Анализ большого объёма информации свидетельствует об интенсивном развитии гидроприводов, главным образом «интеллектуальных», и расширении сферы их использования.
Наряду с автоматизацией
производства и применением в мобильной технике ещё одним важным
сегментом рынка гидравлики является уникальные проекты.
1. Насосы
По данным фирмы Bosch Rexroth современное кузнечно-прессовое оборудование в результате многолетнего развития практически полностью стало гидроприводным, причём даже в машинах с механическим приводом (например, эксцентриковых) гидроприводы широко применяются для вспомогательных функций.
Рис. 1. Насос с пропорциональным электроуправлением фирмы Atos
В условиях значительных усилий и скоростей, требований высокой точности и хорошей динамики, наличия больших пиковых нагрузок и температур наибольшее применение находят регулируемые аксиально-поршневые насосы с наклонным диском мод. A10VSO (номинальное давление рном = 28 МПа, пиковое рпик = 35 МПа, рабочий объём Vо = 10...140 см3).
Рис. 2. Пневмоприводной насос типа LP фирмы Hawe
Эти гидромашины отличаются использованием гидростатической разгрузки основных трущихся пар, низким уровнем шума, высоким КПД, наличием сквозного вала и различных исполнений по управлению.
Применение насосов с пропорциональным электроуправлением (рис. 1) в мобильных машинах обеспечивает энергосбережение и защиту двигателя от перегрузки.
При остановке технологической операции (бурение, копание и т.п.) центральный контроллер выдаёт команду на снижение частоты вращения коленвала nк до частоты холостого хода и одновременно установку нулевой подачи насоса; возможно также автоматическое изменение nк в соответствии с требуемой подачей насоса для выполнения того или иного технологического цикла.
По известным значениям частоты вращения, давления и положения качающих узлов насосов контроллер может рассчитывать потребляемую мощность и в случае перегрузки автоматически снижать Vо.
На Ганноверской выставке «MDA 2011» отмечалась тенденция к миниатюризации гидромашин.
Демонстрировались аксиально-поршневые мини-насосы и моторы с Vо = 0,4...6,3 см3, рном = 25 МПа, а также сменные рабочие комплекты и детали.
Сообщается, что компания Messer-bugatti разработала поршневой мини-насос объёмом не более 0,5 дм3 для авиации.
Насос имеет КПД 0,85 и приводится напрямую от электродвигателя с частотой вращения n = 20 тыс. мин-1, причём одновременный контроль подачи и давления позволяет отказаться от использования сервоклапанов в исполнительных механизмах, а установка насоса рядом с этими механизмами - исключить централизованную гидросистему и резко сократить трассировку гидролиний.
Опережающее развитие получают малошумные шестерённые насосы внутреннего зацепления, насосы наружного косозубого зацепления, радиально-поршневые насосы, в том числе регулируемые.1
Снижение шума в аксиально-поршневых машинах обеспечивается за счёт совершенствования процессов распределения (например, введения компенсационной камеры в насосах PV фирмы Parker), изменения геометрии корпуса, широкого использования гидростатической разгрузки, виброизоляции насосного агрегата.
Для взрывоопасных производств, лабораторных прессов, зажимных и смазочных устройств фирмой Hawe разработана гамма пневмоприводных насосов типа LP (рис. 2) с выходным давлением 16...150 МПа и подачей 0,9...12 л/мин; они могут поставляться в комплекте с баками и распределителями.
Новые мультипликаторы miniBOOSTER позволяют многократно увеличивать давление в гидросистеме (до 200...500 МПа) и создавать исключительно компактные зажимные механизмы без применения сравнительно малонадёжных и дорогих насосов высокого давления.
Рис. 3. Цилиндр, укомплектованный малогабаритной гидростанцией
2. Гидродвигатели
Развитие гидроцилиндров идёт в направлении их доукомплектования различными компонентами, совершенствования технологии изготовления, поставки окончательно обработанных узлов и деталей.
На выставке «MDA 2011» в Ганновере были представлены цилиндры с гидрогазовыми аккумуляторами, встроенными в шток, а также датчиками положения поршня, регуляторами расхода, электроуправляемыми распределителями и даже малогабаритными гидростанциями (рис. 3).
