Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2009, № 2. Часть 1

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

ISSN 2071-6168

НАВСТРЕЧУ ЮБИЛЕЮ

80 лет

ИЗВЕСТИЯ 
ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО
УНИВЕРСИТЕТА

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Выпуск 2

Издательство ТулГУ

Тула 2009

               Часть 1

ISSN 2071-6168

УДК 621.86/87

Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 2: в 2 ч. Тула: Изд-во ТулГУ,
2009. Вып. 2. Ч. I. 286 с.

Издание посвящено 60-летию кафедры «Подъемно-транспортные машины и оборудование».
Рассматриваются научно-технические проблемы в области моделирования, проектирования и производства грузоподъемных и транспортноскладских систем.
Материалы предназначены для научных работников, преподавателей 
вузов, студентов и аспирантов, специализирующихся в проблематике технических наук.

Редакционный совет

М.В. ГРЯЗЕВ – председатель, В.Д. КУХАРЬ – зам. председателя,
В.В. ПРЕЙС – главный редактор, В.А. АЛФЕРОВ, И.А. БАТАНИНА, 
О.И. БОРИСКИН, 
В.И. ИВАНОВ, 
В.С. КАРПОВ, 
Р.А. КОВАЛЁВ, 
А.Н. ЧУКОВ, Е.А. ФЕДОРОВА, А.А. ХАДАРЦЕВ

Редакционная коллегия

О.И. Борискин (отв. редактор), В.С Карпов (зам. отв. редактора), 
Р.А. Ковалев (зам. отв. редактора), А.Н. Чуков (зам. отв. редактора), 
В.Б. Морозов (отв. секретарь), А.Е. Гвоздев, А.Н. Иноземцев, А.Б. Копылов,
Е.А. Макарецкий, Е.П. Поляков, В.В. Прейс, П.Г. Сидоров, В.М. Степанов, 
А.А.Трещёв, С.С. Яковлев, А.С. Ямников

Подписной индекс 27851
по Объединённому каталогу «Пресса России»

«Известия ТулГУ» входят в Перечень ведущих научных 
журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации, 
в которых должны быть опубликованы научные результаты 
диссертаций на соискание учёной степени доктора наук

© Авторы научных статей, 2009
© Издательство ТулГУ, 2009

60 ЛЕТ  КАФЕДРЕ

ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

И ОБОРУДОВАНИЯ

В конце 40-х годов прошлого века в учебные планы инженерных 

специальностей "Металлургия" и "Машиностроение" был введен курс 
"Подъемно-транспортные машины и механизмы" и в связи с этим в Тульском механическом институте (ТМИ) в 1949 году кафедра деталей машин 
была преобразована в кафедру подъемно-транспортных машин и деталей 
машин.

Первым заведующим кафедрой, возглавлявшим ее в течение 25 лет 

и в значительной мере определившим направление ее развития, был Арсен 
Никитович Тер-Мкртичьян. Выпускник Ленинградского политехнического 
института, прошедший с 1941 по 1945 годы трудными дорогами Великой 
Отечественной войны, А.Н. Тер-Мкртичъян проявил огромные организаторские способности, позволившие направить усилия коллектива на успешную учебную и научную работу, на развитие материально-технической 
базы.

Бурное послевоенное развитие промышленности в регионе и, в пер
вую очередь, Узловского машиностроительного завода потребовало большого количества инженерных кадров по подъемно-транспортным машинам и в 1959 году в ТМИ была открыта специальность 0510 Подъемнотранспортные машины и оборудование (ПТМиО). Открытию этой специальности в значительной степени способствовал бывший тогда директором 
Узловского машиностроительного завода И.И. Федунец, выпускник института, Герой Социалистического Труда. После преобразования механического и горного институтов в 1963 году в Тульский политехнический институт в нем были организованы две кафедры – подъемно-транспортных 
машин и деталей машин (ПТМиДМ) и транспортных и строительных машин и комплексов (ТСМиК), которые должны были выпускать инженеров 
по специальности 0510.

