Прафесар БДУ Сяргей ШЧАРБАКОЎ: “У навуцы мне пашанцавала”

Для студэнтаў механіка-матэматычнага факультэта БДУ знаёмства з прафесарам кафедры тэарэтычнай і прыкладной механікі Сяргеем Сяргеевічам Шчарбаковым нярэдка абарочваецца кур’ёзам. Ідучы на сустрэчу з доктарам фізіка-матэматычных навук, аўтарам больш як 240 навуковых работ, у тым ліку шасці манаграфій, трох вучэбных дапаможнікаў, трох патэнтаў, чатырох зарэгістраваных камп’ютарных праграм і г.д., яны чакаюць убачыць строгага навукоўца шаноўнага ўзросту. І заўсёды прыемны шок: прафесар Шчарбакоў — малады, дзелавы, энергічны. Ён адкрывае для студэнтаў маладую, але надзвычай цікавую навуку — трыбафатыку. Многія запальваюцца яго навуковай страсцю, выбіраюць для сябе аналагічны навуковы шлях.

— Так склалася, што многія мае сваякі і знаёмыя працавалі ва ўніверсітэтах і на вытворчасці, былі для мяне прыкладам, на які хацелася арыентавацца, — тлумачыць Сяргей Сяргеевіч, чаму ён абраў справай свайго жыцця механіку. — Гэтыя людзі расказвалі шмат цікавага аб сваёй рабоце, што ў дзяцінстве аказвала на мяне вельмі яркае ўражанне. Калі прыйшоў час вызначыцца з будучай спецыяльнасцю, я нават не вагаўся, бо заўсёды хацеў паступіць менавіта на механіка-матэматычны факультэт БДУ і вывучаць механіку.

Яшчэ на 2 курсе Сяргей Шчарбакоў трапіў на кафедру тэарэтычнай і прыкладной механікі, якую ўзначальваў прафесар М.А.Жураўкоў. Пад яго кіраўніцтвам і напісаў першую курсавую работу. Забягаючы наперад, трэба сказаць, што Міхаіл Анатольевіч быў кіраўніком С.С.Шчарбакова пры напісанні дыпломнага праекта, кандыдацкай дысертацыі і кансультантам падчас напісання доктарскай. Пры гэтым кандыдацкую дысертацыю Сяргей Сяргеевіч абараніў датэрмінова, на трэцім годзе аспірантуры, а доктарам навук стаў летась, ва ўзросце 34 гадоў.

Паглыбіўшыся ў навуку літаральна са студэнцкай лаўкі, С.С.Шчарбакоў удзельнічаў у якасці кіраўніка і адказнага выканаўцы ў адзінаццаці заданнях дзяржаўных праграм навуковых даследаванняў, чатырох буйных гаспадарчых дагаворах (з Мінскім метрапалітэнам, РУП “Гомсельмаш”, ААТ “Гомельтранснафта Дружба”), чатырох грантах Беларускага рэспубліканскага фонду фундаментальных даследаванняў і Расійскага фонду фундаментальных даследаванняў.

— Напрыклад, адной з маіх першых задач быў разлік сістэмы “кола — рэйкі” для Мінскага метрапалітэна, якую мы выконвалі ў цесным супрацоўніцтве з навуковай групай з Беларускага дзяржаўнага ўніверсітэта транспарту пад кіраўніцтвам дацэнта В.І.Матвяцова, — расказвае Сяргей Сяргеевіч. — Гэта быў штуршок для таго, каб рашаць не проста нейкія студэнцкія задачы, а перайсці да рашэнняў прыкладнога характару, якія патрабуюць сур’ёзнага матэматычнага мадэлявання. Увогуле, трэба сказаць, што на чыгуначным транспарце вырашаецца шмат задач, у прыватнасці ёсць такая праблема, як пашкоджанне колаў і рэек. І калі з коламі крыху прасцей — у рэшце рэшт іх можна замяніць, то рэйкі вельмі дарагія. Нават такая не бедная арганізацыя, як Расійскія чыгункі (РЖД), у апошнія гады набывае толькі прыкладна палову рэек ад неабходнай колькасці. У выніку знос пуцей яшчэ больш павялічваецца, верагоднасць аварый павышаецца, але зрабіць нічога нельга па прычыне адсутнасці грошай. У Беларусі сітуацыя лепшая, бо ў нас не такія загружаныя дарогі, і тым больш яна лепшая ў метрапалітэне. Аднак перад намі стаяла задача ацаніць стан рэек пасля таго, як амартызацыйны тэрмін іх работы падыходзіў да завяршэння, і даць заключэнне, ці можна пакідаць іх для далейшай эксплуатацыі. Гэта адказная задача, якая ўключала ў сябе цэлы комплекс работ, і стала часткай майго даследавання, якое я рэалізоўваў на 4 курсе, што вылілася пазней у дыпломную работу.