Развитая гамма гидроцилиндров фирмы Hänchen имеет исполнения с гидростатическими опорами штока, контролем хода с помощью встроенных позиционных датчиков или бесконтактных выключателей, гидромеханическими тормозами; поставляются также усилители давления (до 400 МПа), гасители ударов и полностью комплектные гидравлические оси с сервоцилиндрами.
Фирма Bosch Rexroth наряду с ранее выпускавшейся встроенной системой CIMS измерения хода освоила новую версию - CIAMS с абсолютным позиционным датчиком (сотые доли мм).
Рис. 4. Позиционный датчик CIAMS фирмы Bosch Rexroth
При работе системы (рис. 4) специальный поверхностный сканер с сенсорами и магнитом взаимодействует с рисками, нанесёнными на штоке под слоем керамического покрытия, микропроцессорный модуль обрабатывает информацию и передаёт её по шине CАNopen.
Фирма Hunger Hydraulik является одним из лидеров мирового производства гидроцилиндров.
При их изготовлении наряду с твёрдым хромированием, никелированием или полимерным покрытием штоков применяется система термического распыления Ceraplate, позволяющая контролировать ход на базе датчика, работающего по принципу эффекта Холла (разрешение 1 мм); покрытие Ultraplate, основанное на методе сварки дуговой плазмой, обеспечивает возможность работы в среде солёной морской воды.
Продолжает развиваться технология изготовления гидроцилиндров с использованием гильз и штоков с окончательно обработанными рабочими поверхностями, а также централизованно поставляемых комплектующих элементов (поршней, букс, проушин, опорно-уплотнительных колец и др.).
Имеются сообщения о создании принципиально новых тянущих приводных элементов - механических мышц, представляющих собой по-существу отрезок рукава высокого давления с заделками.
При подаче давления происходит увеличение поперечного сечения мускула и соответственно уменьшение его длины, т.е. создаётся тяговое усилие в осевом направлении.
Подобные устройства применяются, например, в запорно-регулирующей гидравлической или газовой арматуре.
Один из мировых лидеров производства радиально-поршневых гидромоторов - фирма SAI - сообщает о создании регулируемых гидромашин нового поколения TV, BVFK4 и TS8, в том числе со встроенными редукторами, тормозами и датчиками угла поворота.
По мнению фирмы радиально-поршневые гидромоторы становятся всё более серьёзной альтернативой героторным.
Гидромотор M5A фирмы Parker с пропорциональным управлением (мощность 20 кВт, рmax = 30 МПа, nmax = 4000 мин-1) предназначен для привода вентиляторов системы охлаждения. Он позволяет адаптировать мощность к реальным потребностям системы охлаждения, уменьшить расход топлива, снизить вредные выбросы и износ движущихся частей.
Возможен реверсивный режим для очистки радиаторов.
Рис. 5. Гидроаппараты ввертного монтажа
3. Гидроаппаратура
Большинство ведущих инофирм предлагает широкий выбор гидроаппаратов ввертного монтажа (рис. 5).
Несмотря на существующие стандартные размеры посадочных гнёзд, некоторые изготовители предлагают оригинальные решения.
Так в аппаратах фирмы SUN с числом линий более двух крепёжная резьба расположена в средней части корпуса, что позволяет минимизировать деформации, возникающие при затяжке, и увеличить число гидролиний до 6-ти (например, в распределителях с гидроуправлением).
Рис. 6. Трёхмерное проектирование гидроблоков (а) и пример гидроблока пресса (б)
Ввертное исполнение предохранительного клапана имеет сверху гнездо для подключения пилота с электрическим, пропорциональным или гидравлическим управлением.
При использовании аппаратов ввертного монтажа особое значение приобретает проблема оптимального трёхмерного проектирования гидроблоков (рис. 6).
Для её решения ООО «Адамко Контролс» использует специальный программный пакет, позволяющий предельно сократить сроки проектирования и повысить его качество .
Система картриджных клапанов CVS фирмы Parker, в том числе объединённых в интегральные блоки, обеспечивает минимизацию гидролиний, повышение герметичности, компактность конструкции, упрощение сборки и обслуживания, а также оптимизацию схемных решений.
Предлагаются услуги по проектированию с помощью компьютерных систем трёхмерного программирования, сборке и испытанию гидроблоков, консультации по их применению.
