур по рабочей поверхности плиты, метод решения которой основан на построении, проверке адекватности и поиске экстремума поверхности отклика критерия оптимальности.

5. Предложены подходы к проектированию новых и оценке эффективности существующих нагревательных плит, учитывающие специальные требования к формируемому температурному полю в объёме изделия, геометрию и свойства материала изделий, а также ассортимент выпускаемой на прессе продукции.

6. Методика оптимизации конструктивных и режимных характеристик нагревательных плит применена при проектировании плит, выпускаемых ЗАО «Завод «Тамбовполимермаш» и используемых ОАО «АРТИ-завод», г. Тамбов.

1. Отчётный доклад Президиума РАН. Научные достижения Российской академии наук в 2008 году / - М. 2009. С. - 24-25.

2. Индексы интенсивности промышленного производства. Доклад: Центр развития Режим доступа: http://www.dcenter.ru/iipp/iipp 10-1 l.htm. Загл. с экрана.

3. Технология производства ДСП Режим доступа: http://www.shk.afy-kupe.ru/articles/materials/dsp.htm - Загл. с экрана.

4. Древесно-стружечная плита Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Дpeвecнo-cтpyжeчнaя плита - Загл. с экрана.

5. Машины и аппараты резинового производства. Под ред. Д.М. Барскова // М., «Химия», 1975. 600 с.

6. Пресс гидравлический вулканизационный 250-600 (1Э, 2Э, 4Э) Режим доступа: http://www.tambovpolimer.ru/katalog id/ЗЗ - Загл. с экрана.

7. Цыганок, И.П. Вулканизационное оборудование шинных заводов. И.П. Цыганок. М., Машиностроение, 1967. 324 с.

8. Карпов, В.Н. Оборудование предприятий резиновой промышленности / В.Н. Карпов. М.: Химия, 1987. 336 с.

9. Муратов, Э.О. Оборудование для производства формовых резиновых изделий / Э.О. Муратов, В.В. Межуев, A.C. Нефёдов. М. «Машиностроение», 1978. С.47-51.

10. Харпер. Заливка электронного оборудования синтетическими смолами / Ч. Харпер. М. Л., изд-во «Энергия», 1964, 408 с.

11. Органосиликатная композиция Режим доступа: http://www.tdzm,ru/products/marks/osk/oc82 05.jdx - Загл. с экрана.

12. Технология резиновых изделий: учеб. пособие для вузов / Ю.О. Аверко-Антонович, Р.Я. Омельченко, H.A. Охотина, Ю.Р. Эбич / Под ред. П.А. Кирпичникова. Л.: Химия, 1991. - 352 с.

13. Андрашников, Б.И. Справочник по автоматизации и механизации производства шин и РТИ / Б.И. Андрашников. М.: Химия, 1981. -296 с.

14. Захарченко П. И, Яшунская Ф.И., Евстратов В.Ф., Орловский П.Н. (Ред. 'коллегия). Справочник резинщика. Материалы резинового производства. М.: Химия, 1971.-608 с.

15. Владимиров, В.М. Изготовление штампов, пресс-форм и приспособлений. Учебник для проф.-техн. училищ / В.М. Владимиров. М., «Высшая школа», 1974.

16. Бекин, Н.Г. Оборудование и основы проектирования заводов резиновой промышленности: учеб. пособие для вузов / Н.Г. Бекин, Н.Д. Захаров, Г.К. Пеунков и др.: под общ. ред. Н.Д. Захарова. Л.: Химия, 1985. - 504 с.

17. Муромцев, Д.Ю. Анализ и синтез энергосберегающего управления процессами нагрева на примере нагревательных установок: Дисс. на соискание учёной степени к.т.н. Тамбов, 2000.

18. Кабанов, A.A. Анализ и оперативный синтез оптимального управления тепловыми аппаратами с электронагревом: Дисс. на соискание учёной степени к.т.н. Тамбов 2003.