Специальные дисциплины "Строительная механика и металличе
ские конструкции", "Грузоподъемные машины, "Специальные краны" читались на кафедре ПТМиДМ (доценты А.Н. Тер-Мкртичьян, П.А Барышников), а курс "Машины непрерывного транспорта" – на кафедре ТСМиК 
(доцент В.А. Голутвин), на этой же кафедре велась подготовка по транспортным дисциплинам горных специальностей и строительным машинам 
для строительных специальностей. Соответственно было разделено и дипломное проектирование.

С 1964 по 1974 годы кафедрой ТСМиК заведовал профессор Глеб 

Павлович Ананьин, а с 1974 по 1980 годы – профессор Василий Андреевич 
Голутвин – оба выпускники Московского горного института, воспитанники научной школы чл.-корр. АН А.О. Спиваковского. Наряду с организацией учебного процесса значительное внимание на кафедре уделялось научной работе в области исследования машин непрерывного транспорта и 
горных транспортных машин. В этот период был взят курс на подготовку 
молодых преподавателей в аспирантуре. Под руководством доцента В.А. 
Кутлунина защитили кандидатские диссертации Е.А. Момотков, О.П. Петров, Л.Г. Терентьев, А.Н. Подъемщиков.

Основная ответственность по становлению специальности 0510 

легла на кафедру ПТМиДМ (с  1972 г. кафедра ПТМиО), руководил которой с 1949 по 1974 годы А.Н. Тер-Мкртичьян, автор работ по теории и 
расчету тонкостенных стержней и конструкций. В 1965 году А.Н. ТерМкртичьян защитил докторскую диссертацию на тему "Устойчивость металлоконструкций подъемно-транспортных, строительных машин и сооружений".

Основное научное направление кафедры связано с вопросами проч
ности и устойчивости грузоподъемных кранов мостового и козлового типов. Под руководством А.Н. Тер-Мкртичьяна защитили кандидатские диссертации 
по 
вопросам 
расчета 
на 
прочность 
предварительно
напряженных крановых металлоконструкций А.Л. Клейнерман, В.А. Шестаков, Д.А. Юрченко, И.В. Лакуткин, расчету тонкостенных составных 
стержней переменного момента инерции сечения посвящена кандидатская 
диссертация В.И. Коноплева. 

За цикл работ, связанных с исследованием преднапряженных ме
таллических конструкций, коллективу авторов (А.Н. Тер-Мкртичьян,
А.Л. Клейнерман, В.А. Шестаков) была присуждена премия им. С.И. Мосина.

С 1974 по 1978 годы кафедрой руководил кандидат технических на
ук, доцент Александр Александрович Кисурин, с 1978 по 1988 годы – доктор технических наук, профессор Николай Иванович Харитонов. В 1981 
году кафедры ТСМиК и ПТМиО были объединены в единую кафедру 
"Подъемно-транспортные машины и оборудование". Под руководством 
Н.И. Харитонова было защищено 13 кандидатских диссертаций, в том числе 
преподавателями 
кафедры 
Г.Г. Дубенским, 
В.Г. Сальниковым, 

B.C. Дроновым, В.И. Ануфриевым, Н.И. Мишуниным, А.П. Барановым, 
В.В. Беляевым. Творческий коллектив, возглавляемый Н.И. Харитоновым, 
занимался решением проблемы создания методов расчета механизированных крепей очистных выработок шахт на прочность и устойчивость. В общей сложности по результатам работы научного коллектива в промышленности внедрено свыше десятка крупных разработок, а также ряд 
отраслевых стандартов по расчету на прочность и устойчивость механизированных крепей для угольных шахт. Серия работ коллектива по прочно

сти и устойчивости механизированных крепей была отмечена премией 
им. СИ. Мосина.

