Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2019, № 5

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Тульский государственный университет» 
 

 
 
 
16+ 
ISSN 2071-6168 
 
 
 
 
 
 
 
ИЗВЕСТИЯ  
ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 
 
 
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 
 
 
Выпуск 5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Тула 
Издательство ТулГУ 
2019 

РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ:                                                                                                     ISSN 2071-6168 

Председатель  
Грязев М.В., д-р техн. наук, ректор Тульского государственного университета. 
Заместитель председателя  
Воротилин М.С., д-р техн. наук, проректор по научной работе. 
Ответственный секретарь  
Фомичева О.А., канд. техн. наук, начальник Управления научно-исследовательских работ. 
Главный редактор 
Прейс В.В., д-р техн. наук, заведующий кафедрой. 

Члены редакционного совета: 
Батанина И.А., д-р полит. наук –
отв. редактор серии «Гуманитарные науки»; 
Берестнев М.А., канд. юрид. наук –                                   
отв. редактор серии «Экономические и юридические 
науки». Часть 2. «Юридические науки»; 
Борискин О.И., д-р техн. наук –                                               
отв. редактор серии «Технические науки»; 
Егоров В.Н., канд. пед. наук –  
отв. редактор серии «Физическая культура. Спорт»;

Заславская О.В., д-р пед. наук –
отв. редактор серии «Педагогика»; 
Качурин Н.М., д-р техн. наук –                                             
отв. редактор серии «Науки о Земле»; 
Понаморева О.Н., д-р хим. наук –                                   
отв. редактор серии «Естественные науки»; 
Сабинина А.Л., д-р экон. наук –                                         
отв. редактор серии «Экономические и юридические 
науки». Часть 1. «Экономические науки». 

 
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ: 

Ответственный редактор 
Борискин О.И., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула). 
Заместитель ответственного редактора 
Ларин С.Н., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула). 
Ответственный секретарь 
Яковлев Б.С., канд. техн. наук (ТулГУ, г. Тула). 

Члены редакционной коллегии: 
Александров А.Ю., д-р техн. наук (Ковровская
государственная технологическая академия  
им. В.А. Дегтярева, г. Ковров); 
Баласанян Б.С., д-р техн. наук (Государственный 
инженерный университет Армении, г. Ереван,  
Армения); 
Васин С.А., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула); 
Дмитриев А.М., д-р техн. наук (Московский  
государственный технический университет  
«СТАНКИН», г. Москва); 
Запомель Я., д-р техн. наук (Технический  
университет Остравы, г. Острава, Чехия); 
Колтунович Т.Н., д-р техн. наук (Люблинский 
технологический университет, г. Люблин, Польша); 
Кристаль М.Г., д-р техн. наук (Волгоградский 
государственный технический университет,  
г. Волгоград); 
 

Ларкин Е.В., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула);
Мельников В.Е., д-р техн. наук (Национальный 
исследовательский университет «МАИ», г. Москва); 
Мещеряков В.Н., д-р техн. наук (Липецкий  
государственный технический университет,  
г. Липецк); 
Мозжечков В.А., д-р техн. наук  
(АО «Тулаэлектропривод», г. Тула); 
Распопов В.Я., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула); 
Савин Л.А., д-р техн. наук (Орловский государственный 
технический университет, г. Орел); 
Степанов В.М., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула); 
Сычугов А.А., канд. техн. наук (ТулГУ, г. Тула); 
Трегубов В.И., д-р техн. наук (АО «НПО «СПЛАВ»,  
г. Тула); 
Яцун С.Ф., д-р техн. наук (Юго-Западный  
государственный университет, г. Курск). 

 
Сборник зарегистрирован в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий  
и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). ПИ № ФС77-61104 от 19 марта 2015 г; 
Подписной индекс сборника 27851 по Объединённому каталогу «Пресса России»; 
Сборник включен в «Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы научные 
результаты диссертаций на соискание учёной степени кандидата наук, на соискание учёной степени доктора наук», 
утвержденный ВАК Минобрнауки РФ, по следующим научным специальностям: 

05.02.02 Машиноведение системы приводов и детали машин;
05.02.07 Технология и оборудование механической и физико-технической обработки;
05.02.08 Технология машиностроения;
05.02.09 Технологии и машины обработки давлением;
05.02.13 Машины, агрегаты и процессы (по отраслям);
05.02.23 Стандартизация и управление качеством продукции;
05.09.03 Электротехнические комплексы и системы;
05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям);
05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям);
05.13.11 Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей.