Рис. 7. Модульный двухлинейный регулятор расхода и давления ЭНИМС
Специальные блоки могут устанавливаться непосредственно на выходные линии насосов и содержать обратные и предохранительные клапаны, в том числе с возможностью электроразгрузки.
В ЭНИМСе разработаны новые модульные аппараты с условным проходом 6 мм, в том числе отсутствующие в номенклатуре ведущих мировых производителей.
Двухлинейный регулятор расхода и давления (рис. 7) позволяет одновременно редуцировать давление и ограничивать расход рабочей жидкости (РЖ), поступающей в отдельные участки гидросистемы (линии управления, цилиндры зажима, смазочные системы и др.), что в ряде случаев исключает необходимость установки дополнительного насоса.
Аппарат состоит из:
- корпуса - 3
- гильзы - 6
- золотника - 7
- пружины - 9
- сервоклапана - 10
- втулки-дросселя - 4
- винта - 2 регулирования расхода
- втулки - 1
При работе РЖ из линии Р1 проходит через отверстия 14, частично перекрытые рабочей кромкой золотника 7, и осевые отверстия в золотнике в полость 15, откуда через дросселирующую щель 5 попадает в отверстие Р.
Полость 15 входа в дросселирующую щель отверстием в золотнике связана с полостью 13, а полость 12 через демпфер 8 - с линией Р.
РЖ в небольшом количестве постоянно проходит через демпфер 8, полость 12 и сервоклапан 10 в линию 11, соединенную со сливной линией Т, поэтому в полости 12 поддерживается постоянное давление, определяемое настройкой пружины сервоклапана.
Золотник 7 находится в равновесии, если давление в его торцовых полостях 13 и 15 создает усилие, равное усилию пружины 9 и силе от давления РЖ в полости 12.
При нарушении этого условия золотник перемещается в направлении уменьшения ошибки и своей рабочей кромкой изменяет гидравлическое сопротивление отверстий 14.
Таким образом, во всем диапазоне рабочих режимов давление в отверстии Р ограничивается значением, определяемым настройкой сервоклапана, а расход отводимого потока РЖ зависит от настройки дросселя.
Разработаны также гидроклапан отсечки2, двух- и трёхлинейные регуляторы расхода и клапаны компенсации.
Рис. 8. Гидрозамок с интегрированными предохранительными клапанами ООО «Гидронт»
Гидрозамок с интегрированными предохранительными клапанами ООО «Гидронт» (рис. 8) позволяет исключить опасность разрушения гидроцилиндров и трубопроводов при расширении запертого объёма РЖ после завершения эксплуатации мобильных машин при низких температурах и установки их в тёплый бокс.
4. Электрогидравлика
Известные преимущества электрической и гидравлической технологий наиболее ярко реализуются при их взаимодействии, поэтому электрогидравлическая автоматика имеет впечатляющие перспективы развития.
Современные электрогидравлические приводы обеспечивают ускорения до 80g, скорости до 10 м/с и частоту двойных ходов до 3500 в минуту для силовых вибрационных механизмов.
Один из мировых лидеров электрогидравлики - фирма Atos - ориентируется на цифровую технологию, которая по сравнению с аналоговой позволяет улучшить свойства компонентов (гистерезис, быстродействие, линейность), обеспечить отличную повторяемость, надёжное хранение данных, диагностирование неисправностей, упрощение программирования и прямую связь с промышленным компьютером (ПК).
Рис. 9. Сервоцилиндр AZP фирмы Atos:
- 1 - цилиндр
- 2 - пропорциональный гидрораспределитель
- 3 - драйвер
- 4 - кабель позиционного датчика обратной связи
- 5 - кабели питания и соединения с шиной
Линейка цифровой электрогидравлики содержит пропорциональные гидрораспределители, предохранительные и редукционные клапаны, регуляторы расхода, насосы (в том числе с p/Q-регулированием - одновременным управлением давлением и подачей) и сервоцилиндры (рис. 9), а также полный комплект датчиков и электронных устройств управления.
Рис. 10. Сетевая шина Fieldbus
Для связи ПК с различными компонентами электрогидравлики той или иной конкретной машины в единый функциональный комплекс используются сетевые шины Fieldbus и др. (рис. 10), обеспечивающие защиту от электромагнитных помех, стандартизацию протокола, снижение стоимости кабелей, расширение возможностей диагностики и дистанционного обслуживания.