С 1989 по 1992 годы кафедру возглавлял кандидат технических на
ук, доцент Вячеслав Гаврилович Сальников. Под его руководством были 
продолжены работы по совершенствованию методов расчета конструкций 
стреловых самоходных кранов для Одесского завода тяжелого краностроения. Совместно с институтом ВНИИСТРОЙДОРМАШ   выполнены работы по исследованию прочности и надежности металлоконструкции силовых гидроцилиндров стреловых самоходных кранов. По результатам работ 
аспирантом Я.С. Ватулиным защищена кандидатская диссертация (рук. 
доцент В.Г. Сальников).

С 1993 по 1998 годы кафедрой заведовал доктор технических наук, 

профессор Владимир Семенович Кутепов. Научным коллективом под его руководством были созданы и внедрены в промышленное производство уникальные образцы приборов, такие, как датчики морских гравиметров, гироскопические устройства, низкочастотные динамические испытательные 
стенды для геодезических, метрологических и научно-исследовательских институтов морского навигационного оборудования. По результатам выполненных работ защищено 5 кандидатских диссертаций.

С 1998 по 2007 годы кафедрой заведовал доктор технических наук, 

профессор Павел Алексеевич Сорокин. Под его руководством кафедра определила основное научное направление на ближайшие годы – автоматизация испытаний и диагностирования грузоподъемных машин. П.А. Сорокин −
автор более 170 научных работ, в том числе
24 авторских 

свидетельств и патентов РФ, подготовил 6 кандидатов наук, дважды лауреат премии им. С.И. Мосина.

В этот период кафедра активно принимает участие в российских и 

международных выставках, научных конференциях, издании научных 
сборников Известий ТулГУ, монографий и учебных пособий. Сотрудники 
кафедры отмечены несколькими премиями им. С.И. Мосина, Беляев В.В. и 
Дубенский Г.Г. стали лауреатами премий Правительства РФ в области образования, науки и техники.

С 2007 по 2009 годы кафедрой руководил кандидат технических на
ук, доцент Беляев Владислав Владимирович, выпускник кафедры ПТМиО, 
лауреат премии С.И.Мосина и премии Правительства РФ в области образования. Автор более 60 научных работ, в том числе 5 учебных пособий, 4 
монографии.

С 2009 г. кафедрой заведует доктор технических наук, профессор 

Анцев Виталий Юрьевич, выпускник механико-технологического факультета, лауреат премий С.И. Мосина, Б.С. Стечкина и премии Правительства 
РФ в области науки и техники. Научное направление его деятельности –

внедрение информационных технологий проектирования, производства и 
управления качеством продукции. В.Ю. Анцев − автор более 170 научных 
и методических работ, в том числе монографий и учебных пособий, руководит аспирантурой, подготовил 6 кандидатов наук. Под его руководством
на кафедре начало формироваться новое научное направление – совершенствование процесса технической эксплуатации подъемно-транспортных 
машин на основе достижений современного менеджмента, в том числе
менеджмента качества, и стандартизации соответствующих видов деятельности.

Совершенствованию устройств грузоподъемных кранов и конвейе
ров посвятил свой труд первый выпускник кафедры ПТМиО, имеющий 
звание "Заслуженный изобретатель СССР", кандидат технических наук, 
доцент В.И. Коноплев. Им получено свыше 40 авторских свидетельств и 
патентов, из которых 34 выполнены в направлениях, связанных с совершенствованием транспортирующих устройств, предохранительных устройств и ограничителей грузоподъемности, специальных грузозахватных 
устройств

В развитие и становление специальности "Подъемно-транспортные 

машины и оборудование" существенный вклад внес профессор В.А. Голутвин. Начиная с 1963 года и по настоящее время вся учебная, научная и 
методическая работа В.А. Голутвина связана с этой специальностью. Им 
были поставлены и впервые прочитаны курсы "Машины непрерывного 
транспорта", "Комплексная механизация и автоматизация  ПРТС работ", 
"Генеральный план и транспорт промышленных предприятии", опубликовано 26 учебных пособий и 7 монографий.

