Обзор новинок гидравлики (2015-5)

В гидроприводах высокие требования быстродействия и повторяемости традиционно достигались за счет применения дросселирующих гидрораспределителей (сервозолотников), однако в результате повышения мощности электрических сервоприводов гидравлика была вытеснена, например, в малых и средних литьевых машинах из-за недостаточной энергоэффективности. Вместе с тем начали появляться приводы, сочетающие высокий потенциал мощности гидравлики с энергоэффективностью электрических сервоприводов, что позволило гидравлике возвратиться в уже потерянные области.

Сервозолотники Moog, установленные на роботах HyQ (слева) и HyQBlue (справа), отличаются высокой плотностью мощности и ультралегким дизайном

В новых гидравлических сервоприводах, которые называют революцией в гидравлике, электрический серводвигатель приводит во вращение насос с переменной частотой вращения, причем изменение частоты и направления вращения, а также крутящего момента вызывают соответствующие изменения подачи и давления насоса подобно тому, как это происходит на выходе из сервозолотника. При этом достигается значительное повышение КПД особенно в периоды остановки или движения на малой скорости. Если в системах с серво-золотником насос потребляет значительную мощность только для поддержания давления, даже если работа не выполняется (потери мощности можно снизить, применив насос с компенсатором давления - прим. ред.), насос гидравлического сервопривода в этом случае должен создавать только крутящий момент (не скорость).

Гидравлический сервонасос фирмы Voith (см. рис.) состоит из сервоусилителя, синхронного серводвигателя и шестеренного насоса внутреннего зацепления и может использоваться для замены серво-золотников в существующих машинах. При этом сокращение энергопотребления достигает 70 % и шума - 20 дБА при сохранении возможности быстрых перемещений. В результате классические гидроаппараты не нужны, система упрощается и не требуется охлаждение. Расходы окупаются обычно за 1...2 года. Основой совершенства системы являются низкие моменты инерции серводвигателя и насоса, что позволяет уменьшить время цикла и повысить производительность оборудования. Сервонасосы Voith предлагаются как готовые решения, синхронизированные с существующими системами управления; давление и подача настраиваются индивидуально для конкретных данных цикла. Типичные области применения - машины для пластмасс, литья под давлением, станки и прессы. Возможность непрерывного изменения параметров работы обеспечивают хорошую адаптацию для промышленности 4.0.

Недавно предложенный Агентством по охране окружающей среды США стандарт к 2027 году предусматривает сокращение расхода топлива больших дизельных автомобилей (например, мусоровозов) на 16...24 % (в зависимости от мощности). Гибридный привод RunWise фирмы Parker Hannifin с пневмогидравлическим аккумулятором для рекуперации до 71 % энергии торможения больших дизельных автомобилей позволяет уже сейчас снизить расход топлива на 43 %, т.е. улучшить данный показатель вдвое. Одновременно существенно сокращаются выбросы СО₂.

Для промышленных гидроприводов повышение прочности цилиндров может быть достигнуто путем увеличения толщины стенок, однако для мобильной техники вес должен быть минимизирован. Более 20-ти лет назад фирма Parker Hannifin начала поиск альтернативных вариантов с использованием алюминиевых или титановых сплавов. Однако в этом случае снижается пластичность материала и, следовательно, - усталостная долговечность. Последнее достижение - ультра-легкие цилиндры Lightraulics из композитных материалов на основе углеродистого волокна и легких сплавов, которые на 60 % легче стальных аналогов; дополнительное преимущество - коррозионная стойкость. Отношение прочности к весу для этих цилиндров вдвое выше, чем у стальных, а жесткость выше в 2,5 раза. Усталостный ресурс цилиндров составляет 250 тыс. циклов нагружения давлением 380 бар (испытания проведены до 500 тыс. циклов). Цилиндры Lightraulics серии С и Т рассчитаны на давление до 380 бар (испытательное давление 570 бар), диаметры 80...200 мм, длина хода до 3000 мм. В серии С корпус цилиндра изготовлен из композитов и способен воспринимать радиальные и осевые нагрузки; в серии Т осевые нагрузки передаются через стяжные металлические шпильки.

Цилиндры для домкратов легче стальных аналогов на 65...70 % и рассчитаны на усилия 150...400 тн. и ход до 300 мм; максимальное рабочее давление 700 бар (имеется встроенный предохранительный клапан).

Фирма Webtec предлагает цифровые гидротестеры для измерения расхода, давления, пикового давления, температуры, силы, мощности и даже объемного КПД, которые на основе технологии Bluetooth Smart (v4.0) имеют беспроводную связь с мобильными телефонами, а также с операционными системами Android или iOS. Электронные отчеты могут высылаться пользователям по электронной почте. Во внутренней виртуальной памяти может быть записано и сохранено до 12-ти наборов точек. Стандартная батарея обеспечивает время тестирования более чем на 6 месяцев. Портативный прибор имеет четыре переключаемых экрана: отображение цифрового потока, давления, пикового давления и мощности (время обновления 0,7 с); те же параметры плюс гистограммы; отображение объемного КПД в процентах от заданного значения; данные всех зарегистрированных точек. Четыре модели тестеров рассчитаны на расходы 10...800 л/мин и давления до 480 бар; встроенные клапан и байпас обеспечивают защиту от перегрузки, причем возможны измерения независимо от направления потока. Мощность и объемный КПД рассчитываются автоматически. Точностные характеристики: измерения расхода ±1 % (в диапазоне расходов от 15 до 100 % от номинала); измерения давления ±0,5 % от полной шкалы; измерения температуры ±1 ^оС; определения объемного КПД ±1 %.