Фирма успешно работает также над созданием электрогидравлики коррозионно-стойкого и взрывобезопасного исполнений для нефтегазовой, трубопроводной, горной и др. отраслей; все изделия сертифицированы в соответствии с международными и национальными стандартами.
Высочайшие характеристики регулирования достигаются при применении дросселирующих гидрораспределителей.
Рис. 11. Однокаскадный дросселирующий гидрораспределитель LSVG-03 фирмы Yuken
Однокаскадные аппараты LSVG-03 фирмы Yuken (рис. 11) с электродинамическим преобразователем «подвижная катушка» имеют р = 35 МПа, Q = 4...40 л/мин, гистерезис ≤ 0,1% и частоту f = 450 Гц при сдвиге по фазе 90о (± 25% амплитуды); они существенно менее чувствительны к засорению по сравнению с большинством известных аналогов.
Двухкаскадные модели (в том числе со встроенной электроникой) пропускают расходы Q = 750; 900; 1300 или 3800 л/мин (Δр = 7 МПа), f = 110...85 Гц.
Фирма Moog, имеющая 18-летний опыт поставки гибридных энергосберегающих электро-гидростатических приводов (ЕНА) для авиации, работает над расширением сферы их использования, например, в машиностроительной, энергетической и нефтегазовой отраслях.
Рис. 12. Привод ЕНА фирмы Moog
На выставке в Нюрнберге (ноябрь 2011 г.) демонстрировался прототип привода (рис. 12), содержащий объединённые в едином блоке сервоцилиндр, насос, гидроблок с аппаратурой, аккумулятор, контроллер и программное обеспечение.
ЕНА получает электроэнергию по проводам и преобразует входной сигнал в движение, причём приводной электродвигатель вращается только в процессе выполнения заданной команды и через гидравлическую трансмиссию перемещает шток цилиндра в требуемом направлении.
Отсутствие шариковинтовых передач, редукторов и соединительных трубопроводов позволяет снизить на 40% вес, уменьшить стоимость и износ, повысить надёжность, обеспечить комплектную поставку и полностью исключить загрязнение окружающей среды.
Продолжают совершенствоваться системы управления.
Интерфейс SERCOS фирмы Bosch Rexroth позволяет одновременно управлять электрическими и гидравлическими осями, причём программа управления может контролироваться и изменяться, в том числе по телефону или через Интернет.
Система МАС-8 той же фирмы хорошо адаптирована для управления 32-мя гидравлическими и электрическими осями в режиме online с учётом специфики гидроприводов.
5. Энергосбережение
Растущие мировые цены на энергоносители делают всё более актуальной проблему энергосбережения.
Наряду с ранее применявшимися мерами (установка аккумуляторов, замена дроссельного регулирования объёмным, использование аппаратных методов разгрузки, многопоточных насосов с разгрузкой отдельных секций, пропорционального управления, энергосберегающих механизмов регулирования насосов и др.) расширяется внедрение частотно-регулируемых гидроприводов и различных способов рекуперации энергии при подъёме/опускании грузов и торможении движущихся масс.
Рис. 13. Энергосберегающая система фирмы Parker Hannifin
Электрогидравлический симбиоз на базе новейшей комплектации, например, фирмы Parker Hannifin, позволяет повысить энергоэффективность за счёт действия силы гравитации. Основой системы (рис. 13) является обратимый двигатель переменного тока с компьютерным управлением и постоянными магнитами, связанный муфтами с дизелем и шестерённым насосом гидропривода вертикального перемещения, причём через специальный преобразователь двигатель соединён с аккумулятором.
Таким образом, при подъёме нагрузки двигатель работает в моторном режиме, а при опускании - в генераторном, обеспечивая рекуперацию энергии, а дизель, работающий в режиме максимального КПД, включается лишь при первоначальном запуске и периодической подзарядке аккумулятора.
Сообщается, что новая система проходит испытания на мобильных машинах, обеспечивая энергосбережение в диапазоне 5...40% (в зависимости от конкретного применения).
6. Мобильная гидравлика
По данным специалистов ГидраПак зарубежные мобильные машины и оборудование без гидропривода не изготовляют, причём основными направлениями развития являются: расширяющееся применение объёмного гидропривода; интегрирование электрогидравлических устройств управления в гидроаппараты; расширение ассортимента предохранительных и тормозных клапанов, присоединяемых к гидродвигателям; применение электронных систем пропорционального управления.