За последние годы кафедрой выполнен большой объем прикладных 

работ для промышленных предприятий г. Тулы и Тульской области по 
оценке остаточного ресурса действующих мостовых, козловых кранов и
перегружателей. Для выполнения этих работ группа сотрудников кафедры 
провела цикл ресурсных испытаний элементов и узлов крановых металлоконструкций (руководитель − доцент B.C. Дронов).

Продолжались работы по совершенствованию механизированных 

крепей для угольных шахт. Созданные работниками кафедры образцы механизированных крепей демонстрировались на международных выставках 
в Лейпциге, Дели, Пекине. Выставочный экспонат награжден серебряной и 
бронзовой медалями ВДНХ СССР, сотрудники кафедры удостоены нескольких премий им. С.И. Мосина и трех премий Правительства РФ в области образования, науки и техники.

Кафедра постоянно уделяет внимание методическому обеспечению 

учебного процесса. Большую помощь оказали родственные кафедры вузов: 
МВТУ им Н.Э. Баумана (зав. кафедрой профессор М.П. Александров), 
Ленинградского политехнического института (зав. кафедрой профессор А.И. 

Дукельский), Уральского политехнического института (зав. кафедрой профессор П.З. Петухов). Профессор М.П. Александров в 1965-1966 годах прочитал в г. Туле цикл лекций для студентов и преподавателей.

Если в 1959 году (первый прием) на специальность 0510 было при
нято 50 человек (2 группы), то к 1972 году прием вырос до 150 человек 
(6 групп), а затем стал снижаться и в 1998 году составил 40 человек (2 
группы). В то же время в 1984 году на кафедре была открыта специальность "Автомобили и автомобильное хозяйство", а в 1987 году на факультете была организована соответствующая кафедра, куда перешла и часть 
преподавателей кафедры ПТМиО. В 1994 году кафедра ПТМиО приступила к подготовке специалистов по механизации переработки сельскохозяйственной продукции, в 1998 году эта специальность передана на вновь организованную кафедру пищевых производств.

Большой объем учебно-методической работы приходится на период 

90-х годов в связи с переходом на многоуровневую систему подготовки 
специалистов. В эти годы кафедрой разработан ряд вариантов учебных 
планов для подготовки бакалавров, инженеров и магистров (В.А. Голутвин, B.C. Дронов, В.Г. Сальников, В.А. Шестаков).

Основным положением методики обучения современных специали
стов была принята сквозная подготовка по соответствующим уровням и 
приоритетам. Такими приоритетами явились компьютерные технологии, 
прочность и надежность, комплексная механизация и гибкие автоматизированные производства.

Сотрудниками кафедры опубликовано свыше 50 учебных пособий и 

монографий, а также более 30 сборников научных трудов.

За время существования кафедрой подготовлено свыше 4 тысяч 

инженеров – специалистов в области подъемно-транспортного машиностроения, которые трудятся в разных регионах нашей страны. Среди выпускников кафедры руководители предприятий, квалифицированные конструкторы, производственники и ученые.

В настоящее время (2009 год) на кафедре работают 4 профессора (в 

их числе 2 доктора и 2 кандидата наук) и 11 доцентов (в их числе 1 доктор 
и 10 кандидатов наук). На кафедре обучаются 9 аспирантов и 17 магистрантов.

Кафедра поддерживает научные связи с ведущими вузами страны:

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Санкт-Петербургским политехническим и Уральским государственными техническими университетами Московским государственным университетом путей сообщений и рядом других.