У кандыдацкай дысертацыі Сяргей Сяргеевіч працягнуў рэйкавую тэматыку.

— Асноўныя работы праводзіліся ў рамках трыбафатыкі — гэта новы раздзел у механіцы, які зарадзіўся ўсяго каля трох дзесяцігоддзяў назад, — расказвае С.С.Шчарбакоў. — Заснавальнік гэтага раздзела — прафесар Беларускага дзяржаўнага ўніверсітэта транспарту Леанід Адамавіч Сасноўскі. Датычна чыгуначнага транспарту трыбафатыка вывучае ўзаемадзеянне з’яў механічнай стомленасці і трэння са зносам. У тэхніцы гэта вельмі распаўсюджаная з’ява: аўтамабіль з цягам часу выходзіць са строю, нягледзячы на тое, што і яго начынне, і нагрузкі не мяняюцца. Пашкоджанні назапашваюцца, бо людзі могуць адпачыць, а металы не могуць і разбураюцца. З другога боку, мае месца трэнне і знос. Узаемадзеянне гэтых з’яў якраз і даследуе трыбафатыка.

— У дачыненні да кола і рэйкі ёсць два моманты, — працягвае Сяргей Сяргеевіч. — Традыцыйна рэйку разглядаюць як доўгую бэльку на пругкай аснове і назіраюць, як яна выгінаецца пад уздзеяннем розных сіл (пры гэтым само кола пад увагу не бярэцца). Але гэта ўжо ХІХ стагоддзе. У ХХ стагоддзі ўспомнілі пра кола і вырашылі паглядзець, як яно ўзаемадзейнічае з рэйкай (аднак пра тое, што рэйка выгінаецца, чамусьці забылі). У сучаснай трыбафатыцы вывучаецца ўзаемадзеянне гэтых дзвюх з’яў: як разбурэнне рэек у выніку стомленасці можа інтэнсіфікавацца ці, наадварот, змяншацца ў выніку кантакту з колам. Аказваецца, што пашкоджанні маюць вельмі складаную структуру. Яны могуць значна пагаршаць працаздольнасць сістэмы, або, калі з’явы стомленасці, трэння і зносу ўзаемадзейнічаюць, даўгавечнасць сістэмы можа нават павышацца. Гэта нелінейны працэс складанага ўзаемадзеяння.

У доктарскай рабоце Сяргея Сяргеевіча была задача стварыць абагульненую мадэль згаданых сістэм, калі ў наяўнасці не два целы, як, напрыклад, “кола — рэйкі” (гэта ўсё ж такі спрашчэнне, бо ў цягніку шмат колаў, ёсць экіпаж з мноствам элементаў, якія ўзаемадзейнічаюць, і г.д.), а шматэлементныя сістэмы з кантактным узаемадзеяннем.

Усім гэтым С.С.Шчарбакоў разам з калегамі займаецца дагэтуль — і ў рамках дзяржаўнай праграмы навуковых даследаванняў, і ў рамках гаспадарчых дагавораў. Да гэтай работы, дарэчы, ахвотна далучаюцца студэнты, магістранты і аспіранты.

— Адзін з напрамкаў, які мы распрацоўвалі, звязаны з заменай стальной рэйкі на новы матэрыял пад назвай Моніка, — расказвае Сяргей Сяргеевіч. — Гэты матэрыял зроблены пад кіраўніцтвам прафесара Л.А.Сасноўскага на аснове высокатрывалага чыгуну з асобымі легіруючымі дабаўкамі (патэнт Рэспублікі Беларусь № 15617 “Чыгун з шарападобным графітам і высокім супраціўленнем стомленасці”, аўтары Л.А.Сасноўскі; В.А.Жмайлік; М.У.Псыркоў; У.А.Замятнін; В.У.Камісараў). Ён мае такія ж характарыстыкі трываласці, як сталь, але пры гэтым яго лёгка адліваць. Сталь, як вядома, не льецца, яе трэба пракатваць, што вельмі энергаёміста, акрамя таго, дастаўка 25-метровых стальных рэек у Беларусь каштуе вельмі дорага. Рэйкі з матэрыялу пад назвай Моніка атрымліваюцца прыкладна ўдвая таннейшымі за стальныя. Яны ўжо выраблены, эксперыментальна выпрабаваны, праведзены нават эксплуатацыйны эксперымент: такія рэйкі 1,5 года стаялі на чыгуначным шляху, па ім хадзілі гружаныя саставы вагой да 5 тысяч тон, яны вытрымлівалі розныя цеплавыя рэжымы (высокія тэмпературы ўлетку і нізкія — узімку), выпрабаванне вадой — і вельмі добра сябе зарэкамендавалі. Многія людзі напачатку скептычна ставіліся да прапанаванага віду чыгуну, але ў выніку пераканаліся, што, акрамя высокай трываласці, ён валодае высокай пластычнасцю. Гэта ўнікальная ўласцівасць матэрыялу, якую яшчэ трэба глыбока даследаваць.