В последнем случае повышается безопасность персонала, улучшается динамика машины, значительно сокращается длина соединительных трубопроводов, обеспечиваются плавное изменение скорости, отсутствие гидроударов, высокая точность позиционирования и удобство управления из безопасной зоны. В гидроприводах мобильных машин применяются, в основном, аксиально-поршневые насосы (р = 25...38 МПа), для вспомогательных движений - шестерённые.
Предпочтение в последние годы отдаётся насосам с наклонным диском, позволяющим расширить номенклатуру устройств управления, повысить компактность, увеличить давление, ресурс и быстродействие, а также использовать компоновки со сквозным валом.
Расширяется использование замкнутых контуров циркуляции на базе регулируемых гидромашин.
Это позволяет снизить энергетические потери, улучшить условия «холодного запуска», а также почти вдвое повысить допускаемую частоту вращения и, соответственно, - подачу.
Новейшая система пропорционального управления IQAN фирмы Parker, содержащая системный блок, отдельные модули управления, джойстики, педали, датчики и развитое программное обеспечение, позволяет существенно расширить возможности управления машиной, как на стадии её проектирования, так и в процессе эксплуатации (возможно также при модернизации существующего парка).
Дополнительные функции могут быть легко внесены в модули управления при помощи портативного или карманного компьютера, причём для этого не нужно быть программистом.
Рис. 14. Система пропорционального управления IQAN фирмы Parker
Идею нововведения хорошо передаёт реклама (рис. 14), показывающая, что управление сложнейшим экскаватором возможно с помощью «волшебной палочки».
Гидроприводы пневмоколёсных машин оснащаются электронной системой синхронизации, обеспечивающей исключение пробуксовки колёс, приводимых от гидромоторов, в условиях бездорожья.
Основными компонентами системы являются бортовой ПК, сдвоенные регулирующие клапаны, датчик поворота руля и датчики частоты вращения колёс.
Рис. 15. Джойстик с возможностью подачи 11-ти команд
При возникновении пробуксовки клапан ограничивает подачу РЖ в гидромотор соответствующего колеса.
Эргономика управляющих джойстиков достигла большого совершенства. Манипулируя встроенным в консоль сиденья джойстиком вилочного погрузчика (рис. 15), оператор не поднимая руки способен подавать до 11 различных команд, в том числе некоторые из них одновременно.
Широкое внедрение гибридного автотранспорта ограничивается рядом известных недостатков электропривода: высокой стоимостью силовой электроники, электрических машин и суперконденсаторов, а также ограниченным временем их зарядки.
В этой связи гидравлическая альтернатива является весьма привлекательной.
Здесь для привода колёс используется насос-мотор, а для рекуперации энергии торможения - пневмогидроаккумулятор.
В рекуперативной системе HLA фирмы Eaton до 70% кинетической энергии торможения сохраняется в аккумуляторе и может использоваться при разгоне.
Этот вариант был реализован в серийных грузовиках-мусоровозах Peterbilt 320.
В версии UPS для автомобилей почтовой службы гидросистема полностью заменяет механическую трансмиссию.
Дизель, связанный с насосом, заряжает аккумулятор, а затем отключается.
Дополнительная подзарядка аккумулятора осуществляется за счёт рекуперативного торможения или при необходимости - от дизеля, работающего в оптимальном режиме с минимальным выбросом отработанных газов.
В системе HRB фирмы Bosch Rexroth насос-мотор постоянно подключён к главному валу трансмиссии и также рекуперирует энергию торможения, обеспечивая экономию до 25% топлива.
Система может быть интегрирована в трансмиссию любого из широко распространённых шасси тяжёлых грузовиков, а также городских, пригородных и школьных автобусов Mercedes-Benz и Thomas Built.
Фирма Parker сообщает о разработке нового автоматического гидропривода подъёма неиспользуемых осей для 44-тонных 6-осевых грузовиков.
Система не реагирует на ударные нагрузки, ложные сигналы от датчиков при резком торможении и позволяет исключить неустойчивость осеподъёмного механизма при частичной загрузке машины. Перспективные нововведения появились и в легковых автомобилях.