 
© Авторы научных статей, 2019 
© Издательство ТулГУ, 2019 

Технологии и оборудование обработки металлов давлением 
 

 
3

 
 
 
 
 
 
 
 
 
80 ЛЕТ КАФЕДРЕ  
«МЕХАНИКА ПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ» 
ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА 
 
Осенью 2019 г. исполняется 80 лет одной из старейших кафедр 
Тульского государственного университета – кафедре «Механика пластического формоизменения» (ранее кафедра «Технология штамповочного производства»). 
В 1939 г. в соответствии с требованиями промышленности в действующем тогда Тульском механическом институте (ТМИ) была организована подготовка специалистов по холодной и горячей обработке металлов 
давлением. 
В довоенное и военное время подготовка специалистов осуществлялась по ускоренным учебным программам. 
После окончания войны подготовка студентов стала проводиться по 
обычной учебной программе. На кафедру пришли молодые преподаватели 
К.В. Лебедев, В.В. Шевелев, И.П. Обозов, Б.И. Успенский и опытные производственники, пришедшие из промышленности: С.В. Аврутин, В.И. Давыдов, А.Н. Малов, а также И.П. Ренне – студент первого выпуска ТМИ по 
специальности «Горячая штамповка». 
С 1946 по 1954 гг. кафедрой «Технология штамповочного производства» руководил А.Н. Малов, а в период с 1954 по 1956 г. и с 1956 по 
1961 г. заведующими кафедрой были доцент И.П. Ренне и профессор  
Е.А. Попов.  
С приходом на кафедру молодых преподавателей значительно активизировалась научная деятельность. Основное научное направление кафедры было связано с исследованием процессов вытяжки с утонением 
стенки, обжима краевой части заготовки, гибки, отбортовки. Исследования 
по гибке листовых заготовок, выполненные И.П. Ренне, стали классическими и нашли отражение в учебниках, монографиях и справочниках по 
листовой штамповке. 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. Вып. 6 
 

 
4

В этот же период получили развитие идеи нового метода исследования деформированного состояния при сложном нагружении в процессах 
обработки металлов давлением с помощью координатной сетки, разработанные И.П. Ренне. Этот метод широко используется и ныне при анализе 
процессов штамповки. 
Результаты проведенных исследований стали основой для защиты 
кандидатских диссертаций. Так, в 1953 г. кандидатскую диссертацию защитил И.П. Ренне, в 1963 г. – И.П. Обозов, а в 1957 г. докторскую диссертацию защитил Е.А. Попов.  
С 1956 по 1962 гг. на кафедре основное внимание уделялось исследованию совмещенных процессов листовой штамповки с целью их интенсификации, разработке методики построения кривых истинных напряжений и исследованию на ее базе механических свойств некоторых листовых 
металлов. Это направление исследовательской работы в значительной степени обусловлено тенденцией расширения применения совмещенных процессов в современной технологии. 
Одновременно велись исследования по установлению влияния режимов термической обработки и эффективности действия смазки при горячей штамповке на стойкость и износ штампов. Изучено влияние легирующих элементов на свойства штамповых сталей и разработана методика 
определения износа штампов. 
В 1963 г. был организован Тульский политехнический институт 
(ТПИ), а механико-машиностроительный факультет переименован в механический. В его состав вошла кафедра «Технология штамповочного производства», которую возглавил И.П. Ренне (1963 – 1970 гг.). Ему принадлежит значительная роль в подготовке научных кадров на кафедре – свыше 
50 кандидатов и 3 доктора технических наук.  
В 
1964 
г. 
при 
кафедре 
организуется 
отраслевая 
научноисследовательская лаборатория № 5, открывается аспирантура. К этому 
времени кафедра пополнилась молодыми сотрудниками, защитившими 
кандидатские диссертации (С.А. Валиев, А.С. Базык, С.П. Яковлев), а также способными специалистами – выпускниками и производственниками 
(А.С. Маленичев, Н.В. Купор, А.К. Евдокимов и др.). 
Открытие ОНИЛ-5 и аспирантуры способствовало дальнейшему 
развитию научно-исследовательской работы, связей с производством и 
подготовки научных кадров. 
В 1971 г. докторскую диссертацию защитил И.П. Ренне, а в 1972 г. 
была защищена докторская диссертация С.П. Яковлевым, который в  
1970 г. был назначен заведующим кафедрой, и руководил ею свыше 30 лет. 
Основным направлением научной деятельности С.П. Яковлева являлась разработка методов анализа и расчетов статических и динамических 
процессов обработки металлов давлением на основе создания обобщенных 
математических моделей, в которых учитывались реальные свойства ани