19. Шаховец, С.Е. Интенсификация и оптимизация режимов вулканизации покрышек за счёт применения зонного индукционного обогрева пресс-форм / С.Е. Шаховец. Международная конференция по каучуку и резине Rubber 84. М. 1984.

20. Басов, Н.И. Расчет и конструирование формующего инструмента для изготовления изделий из полимерных материалов: Учебник для вузов / Н.И. Басов, В.А. Брагинский, Ю.В. Казанков. М. Химия. 1991. с. 103-105.

21. Басов, Н.И. Расчет и конструирование оборудования для производства и переработки полимерных материалов / Н.И. Басов, Ю.В. Казанков, В.А. Любартович. М., Химия, 1986. 486 с.

22. Басов, Н.И. Оборудование для производства объемных изделий из термопластов / Н.И. Басов, B.C. Ким, В.К. Скуратов. М.: Машиностроение, 1972 -217 с.

23. Матвеев, А.Н. Электричество и магнетизм: Учебное пособие / А.Н. Матвеев М.: Высшая школа, 1983. - 463 с.

24. Кувалдин А.Б. Индукционный нагрев ферромагнитной стали / А.Б. Кувалдин. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 200 с.

25. Кувалдин, А.Б. Теория индукционного и диэлектрического нагрева / А.Б. Кувалдин. М.: Изд-во МЭИ, 1999 - 80 с.

26. Слухоцкий, А.Е. Индукторы / Под ред. А.Н, Шамова / А.Е. Слухоцкий JL: Машиностроение. Ленингр. отд., 1989. - 69 с.

27. Слухоцкий, А.Е. Индукторы для индукционного нагрева / А.Е. Слухоцкий, С.Е. Рыскин. Л., «Энергия», 1974. - 264 с.

28. Слухоцкий, А.Е. Установки индукционного нагрева: Учебное пособие для вузов / А.Е. Слухоцкий, B.C. Немков, Н.А. Павлов, А.Б. Бамунэр. Л.: Энергоатомиздат, 1981 328 с.

29. Демидович, В.Б. Теория, исследование и разработка индукционных нагревателей для металлургической промышленности: Автореф. дис. на соискание учёной степени д.т.н. СПб, 2002.

30. Бар, В.И. Электротехнические установки и их источники питания: Учебное пособие для вузов по спец. «Промышленная электроника» / В.И.Бар, Тольятти: ТГУ, 2002.

31. Tavakoli, М. Computational modeling of induction heating process / M. Tavakoli, H. Kabaschi, F, Samavat // Progress in electromagnetics research letters. -2009.-Vol. 11.-P. 93-102.

32. Muhlbauer, A. History of induction heating & melting / A. Muhlbauer. VulkanVerlag GmbH. 2008.

33. Марчук, Г.И. Методы вычислительной математики / Г.И. Марчук. М.: Наука, 1980.-456 с.

34. Moaveni, S. Finite element analysis. Theory and application with ANSYS / Saeed Moaveni. Prentice-Hall, Inc., New Jersey, 1999

35. Красавин, Д.А. Разработка методики расчёта и исследования температурного состояния лопаток газовых турбин: автореф. дис. на соискание учёной степени к.т.н. М., 2008.

36. Kranjc, M. Numerical analysis and thermographic investigation of induction heating / M. Kranjc, A. Zupanic, D. Miklavcic, T. Jarm // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2010. - Vol. 53. - P. 3585-3591.

37. Novae, M. Numerical modeling of induction heating process using inductors with circular shape turns / M. Novae Journal of electrical and electronics engineering. -2008.-Vol. l.-P. 107-110.

38. Nagy, S. Optimizations of induction heating installations / S. Nagy. Vol. 45, JSfo2, 2004 Acta Electrotehnica. Vol. 45, №2, 2004 P. 117-121.