В 6-ступенчатых коробках «БМВ» использован гидротрансформатор сцепления с двойным гасителем крутильных колебаний.
8-ступенчатый автомат «Лексус» оснащён гидравлическим переключателем передач, управляемым от бортового ПК.
При резком нажатии на педаль газа коробка скоростей способна перескакивать на несколько ступеней, причём время переключения составляет 0,08 с.
На ряде новых моделей легковушек связь между колёсами и приводом реализована через электрогидравлический привод с управлением от ПК.
На «Ниссане-Микра» установлено электрореологическое сцепление, обеспечивающее «схватывание» дисков при подаче напряжения на расположенную между ними жидкость со взвешенными металлическими частицами.
Адаптивный электрогидравлический сервопривод рулевого управления входит в стандартную комплектацию всего модельного ряда «Сitroen C4».
Рис. 16. Гидравлическое устройство переключения скоростей горного велосипеда
Несмотря на 30-летние попытки создания «сухих» (без гидравлики) самолётов в современной модели «Airbus A380» используется гидросистема, содержащая 8 насосов, каждый из которых имеет приводную мощность 93 кВт.
Да что грузовики и самолёты - гидравлика шагнула уже в горные велосипеды, где кроме привода тормозов начали применяться гидравлические устройства переключения скоростей (рис. 16).
В отличие от классических переключателей, которыми сложнее пользоваться при подъёме, привод A-GE работает одинаково надёжно в любых условиях и весит всего 436 г.
Рис. 17. Комплектующие изделия фирмы KTR для насосных установок
7. Сопутствующие товары
Фирма KTR предлагает обширную программу узлов и деталей, из которых, как в детском конструкторе, могут собираться самые разнообразные насосные установки (рис. 17).
При этом особое внимание уделяется средствам шумопоглощения (до 10 дБА) и охлаждения РЖ.
Продолжают совершенствоваться компактные агрегаты Hawe, называемые «интеллигентной гидравликой, которую не видно и не слышно» благодаря тому, что насосный агрегат расположен под уровнем РЖ в баке.
В ряде случаев применения гидравлики, например, в пищевой или химической промышленности, требуется абсолютная герметичность уплотнения приводного вала насоса (чтобы «в бочку мёда не попала ложка дёгтя»).
В специальной муфте фирмы Metau вал насоса вместе с полумуфтой закрыт разделительным стаканом, а момент передаётся через магнитное взаимодействие постоянных магнитов, закреплённых на полумуфтах.
Оригинальный метод фирмы Seal Maker основан на точении уплотнений на специальных станках с ЧПУ с 8-позиционной револьверной головкой.
Рис. 18. Приборы контроля чистоты РЖ фирмы Internormen
Поставляются станки, инструменты, материалы и развитое программное обеспечение для изготовления уплотнений диаметром до 520 мм «за один час».
Один из мировых лидеров - фирма Internormen (вошла в состав Eaton) в качестве новейшей разработки показала на выставке «ITFM-2011» в Москве компактный трансмиттер классов чистоты ССТ 01 в комплекте с лазерным сенсором PFS 01 (рис. 18).
При работе прибора информация от сенсора преобразуется в аналоговые сигналы, соответствующие классам чистоты по ISO 4406:99, и через каналы USB трансмиттера передаётся на внешнюю компьютерную систему.
Портативные приборы ОСМ 01 способны в режиме online контролировать загрязнённость масла, присутствие воды, вязкость, температуру и диэлектрическую проницаемость.
Новым словом в средствах измерения расхода РЖ являются датчики RS фирмы VSE, работающие по принципу винтового насоса (рис. 19).
Рис. 19. Рабочий комплект датчика расхода RS фирмы VSE
Эти приборы позволяют получить недостижимые ранее диапазоны измерений 0,5...120; 1...525 и 4...1000 л/мин при высокой точности (погрешность ≤ 0,3%), независимости от вязкости, беспульсационном измерении и малых потерях давления.
Индуктивные линейные датчики фирмы Balluff для встройки в гидроцилиндры называют «новым словом в промышленной гидравлике» благодаря хорошей виброзащите, лёгкости подключения через порт USB, проверки и диагностики.