Технологии и оборудование обработки металлов давлением 
 

 
5

зотропии и неоднородности механических свойств материала. Эти разработки и в настоящее время позволяют научно обосновать выбор рациональных технологических параметров процессов обработки металлов давлением, обеспечивающих интенсификацию процессов, экономию материалов и повышение качества получаемых изделий.  
Яковлев С.П. являлся руководителем научной школы «Теория и 
технология формоизменения изотропных и анизотропных упрочняющихся 
материалов при различных термомеханических режимах в процессах обработки давлением». По этому научному направлению с 1968 г. началась 
подготовка кадров высшей квалификации. Под научным руководством и 
при его консультации С.П. Яковлева выполнили и защитили кандидатские 
диссертации свыше 100 человек, была оказана помощь в работе при выполнении и подготовке к защите докторских диссертаций 35 соискателям.   
В 2004 г. заведующим кафедрой «Механика пластического формоизменения» был назначен профессор С.С. Яковлев.  
С 2016 г. заведующим кафедрой является д-р техн. наук  
С.Н. Ларин.  
На данный момент кафедра насчитывает 18 сотрудников, 6 из которых имеют ученые степени докторов наук, 8 – кандидатов наук. 
В настоящее время на кафедре ведется подготовка бакалавров, магистров по трем направлениям и аспирантов. Ежегодно кафедра МПФ выпускает около 20 бакалавров, 15 магистров. За все время на кафедре было 
подготовлено более 500 бакалавров, 200 магистров и 1500 специалистов. 
Основные научные результаты кафедры относятся к разработке 
теоретических методов определения деформаций при плоском стационарном и нестационарном пластическом течении, способов решения смешанной краевой задачи, экспериментального подхода к оценке деформаций 
при стационарном течении на базе теории пластического течения. 
На кафедре активно проводятся работы по развитию теории обработки металлов давлением анизотропных материалов при различных температурных условиях деформирования. 
Научные 
результаты, 
полученные 
в 
процессе 
научноисследовательской работы, способствовали развитию и совершенствованию методической работы и использовались при многоуровневой подготовке бакалавров, инженеров и магистров. 
Подготовка бакалавров ведется по направлению 15.03.01 «Машиностроение» с профилем «Машины и технологии обработки давлением». 
Подготовка магистров ведется по направлению 15.04.01 «Машиностроение» и 15.04.02 «Технологические машины и оборудование» по трем 
программам: «Теория и технология штамповки анизотропных заготовок», 
«Высокоскоростные 
методы 
обработки 
металлов 
давлением» 
и  
«Высокоэффективные технологические процессы листовой и объемной 
штамповки». 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. Вып. 6 
 

 
6

В 1996 г. состоялся первый выпуск бакалавров, а в 1998 г. – первый 
выпуск магистров, многие из которых поступили в аспирантуру.  
Последние годы характеризуют кафедру новым подъемом в области 
научно-исследовательской и учебной работы. Постоянная связь с крупнейшими ведущими промышленными центрами и исследовательскими институтами и рядом крупнейших вузов страны позволила кафедре определить фундаментальный характер работ, состоящий в создании основ ресурсосберегающих процессов деформирования при изготовлении изделий 
машиностроения с высокими техническими требованиями. 
В это время кафедра активно сотрудничает с целым рядом предприятий, таких, как АО «НПО «Сплав», АО «КБП», АО «ЦКБА», АО «Корпорация «Тактическое ракетное вооружение», РКК «Энергия» им. С.П. Королева», а также с вузами страны: ФГБОУ ВО «МГТУ им. Н.Э. Баумана», 
ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН», Уральским федеральным университетом, НИТУ «МИСИС», ФГБОУ ВО «ОГУ имени И.С. Тургенева», ФГБОУ 
ВО «ЛГТУ» и др. 
Научная и практическая ценность выполненных работ позволила 
значительно усовершенствовать учебный процесс и провести солидную 
подготовку научных кадров через аспирантуру и докторантуру, открытую 
на кафедре в 1995 г. 
На кафедре МПФ осуществляется подготовка кадров высшей квалификации. На протяжении многих лет сотрудники кафедры д-р техн. 
наук, проф. С.Н. Ларин, д-р техн. наук, проф. В.В. Черняев, д-р техн. наук, 
проф. Г.В. Панфилов, д-р техн. наук, проф. В.И. Трегубов, д-р техн. наук, 
проф. Н.М. Матченко и д-р техн. наук, проф. Н.А. Усенко принимают активное участие в работе специализированных ученых советов по присуждению степеней кандидата и доктора наук в Тульском госуниверситете. 
По результатам научно-исследовательской работы сотрудники кафедры неоднократно были удостоены звания лауреата премии имени  
С.И. Мосина (в 1976, 2002, 2006, 2008 гг.) в области разработок военной 
техники, технологии и оборудования, имеющих двойное применение. 
Интенсивная научно-исследовательская работа, проводимая на кафедре, явилась базой для привлечения к научной деятельности студентов, 
подготавливаемых кафедрой. 
Научно-исследовательская работа студентов на кафедре МПФ является практической составляющей учебного процесса, способствующей 
углубленному пониманию роли обработки металлов давлением в развитии 
машиностроения и перспектив совершенствования технологий. Благодаря 
проводимым исследованиям студент приобретает уверенность в надежности получаемых знаний, начинают формироваться его компетентность и 
опыт, без которых специалист может и не состояться. 
За значительный вклад в теорию и технологию обработки металлов 
давлением в 1997 г. кафедре было присвоено имя Н. Демидова. 