39. Multiphysics modeling and simulation COMSOL - Режим доступа: http://www.comsol.com. Загл. с экрана.

40. ANSYS Simulation driven product development - Режим доступа: http://www.ansys.com. Загл.с экрана.

41. Алямовский, A.A. SolidWorks 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А.А. Алямовский, А.А. Собачкин, Е.В. Одинцов, А.И. Харитонович, Н.Б. Пономарёв. СПб.: БХВ-Петербург, 2008. - 1040 с.

42. РТС РТС Mathcad - engineering calculations software - Режим доступа: http://www.ptc.com/product/mathcad. Загл. с экрана

43. Светушков, Н.А. Моделирование нестационарных тепловых процессов в неоднородных средах: автореф. дис. на соискание уч. степ, к.т.н. М, 2010.

44. Дмитриев, В.Г. Тепловая модель вулканизационного пресса / В.Г. Дмитриев, П.Н. Мананников «Неделя горняка-2002», Семинар №8. 2002

45. Заблодский, Н. Н. Моделирование тепловых процессов сложных технологических устройств / Н. Н. Заблодский, И. А. Цодик, А. Д. Андрощук // Сборник научных трудов Донбасского государственного технического университета. — 2010. — Вып. 32. — С. 333-343.

46. Шварц А. Г. Рецептуростроение в свете современных представлений о структуре и свойствах резин / А.Г. Шварц / Международная конференция по каучуку и резине. М. 1984.

47. Догадкин, Б.А. Химия эластомеров / Б.А. Догадкин, А.А. Донцов, А.А, Шершнев. 2-ое изд., перераб. И доп. - М.: Химия, 1981, 376 с.

48. Блох, Г.А. Органические ускорители вулканизации каучуков / Г.А. Блох. -М., Изд-во «Химия», 1964 г.

49. Егоров, А.И. Оптимальное управление тепловыми и диффузионными процессами / А.И. Егоров М.: Наука, 1978. 464 с.

50. Бутковский, А.Г. Теория оптимального управления системами с распределёнными параметрами / А.Г. Бутковский М.: Наука, 1975 - 568 с.

51. Корягин, С.И. Способы обработки материалов / С.И. Корягин, И.В. Пименов, В.К. Худяков. Калининград. 2000. с. 39.

52. Кузьменко, Н.В. Автоматизация технологических процессов и производств / Уч. пособ. 4.1 Конспект лекций. Ангарск, 2005.

53. Порядин, Б.В. Система автоматического измерения и регулирования температуры в пресс-формах / Вестник Днепропетровского университета, №12. Днепропетровск, 2008.

54. Прахт, В.А. Совершенствование системы управления и математическое моделирование установки индукционного нагрева трубных заготовок. Дис. на соискание учёной степени к.т.н: 05.09.10 Екатеринбург, 2007 - 152 с.

55. Галунин, С. А. Моделирование, исследование и оптимальное проектирование индукционных нагревателей ленты в поперечном магнитном поле. Дис. на соискание учёной степени к.т.н. СПб, 2003 - 124 с.

56. Time-optimal control of energy-efficient heating of aluminum billets rotating in DC magnetic field / Pleshivtseva Yu., Zaikina N., Nacke B. Nikanorov A. // Przeglad Electrotechniczny (Electrical Review). -2008. R. 84 NR 11/2008. - Pp. 120-123.

57. Туголуков E.H. Решение задач теплопроводности методом конечных интегральных преобразований: Учебное пособие / E.H. Туголуков. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005. - 116с.

58. Туголуков E.H. Математическое моделирование технологического оборудования многоассортиментных химических производств. Монография / E.H. Туголуков. М: Машиностроение, 2004: - 100 с.

59. Туголуков, E.H. Математическое моделирование термонагруженных процессов и аппаратов многоассортиментных химических производств: Дис. докт. техн. наук Тамбов, 2004. - 400 с.