— Варта сказаць, што ўсё пачыналася не з рэек, — удакладняе Сяргей Сяргеевіч. — На “Гомсельмашы” з Монікі ўжо выраблялі зубчатыя колы, потым — рэжучы інструмент. Нават вопытныя інжынеры выказвалі сумненні, але калі камбайны прыгналі з доследных палёў назад на завод, то аказалася, што стальныя колы зношаны, а колы з Монікі — як новыя. Вядома таксама, што ў дачыненні да тэхнікі ёсць нарматывы па шуме. Гэта вялікая праблема для нашых рэдуктараў: яны даволі надзейныя, але шумныя, таму ёсць цяжкасці для выхаду на еўрапейскі рынак. А вось рэдуктары, зробленыя з Монікі, не шумяць, а як бы спяваюць. Гэта звязана з тым, што матэрыял зроблены на аснове чыгуну, а згаданы метал адрозніваецца павышаным утрыманнем графіту (у сталі яго дзясятыя долі працэнта, а ў чыгуне — 4—5 працэнтаў). У высокатрывалых чыгунах графіт збіраецца ў глобулі (шарыкі), якія пры трэнні разбураюцца і выступаюць свайго роду змазкай. З-за гэтага паверхня менш зношваецца і чуецца прыгожы спеў металу.

Сяргей Сяргеевіч расказвае, што Моніка добра зарэкамендавала сябе і пры вырабе нажоў для камбайнаў. Імпартныя нажы дарагія — каля 18 еўра за штуку (а ў рэжучым барабане іх 40 штук і плюс 20 трэба ў запас).
— Галоўная праблема заключаецца ў тым, што вытворцы камбайнаў не надта хочуць прадаваць іх канкурэнтам. Нажы часта вырабляюць розныя дробныя фірмы, і яны вельмі сумніўнай якасці, — гаворыць Сяргей Шчарбакоў. — Нашы вытворцы спрабавалі самі рабіць стальныя нажы, але яны вельмі хутка зношваліся. Калі ж на барабан паставілі нажы з Монікі коштам усяго 9 еўра, то яны аказаліся не горшымі, чым лепшыя амерыканскія ўзоры. Эканамічны эфект ад укаранення навацыі толькі ў першы год склаў 740 тысяч еўра. Ёсць і яшчэ адзін момант: часам, калі ў барабан трапіць камень ці дубец, нажы ламаюцца. Вядома, там ёсць спецыяльныя сістэмы, магніты, каменеўлоўнікі, але, паколькі барабан круціцца з хуткасцю 1200 абаротаў у мінуту, гэта ўсё роўна можа быць небяспечна. Аскепкі нажоў ляцяць з велізарнай хуткасцю і могуць пашкодзіць не толькі барабан, але і яго ахову, нават кабіну. Стальныя нажы ламаюцца на вялікія кавалкі, больш небяспечныя, а чыгунныя — на больш дробныя, яны не такія небяспечныя. Мае месца элемент кантралюемага разбурэння: калі нож ламаецца, то гэта адбываецца па найбольш бяспечным сцэнарыі.

Такім чынам, пасля ўсіх гэтых работ спакваля вучоныя падышлі да вырабу рэек.

— Штогод наша краіна траціць на пакупку новых рэек каля 40 млн долараў, — гаворыць Сяргей Сяргеевіч. — Гэта сур’ёзныя грошы, хаця яны не ідуць у параўнанне з тым, колькі трацяць на замену рэек Расійскія чыгункі. Калі мы дакладвалі аб сваіх распрацоўках кіраўніцтву Расійскіх чыгунак, то там праявілі цікавасць і нават папрасілі даць ім нашы рэйкі на выпрабаванне. Аднак, вядома, напачатку іх трэба зрабіць. Мы мяркуем прапанаваць праект па вытворчасці ліцейнай устаноўкі і выпрабаванні чыгунных рэек сваім кітайскім калегам. Думаем, што яны зацікавяцца новым матэрыялам і перспектывамі, якія ён абяцае.