Технологии и оборудование обработки металлов давлением 
 

 
7

 
Свое 80-летие кафедра «Механика пластического формоизменения» 
встречает значительными достижениями во всех областях деятельности, и, 
несмотря на известные трудности в сфере высшего образования, кафедра 
сохранила свой научный потенциал.  
 
 
 
Ректор ТулГУ М.В. Грязев, 
директор Политехнического института ТулГУ О.И. Борискин, 
зав. каф. «Механика пластического формоизменения» С.Н. Ларин 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. Вып. 5 
 

 
8

 
 
 
 
 
 
МАШИНЫ, АГРЕГАТЫ И ПРОЦЕССЫ 
 
 
 
УДК 664.1 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТИ УДЕЛЬНОЙ 

МОЩНОСТИ, ЗАТРАЧИВАЕМОЙ НА ФИЛЬТРАЦИЮ,  

ОТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ  

ФИЛЬТР-ПРЕССА 

Б.А. Врабий, В.В. Прейс 

 
Найдены уравнения, позволившие теоретически описать зависимость мощности, затрачиваемой на фильтрацию, от производительности фильтр-пресса. На основе найденных уравнений проведен анализ зависимости удельной мощности, затрачиваемой на фильтрацию, от производительности фильтр-пресса, что позволило определить рациональные значения его производительности.  
Ключевые слова: фильтр-пресс, мощность, удельные затраты мощности, 
производительность. 
 
В работах [1, 2] показано, что наиболее распространённой конструкцией фильтр-прессов, применяемых для грубой и тонкой фильтрации 
пива, являются пластинчатые намывные фильтр-прессы.  
В работе [3] для обоснования выбора рациональных технических 
характеристик пластинчатых фильтр-прессов предложено использовать 
три удельных показателя: N/Q – затраты мощности N на единицу производительности Q фильтр-пресса (удельную мощность, затрачиваемую на 
фильтрацию); S/Q – удельную площадь S, занимаемую фильтр-прессом; 
M/Q – удельную массу M фильтр-пресса. 
В настоящей статье представлены результаты поиска уравнений,  
теоретически описывающих зависимости мощности N, затрачиваемой на 
фильтрацию, и удельной мощности N/Q от производительности фильтрпресса, которые позволили бы обосновать рациональные значения производительности фильтр-пресса. 
Мощность, 
затрачиваемую 
на 
фильтрацию, 
определим 
по  
формуле 
,
N
N
N


+
=
н
м
                                              (1) 

Машины, агрегаты и процессы 
 

 
9

где 
м
 N
 – суммарная мощность мешалки кизельгуровой станции, гидропривода, привода шнека отводящего кизельгур, кВт; ΣNн = N1 +N2 – суммарная мощность насосов: подающего пиво N1 и отводящего отфильтрованное пиво N2, кВт. 
Мощность подающего и отводящего насосов  

н

1,2
ρ
η
= gQH
N
,                                                (2) 

где ρ – плотность пива, кг/м³; g – ускорение свободного падения, м/с2; H – 
напор насоса, м. вод. ст.; 
н
η  – КПД насоса.  
Напор определим по формуле 

g
p
H
ρ
=
н
Δ
,                                                   (3) 