В.А. Голутвин,
Г.Г. Дубенский.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ 
И ТРАНСПОРТНО-СКЛАДСКИХ СИСТЕМ

УДК 621.838 (03)
Л.Н. Бондаренко, канд. техн. наук, доц., (0562) 47-45-13, dnuzt@diit.еdu.ua
(Украина, Днепропетровск, ДНУЖТ им. ак. В. Лазаряна),
С.О. Яковлев, приват доц., начальник научно-исследовательского отдела 
кафедры военной подготовки Госспецтрансслужбы, 8-050-760-24-13, yakovlevsergey09@mail.ru
(Украина, Днепропетровск, ДНУЖТ им. ак. В. Лазаряна)

УТОЧНЕНИЯ К ОПРЕДЕЛЕНИЮ РЕАКЦИИ В ШАРНИРАХ
КОЛОДОЧНЫХ ТОРМОЗОВ

В статье предложена уточненная формула по определению тормозного момента, развиваемого колодочным тормозом, удерживающим угол обхвата колодкой 
тормозного шкива. Доказано, что наблюдаются незначительные отличия в величине 
нормального давления между колодкой и шкивом в зависимости от способа крепления
колодки к рычагу.
Ключевые слова: колодочный тормоз, реакции в шарнирах, тормозной момент.

Введение. Известно [1], что тормозной момент, создаваемый одноколодочным тормозом определяется как 

NfR
M 
,
(1)
где N - сила прижатия колодки к тормозному шкиву; R - радиус шкива; 
f - коэффициент трения.
Исходя из этого выражения определяется сила прижатия

fR
M
N 
.
(2)

Условие равновесия, например, при такой схеме торможения, как 
показано на рис. 1а, рассматривается во многих сборниках задач по теоретической механике.

Проектирование грузоподъемных и транспортно-складских систем

9

Рис. 1. Расчетная схема тормозного устройства (а) 
и условие равновесия рычага (б)

Исходя из формулы (2) и схемы тормоза (рис. 1а) можно найти силу прижатия колодки

fR
Qr
N 
,
(3)

при которой тормоз будет в равновесии, и найти реакции в шарнире С




sin
/
P
R
Qr
Xc
;



cos
)
/(
P
fR
Qr
Yc
;
(4)






cos
)
(
)
(
b
a
fR
fh
a
Qr
P
.
(5)

Основной материал исследований. Для уточнения реакций 
c
X
и c
Y
с учетом угла обхвата колодкой шкива доведем неточность формулы (2). 
Главная ее неточность состоит в том, что она получена в нарушение закона 
трения скольжения, который предполагает нормальное давление между
поверхностями трения. Здесь сила прижатия колодки N не равна сумме 
нормальных к шкиву сил и разница зависит от величины угла обхвата колодкой шкива.

Известия ТулГУ. Технические науки. 2009. Вып. 2.

10

Рис. 2. Схема сил, действующих на тормозной шкив
Из рис. 2 очевидно, что линейная нагрузка на хорду АВ центрального угла обхвата  составит

)
2
/
sin(
2
0


R
N
,
(6)

и элементарная сила, действующая на вертикальную составляющую элементарного сектора 





d
R
NR
dN
2
cos
)
2
/
sin(
2
,
(7)

а ее нормальная к шкиву величина





d
R
NR
dn
2
cos
)
2
/
sin(
2
.
(8)

Общая нормальная сила найдется как
















2
/

2
/

2
)
2
/
sin(
4
)
sin
(
cos
)
2
/
sin(
2
N
d
N
NH
.
(9)

Формула (2) справедлива только при малых углах  , т. е. когда 



sin
, а 
2
/
)
2
/
sin(



.
Таким образом, точным выражением формулы (1) будет

)
2
/
sin(
4
)
sin
(





 NfR
M
.
(10)

Условия равновесия стержня СД с учетом полученных формул.
Поскольку элементарная сила трения 
fdn
dF 
, то ее составляющая 
на ось X





d
Nf
dF
3
cos
)
2
/
sin(
2
,
(11)

а полная сила















2
/

2
/

2
3
)
2
sin
3
1
1(
cos
)
2
/
sin(
2
Nf
d
Nf
F
.
(12)

Из проекции сил:
на ось x

0


x
F
;





sin
)
2
sin
3
1
1(
2
P
Nf
Xc
;
(13)

на ось y


 0
y
F
;



cos
P
N
Yc
.
(14)