Акрамя мадэлявання і стварэння новых матэрыялаў, на механіка-матэматычным факультэце БДУ ёсць яшчэ вельмі цікавы пласт работ па стварэнні новага выпрабавальнага абсталявання.

— Справа ў тым, што ёсць выпрабавальныя машыны на трэнне і качэнне, ёсць — на трэнне і слізганне, ёсць — на механічную стомленасць, — тлумачыць Сяргей Сяргеевіч. — Гэта тры віды асобных машын, якія каштуюць даволі дорага, бо вырабляюцца пад канкрэтных заказчыкаў, гэта не серыйная вытворчасць. Праблема яшчэ і ў тым, што калі мы выпрабоўваем матэрыялы на згаданыя віды пашкоджанняў, то вельмі складана параўнаць вынікі, паколькі методыкі выпрабаванняў розныя і не звязаны паміж сабой. У рамках трыбафатыкі нам удалося стварыць абсталяванне, дзе на адзіным узоры можна правесці розныя віды выпрабаванняў. Яно больш таннае, чым калі б давялося набываць тры асобныя машыны, пры гэтым абсалютна камп’ютарызавана і зроблена на самым высокім узроўні.

Дарэчы, гэтыя машыны складаюць новы клас выпрабавальнага абсталявання (машыны серыі СІ). Яны распрацаваны на аснове 12 вынаходак пад кіраўніцтвам прафесара Л.А.Сасноўскага. Летась на базе гэтых машын пад кіраўніцтвам М.А.Жураўкова ў рамках Дзяржаўнай навукова-тэхнічнай праграмы “Эталоны і навуковыя прыборы” пачаўся праект па стварэнні персанальнага выпрабавальнага цэнтра для ўніверсітэтаў краіны. Ідэя ў тым, што гэта будзе малапамерны цэнтр настольнага выканання, прызначаны для камплектацыі вучэбных лабараторый па шэрагу дысцыплін механічнага цыкла (супраціўленне матэрыялаў, дэталі машын, праектаванне машын і г.д.). Гэта дазволіць рэзка падняць якасць падрыхтоўкі спецыялістаў па механіцы на базе сучаснага эксперыментальнага абсталявання.

Сёння С.С.Шчарбакоў, як і належыць прафесару, не толькі праводзіць навуковыя даследаванні, але і актыўна займаецца падрыхтоўкай кадраў. Ён распрацаваў і чытае студэнтам курсы “Механіка зносастомленаснага пашкоджання і разбурэння (трыбафатыка)” і “Фундаментальныя і прыкладныя асновы трыбафатыкі”. На гэты час Сяргей Сяргеевіч кіруе трыма аспірантамі і трыма магістрантамі. Адзін яго аспірант ужо фактычна выйшаў на абарону кандыдацкай дысертацыі, яшчэ два блізкія да завяршэння сваіх дысертацыйных даследаванняў.

— Міхаіл Анатольевіч Жураўкоў заўважыў мяне на 2 курсе, і я таксама стараюся прыглядацца да талковых студэнтаў, каб прыцягнуць іх у навуку, — гаворыць Сяргей Сяргеевіч. — Студэнтам трэба вельмі сур’ёзна ставіцца ды выбару тэм курсавых работ, якія ў ідэале павінны выліцца ў дыпломную, пазней — у магістарскую работу і нарэшце ў дысертацыю. Але нават калі ў працэсе тэмы даследаванняў давядзецца мяняць — гэта таксама нядрэнна, бо тады ў студэнта будзе добрае ўяўленне аб розных навуковых напрамках, якія развіваюцца на кафедрах. Мне ў навуцы пашанцавала, таму я раю студэнтам уважліва аналізаваць, што ім цікава. У рэшце рэшт можна пачытаць артыкулы выкладчыкаў кафедры — гэта адлюстраванне той дзейнасці, якой пры жаданні можна заняцца. Я заўсёды звяртаю ўвагу маладых людзей на тое, што вельмі складана напісаць дысертацыю за тры гады, калі не пачаць працу раней, яшчэ да аспірантуры. Я стаў працаваць на 4 курсе. Мая работа над дысертацыяй заняла больш як 4 гады. Адзінае, калі я пачынаў, у нас практычна не было работ па гаспадарчых дагаворах і дзяржпраграмах. Зараз такіх работ многа. Яны цікавыя, хлопцы захапляюцца, атрымліваюць вынікі… а дысертацыі не пішуцца. Зразумела, што ім хочацца крыху зарабіць, гэта нармальна, але хуткай работы не атрымліваецца. Хаця вынікі ёсць, і вельмі важна давесці іх да завяршэння дысертацыі і абароны.

Галіна СІДАРОВІЧ.
Фота Алега ІГНАТОВІЧА.