где Δрн – развиваемое насосом давление, Па. 
Подставляя выражение (3) в формулу (2), получим выражение для 
определения мощности насосов в виде  

н

н
1,2
Δ
η
=
p
Q
N
.                                               (4) 

Производительность насоса, подающего пиво, должна соответствовать производительности фильтр-пресса, а отводящий насос должен иметь 
производительность равную половине производительности подающего 
насоса. Расчетным путем для рассматриваемого класса фильтр-прессов 
моделей Ш4-ВФС было получено значение 
МПа
98
0
Δ н
,
p
=
. Учитывая погрешности расчетных методик и в соответствии с рекомендациями, изложенными в работе [4], в качестве расчетного значения Δрн следует принять 
величину на 10…15 % больше полученной. Примем 
МПа
1
1
Δ н
,
p =
. Тогда 
в соответствии с формулой (4) суммарная мощность двух насосов при одинаковом КПД 
6
0
н
,
=
η
 будет  

Q
,
N
3

н
10
75
2
×
=

.                                            (5) 
Если в формуле (5) перевести размерность производительности 
фильтр-пресса Q в (дал/ч), то получим формулу 

Q
,
N
00764
0
н =

.                                              (6) 

Суммарная мощность мешалки кизельгуровой станции, гидропривода, привода шнека, отводящего кизельгур, может быть принята постоянной величиной. Расчетным путем для рассматриваемого класса фильтрпрессов моделей Ш4-ВФС было получено значение 
м
 N
 = 9,21 кВт.  
Тогда после подстановки полученного значения 
м
 N
 и выражения 
(6) в формулу (1) получим линейное уравнение, описывающее зависимость 
теоретической мощности, затрачиваемой на фильтрацию, от производительности фильтр-пресса модели Ш4-ВФС в виде 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. Вып. 5 
 

 
10

,
Q
,
,
N
00764
0
21
9
+
=
                                          (7) 
где производительность фильтр-пресса Q имеет размерность дал/ч. 
В этом случае зависимость удельной мощности, затрачиваемой на 
фильтрацию, от производительности фильтр-пресса будет описываться 
уравнением гиперболы вида 

00764
0
21
9
,
Q
,
Q
N
+
=
.                                          (8) 

Результаты теоретических расчетов мощности (7) и удельной мощности (8), затрачиваемой на фильтрацию, в зависимости от производительности фильтр-прессов моделей Ш4-ВФС в сравнении с их паспортными 
значениями приведены в таблице. 
 
Сравнение теоретических (расчетных) и паспортных значений  
мощности и удельной мощности, затрачиваемой на фильтрацию,  
в зависимости от производительности фильтр-прессов  
 

Характеристики\ модель пресса 
Ш4-ВФС 
-25 
Ш4ВФС -50

Ш4ВФС 100 

Ш4ВФС 150 

Паспортные данные 

Производительность Q, дал/ч 
300 
600 
1200 
1800 

Установленная мощность N, кВт 
12,05 
16,05 
23,05 
38,05 

Удельная мощность N/Q 
0,0402 
0,0260 
0,0192 
0,0211 

Расчетные показатели 
N, кВт 
11,502 
13,794 
18,378 
22,962 

N/Q 
0,0383 
0,2300 
0,0153 
0,0128 

 
На рисунке в виде графиков представлены зависимости удельной 
мощности, затрачиваемой на фильтрацию, от производительности фильтрпрессов моделей Ш4-ВФС, полученные расчетным путем (кривая N1/Q) и 
в результате аппроксимации паспортных значений (кривая N2/Q) функцией, аналогичной расчетному уравнению (8).  
Уравнение аппроксимации было получено в программной среде 
CurveExpert, а построение графиков было проведено в программной среде 
MathCad. 
Как видно из графиков и числовых значений, приведенных в таблице, с увеличением производительности фильтр-пресса расхождение между 
теоретическими (расчетными) и паспортными значениями удельной мощности, затрачиваемой на фильтрацию, увеличивается с 4 % (для Q = 300 
дал/ч) до 60 % (для Q = 1800 дал/ч). Это говорит о существенных недостатках известных расчетных методик, не учитывающих ряд производственных факторов, например, что при подготовке фильтр-пресса к очередному циклу фильтрации намывки проводят с потоком в два раза большим, чем требуется в соответствии с паспортной производительностью [4].