8. Некоторые типовые области применения
Для электрогидравлических приводов термопластавтоматов фирма Atos разработала новый цифровой пропорциональный гидрораспределитель, одновременно управляющий скоростью и давлением.
При этом встроенный p/Q драйвер вместе с внешним датчиком давления обеспечивают динамичное и точное управление всеми фазами прессования.
Высокоскоростная выдувка новых пластиковых составов производится на аккумуляторных прессах, укомплектованных двух- или трёхлинейными пропорциональными картриджами с двумя позиционными датчиками.
Рис. 20. Технология гидроформования фирмы Bosch Rexroth
Новое решение допускает управление потоками до 10 000 л/мин (Δр = 2,5 МПа) при времени срабатывания 15...20 мс.
Инновационная технология гидроформования фирмы Bosch Rexroth основана на использовании мультипликаторов CHP2 и CНР4 с рабочим объёмом 1,38...7,85 л и давлением 200 и 400 МПа.
Мультипликатор содержит позиционный датчик поршня, пропорциональный гидрораспределитель и клапанный блок (рис. 20).
Специальный датчик высокого давления (жидкость HFA) обеспечивает точную высокодинамичную регулировку замкнутого контура управления.
Одним из перспективных направлений развития гидропривода являются средства малой механизации, в том числе создаваемые в ЗАО «ЭНЕРПРОМ».
Номенклатура изделий, рассчитанных в основном на давление 70 МПа, включает разнообразные домкраты, цилиндры, оборудование для железнодорожного транспорта и производства стропов, прессы, перфораторы, съёмники, мобильные насосные установки с электро- или бензоприводами, ручные насосы, гайковёрты, гидравлические гайки, мультипликаторы, гидроаппараты, инструменты для кабелей, трубогибы, стенды и инструменты для ремонта автомобилей и подвижного состава, аварийно-спасательное оборудование, установки для извлечения обсадных колонн при нефтедобыче и многое другое.
По данным фирмы Moog в Германии быстро развивается электрогидравлическая сервотехника для ветрогенераторов.
Сравнительно недавно были созданы новый режущий инструмент - высоконапор-ная гидроабразивная струя воды - и соответствующая технология гидроструйной резки.
Теперь это уже 5-координатная прецизионная обработка сложнопрофильных деталей на гидрофицированном станке с давлением, превосходящим 600 МПа.
Рис. 21. Примеры деталей, обработанных на минигидрорезе
Одним из новых направлений развития метода является создание минигидрорезов - сравнительно небольших станков (размер стола не более 1 м2) с прецизионными рабочими головками, создающими микрострую диаметром не более 0,3 мм.
При этом качество обработанной поверхности соответствует шлифованию, а точность позиционирования достигает ± 2,5 мкм.
Прецизионная гидрорезка может применяться, например, в электронной индустрии, медицинской, часовой или авиационно-космической промышленности, а также при создании ювелирных изделий из драгоценных металлов и камней (рис. 21).
Рис. 22. Штанговый глубинный насос «Гейзер»
В ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» успешно прошёл промысловые испытания и внедряется взамен морально и физически устаревших станков-качалок гидравлический привод штангового глубинного насоса «Гейзер» (рис. 22) отечественной разработки, состоящий из рамы с силовым гидроцилиндром, установленной на устьевой арматуре скважины, и насосной станции, расположенной рядом в блок-боксе.
Отличительные особенности нового оборудования:
- низкие энергозатраты благодаря использованию рекуперативной системы с пневмогидроаккумулятором
- возможность плавного регулирования рабочих параметров, в том числе скоростей опускания и подъёма; малая масса (2,7 тн) и лёгкий монтаж в течение времени не более 3 ч
- отсутствие фундамента (возможен монтаж на заболоченных и неустроенных участках)
- полная автоматизация процесса, включая дистанционное управление (в том числе с помощью мобильного телефона) и видеоконтроль
- возможность управления несколькими установками от одного «интеллектуального куста»
Рис. 23. Морская буровая платформа
Морская буровая платформа (рис. 23) содержит «море гидравлики», причём коррозионно-стойкой и взрывобезопасной.
Несколько слов о театральных гидроприводах.
В 2011 году фирма Bosch Rexroth завершила работу по оснащению Большого театра многофункциональной техникой для сцены.