60. Малыгин, E.H. Методика теплового расчёта нагревательных плит прессов для изготовления резинотехнических изделий / E.H. Малыгин, C.B. Карпушкин,

61. A.C. Крушатин // Химическая промышленность сегодня. 2009, №11. - С. 48-56.

62. Жуков, Н.П. Многомодельные методы и средства неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов и изделий / Н.П. Жуков, Н.Ф. Майникова. М.: "Издательство Машиностроние-1 ", 2004. 288 с.

63. Егоров, В.И. Применение ЭВМ для решения задач теплопроводности. Учеб. пособие / В.И. Егоров. СПб: СПб ГУ ИТМО, 2006. - 77 с.

64. Коновалов, В.И. Методы решения задач тепломассопереноса. Теплопроводность и диффузия в неподвижной среде: Учеб. пособие / В.И. Коновалов, А.Н. Пахомов, Н.Ц. Гатапова, А.Н, Колиух. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005. 80 с.

65. Фокин, В.М. Основы энергосбережения в вопросах теплообмена / В.М. Фокин, Г.П. Бойков, Ю.В. Видин. М.: «Издательство Машиностроение-1», 2005. 192 с.

66. Дворецкий, С.И. Техника и технологии псевдоожижения: процессы термообработки и вулканизации / С.И. Дворецкий, В.Н. Королев, С.А. Нагорнов,

67. B.П. Таров. М.: «Издательство Машиностроение-1», 2006. 232 с.

68. Крушатин, A.C. Информационная система автоматизированного проектирования плит гидравлических прессов / Дисс. на соискание степени магистра техники и технологии. Тамбов, 2008.

69. Plate vulcanizing press products from alibaba.com Режим доступа: http://www.alibaba.com/product- gs/ 449198932/platevulcanizingpress.html. - Загл. с экрана.

70. Plate vulcanizing press products from alibaba.com Режим доступа: http://www.alibaba.com/product-gs/488304212/rubbervulcanizingpress.html. - Загл. с экрана.

71. Plate vulcanizing press products from alibaba.com Режим доступа: http://www.alibaba.com/product-free/104458183/PlateVulcanizingPress.html. - Загл. с экрана.

72. Несис, Е.И. Методы математической физики. Уч. пособ. для студ. физ.-мат. пак. пед. ин-тов / Е.И. Несис. М., «Просвещение», 1977.

73. Советов, Б.Я. Моделирование систем / Б.Я. Соседов, С.А. Яковлев 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2001. - 343 с.

74. Романков, П.Г. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии / П.Г. Романков, В.Ф. Фролов, О.М. Флисюк, М.И. Курочкина. СПб: Химия, 1998.-496 с.

75. Романков, П.Г. Теплообменные процессы химической технологии / П.Г. Романков, В.Ф. Фролов. JL: Химия, 1982. 288 с

76. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А.Г. Касаткин. М.: Химия, 1971. 784 с.

77. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник. — М.: Энергоиздат, 1982. 512 с.

78. Кутателадзе, С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие / С.С. Кутателадзе. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 367 с.

79. Кутателадзе, С.С. Основы теории теплообмена / С.С. Кутателадзе. 5-е изд. М.: Атомиздат, 1979. -416 с.

80. Самарский, A.A. Теория разностных схем / A.A. Самарский. М.: Наука, 1977 - 656 с.

81. Швыдкий, B.C. Элементы теории систем и численные методы моделирования процессов тепломассопереноса: Учебник для вузов / B.C. Швыдкий, H.A. Спирин, М.Г. Ладыгичев, Ю.Г. Ярошенко, Я.М. Гордон М.: «Интернет инжиниринг», 1999. - 520 с.

82. Карташов, Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел / Э.М. Карташов. М.: Высш. шк., 1985. 480 с.

83. Зайцев, Г.Ф. Теория автоматического управления и регулирования / Г.Ф. Зайцев. К.: Высшая школа, 1989 - 431 с.

84. Карпов, C.B. Оценка эффективности пресс-форм для изготовления резинотехнических изделий и системы их обогрева на вулканизационном прессе / C.B. Карпов, C.B. Карпушкин // Химическое и нефтегазовое машиностроение. №3.-2012. С. 10-16.

85. Карпушкин, C.B. Моделирование устройств индукционного нагрева на примере индукционных нагревательных плит вулканизационных прессов (на английском языке) / C.B. Карпушкин, C.B. Карпов, А.О. Глебов // Вестник

86. Тамбовского государственного технического университета. 2011. - Т. 17. - № 1, С. 110-120.

87. Буль, О.Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов. Программа ANSYS: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / О.Б. Буль. -М.: Издательский центр «Академия», 2006. 288 с.

88. Зедгинидзе, И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем / И.Г. Зедгинидзе. М.: «Наука», 1976. - 390 с.

89. Ахназарова, C.JI. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии: Учеб. пособие для хим.-технол. спец. вузов / С.Л. Ахназарова, В.В. Кафаров. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1985. - 327 с.

90. Форсайт, Дж. Машинные методы математических вычислений / Дж. Форсайт, М. Малькольм, К. Моулер. М.: Мир, 1980. - 276 с.

91. Нинул, A.C. Оптимизация целевых функций: аналитика. Численные методы. Планирование эксперимента / A.C. Нинул. М.: Издательство Физико-математической литературы, 2009, 336 с.

92. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. М.: Наука, 1976.

93. Айвазян, С.А. Прикладная статистика: исследование зависимостей: справ, изд /С.А. Айвазян, И.С. Енюков, Л.Д. Мешалкин; под ред. С.А. Айвазяна. М.: Финансы и статистика, 1985. -487 с.

94. Бондарь, А.Г. Планирование эксперимента в химической технологии (основные положения, примеры и задачи) / А.Г. Бондарь, Г.А. Статюха. Издательское объединение «Высшая школа», 1976, 184 с.

95. Тарасик, В.П. Математическое моделирование технических систем: Учебник для вузов / В.П. Тарасик. Мн.: ДизайнПРО, 2004. - 640 с.

96. Форсайт, Дж. Численное решение систем линейных алгебраических уравнений / Дж. Форсайт, К. Молер. М.: Мир, 1969. - 167 с.

97. Лоусон, Ч. Численное решение задач метода наименьших квадратов / Пер. с англ. / Ч. Лоусон, Р. Хенсон. М.: Наука, гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. - 232 с.

98. DesignXplorer Режим доступа: wwwl .ansys.com/customer/content/documentation/ 13jVwbdx.pdf

99. Васильев, Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач / Ф.П. Васильев.- М.: Наука, 1988,- 550 с.

100. Сорокин, В.Г. Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Вяткин и др; Под общ. ред. В. Г. Сорокина. — М.: Машиностроение, 1989. — 640 с.

101. Конструкционные материалы. Справочник / Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. М.: Машиностроение. 1990. - 688 с

102. Махлис, Ф.А. Терминологический справочник по резине. Справ, изд. / Махлис Ф.А., Федюкин Д.Л. М.: Химия, 1989. - 400 с.

103. Material library COMSOL - Режим доступа: http://www.comsol.com/products/material-library/. Загл. с экрана.

104. Солодов, А.П. Mathcad. Дифференциальные модели / А.П. Солодов, В.Ф. Очков. М.: Изд-во МЭИ, 2002.

105. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. Учебник для вузов. Изд. 4-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1978. 736 с.

106. Каталог продукции Тамбовполимермаш Режим доступа: http://tambovpolimer.ru/katalog/6/ - Загл. с экрана.

107. Алямовский, A.A. COSMOS Works. Основы расчёта конструкций на прочность в среде SolidWorks / A.A. Алямовский. М.: ДМК Пресс, 2010. - 784 с.

108. Гмурман, В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: Учеб. пособие для вузов / В.Е. Гмурман. 9-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2003. - 479 с.

109. Гмурман, В. Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике: Учеб. пособие для студентов вузов / В. Е. Гмурман. — 9-е изд., стер. — М.: Высш. шк., 2004. — 404 с.