Более 600 электрических и гидравлических приводов бесшумно перемещают платформы весом около 70 тн, а также поднимают и опускают на сравнительно большой скорости грузы весом до 1 тн.
Рис. 24. Гидропривод ЭНИМС для спектакля «Шут Балакирев» Ленкома
Система датчиков и развитое программное обеспечение надёжно препятствуют возникновению опасных ситуаций.
В ЭНИМСе совместно с Моспроектом-1 разработаны и изготовлены программируемые гидроприводы для спектаклей Ленкома «Шут Балакирев» (рис. 24), «Женитьба», «Вишнёвый сад» и «Пер Гюнт», отвечающие следующим основным требованиям:
- малошумность
- компактность
- гибкость управления
- полная герметичность
- возможность лёгкой сборки и разборки даже в гастрольных условиях и, разумеется, высочайшая надёжность
Рис. 25. 5-ступенчатый телескопический цилиндр-антенна фирмы Hunger Hydraulik
В заключение хочется показать несколько уникальных проектов, которые просто невозможно себе представить без гидравлики.
Уникальный 5-ступенчатый телескопический цилиндр-антенна фирмы Hunger Hydraulik (рис. 25) является, по нашему мнению, мировым рекордсменом - величина его хода составляет 50 м!
Бетонный насос М47 той же фирмы (рис. 26) имеет пять гидравлических сегментов и способен подавать раствор в самые труднодоступные места стройплощадки.
Рис. 26. Бетонный насос М47 фирмы Hunger Hydraulik
Рис. 27. Гидрофицированный проходческий щит фирмы Bosch Rexroth
Проходческий щит фирмы Bosch Rexroth (рис. 27) полностью гидрофицирован и содержит гидроцилиндры со встроенной системой контроля хода.
Новой уникальной разработкой ЭНИМСа является установка УРК1 для распрессовки цельнокатанных колёс с осей колёсных пар, развивающая усилие до 630 тн и ориентированная на использование в условиях вагоноремонтных предприятий и железнодорожных депо.
Рис. 28. Установка УРКТ1 ЭНИМС для распрессовки колёс с осей колёсных пар
Рис. 29. Электрогидравлический гексапод для испытаний подвески автомобилей
По сравнению с аналогичным оборудованием Одесского завода прессов установка в 3,5 раза меньше по массе и занимаемой площади.
Модификация УРКТ1 (рис. 28) позволяет производить демонтаж элементов колёсных пар с приложением усилия раздельно или одновременно к торцу оси и ободу колеса. Электрогидравлический гексапод (рис. 29) для испытаний подвески автомобилей укомплектован шестью сервоцилиндрами фирмы Hänchen.
Ярким примером решения нестандартных задач компанией Neumeister Hydraulik является устройство гидравлического управления футбольным полем (!), где с помощью специального гидропривода возможно перемещение бетонной плиты весом 12 500 тн и размером 80×120 м внутрь стадиона или при необходимости - из него (рис. 30).
Общие перспективы применения гидроприводов в машиностроении XXI века не вызывают сомнений, однако в области металлообработки они зависят от направления развития соответствующей подотрасли.
Впрочем, постоянно расширяющееся использо-вание малоотходных технологий (штамповки, вырубки, гидроформования, выдавливания, прессования, спекания, литья и др.), а также комбинированных методов формообразования при общей тенденции повышения нагрузок и быстродействия основных станочных механизмов, несомненно, будут способствовать созданию гидроприводов нового поколения, в том числе со сверхвысоким давлением.
Рис. 30. Устройство управления футбольным полем компании Neumeister Hydraulik
Список литературы
1. Свешников В.К.
Гидрооборудование: международный справочник. Номенклатура, параметры, размеры, взаимозаменяемость. В 3-х кн. М.: ООО «Изд. центр «Техинформ» МАИ».
Кн. 1. Насосы и гидродвигатели. Первое издание 2001. 360 с.; второе издание 2010. 552 с.
Кн. 2. Гидроаппаратура. 2002. 508 с.
Кн. 3. Вспомогательные элементы гидропривода. 2003. 480 с.
2. Свешников В.К.
Станочные гидроприводы: справочник. 5-е изд.,
перераб. и доп. М.: Машиностроение. 2008.- 640 с.: ил. (Б-ка
конструктора).
Автор: В.Свешников,к.т.н, ЭНИМС