Система очистки рабочей жидкости IFPM 72 фирмы Eaton - это больше, чем фильтрация. Мобильный кондиционер, использующий принцип вакуумного испарения воды с удалением загрязнений и растворенных газов, может продлить срок службы рабочей жидкости в различных гидросистемах предприятия. При работе кондиционер закачивает рабочую жидкость из бака и нагревает ее для увеличения скорости очистки. Жидкость последовательно проходит через вакуумную камеру, высокоэффективный фильтр твердых частиц и направляется обратно в систему, где специальный датчик контролирует содержание воды. Новая установка имеет удобный сенсорный дисплей, автоматический выключатель и приборы измерения температуры рабочей жидкости, насыщения водой и расхода через фильтр.

Новинкой фирмы Hansa TMP является гамма (7 типоразмеров) пружинных дисковых тормозов ВТМ, рассчитанная на тормозные моменты 30...520 Н·м и максимальное давление 350 бар. Минимальное давление начального открытия в зависимости от типоразмера находится в пределах 3...19 бар, максимальная частота вращения 1000 мин^-1, масса всех типоразмеров 9,5 кг. Предусмотрено большое разнообразие присоединительных отверстий, фланцев и валов. На рис. показан тормоз, установленный на валу компактного героторного гидромотора. Фирма предлагает также аксиально- и радиально-поршневые гидромашины, мотор-колеса, редукторы, муфты, гидростанции, распределители и делители потока, клапаны, джойстики, фитинги и др.

Продолжают совершенствоваться малошумные компактные модули фирмы Hawe Hydraulik, состоящие из расположенных под уровнем масла в общем корпусе насоса и электродвигателя; снаружи на гидропанелях могут устанавливаться гидроаппараты и возможно аккумулятор. Теперь эти агрегаты оснащаются системой частотного регулирования. В токарных станках, где требуется постоянство потока рабочей жидкости, частотное регулирование позволяет получать подачу насоса в строгом соответствии с потребностью различных переходов цикла. Здесь возможны значительные колебания потребного расхода, например, при работе вращающегося гидроцилиндра зажима патрона на частотах до 5000 мин^-1 и более утечка в дренажную линию достигает 2...6 л/мин, имеют место также пики расхода при работе гидроприводов задней бабки, люнета, инструментального магазина и др. Частотно-регулируемый насос способен удовлетворить все эти потребности с минимальными потерями энергии и высоким быстродействием (не хуже 0,2 с). В случаях, где необходим точный контроль усилий (например, на испытательных стендах), обычно требуется датчик давления и PID-регулятор, устанавливающий соответствующую частоту вращения. Для компенсации возможных провалов давления в переходных режимах, как правило, достаточен аккумулятор вместимостью не более 0,5 л. Наличие оребренного корпуса, обдуваемого сверху вентилятором, обеспечивает хорошее теплорассеяние. "Умная" система управления за счет оптимизации "по требованию" подачи и давления насоса позволяет снизить энергопотребление до 40 %. Если, например, в испытательных стендах требуется обеспечить плавное нарастание давления в течение пары дней, успешно применяются радиально-поршневые насосы, способные работать даже при частотах вращения 60 мин^-1. Для точного поддержания скорости могут применяться соответствующие датчики обратной связи, причем факт отклонения скорости от заданной величины может служить хорошим диагностическим критерием неисправности модуля.

Фирма Bosch Rexroth выпустила новую 70-ю серию своих нерегулируемых аксиально-поршневых гидромоторов с наклонным блоком мод. A2F для открытых или закрытых гидросистем промышленного или мобильного гидро-оборудования. Основными достоинствами гидромоторов является компактная конструкция, облегчающая их встройку в редуктор (в варианте с центральным расположением фланца), простота установки, хорошие пусковые характеристики, современная конструкция определяющих деталей рабочего комплекта (в частности, цельные конические поршни с поршневыми кольцами), возможность установки промывочного клапана. Основные параметры: рабочий объем 80, 90 или 107 см³; давление 300...500 бар; частота вращения 3300...5000 мин^-1; крутящий момент 432...648 Н·м.

Фирма Hawe Hydraulik разработала седельные гидрораспределители NBVP с условным проходом 6 мм и бесконтактным индуктивным позиционным датчиком. Поскольку датчик не имеет механических частей, подверженных износу, достигается высокая надежность контроля положения золотника, необходимая в гидроприводах станков и других машин, особенно в случаях, где движение рабочих органов представляет опасность для обслуживающего персонала (например, в зажимных механизмах). Аппараты рассчитаны на давление 400 бар и обеспечивают полностью герметичное запирание.

Предлагаются также золотниковые гидрораспределители EDL с непосредственным пропорциональным электроуправлением (на рис. справа), дополняющие линейку ЛС-гидрораспределителей типа "PSL/V" второго типоразмера, которые позволяют управлять направлением и скоростью движения нескольких гидродвигателей по отдельности или одновременною. Наличие нескольких монтажных вариантов облегчает гибкую адаптацию этих аппаратов к различным задачам управления.

В программе поставок фирмы Scanwill Fluid Power ApS значительное место занимают мультипликаторы давления, которые применяются главным образом в компактных гидроприводах механизмов зажима и прессов и позволяют исключить необходимость использования дорогих, шумных и сравнительно малонадежных насосов высокого давления. Таким образом, появляется возможность многократного усиления давления (например, до 2000 бар) в отдельных участках гидросистем, питаемых обычными насосами. Существуют исполнения с разделением рабочих сред (например, масло/вода).

Миниатюрные сервозолотники Moog мод. Е024 были изначально спроектированы для использования в автомобилях Формулы-1 и отличаются высокой плотностью мощности и ультра-легким дизайном (92 г). Позднее они были применены в электрогидравлических приводах четвероногого робота HyQ, разработанного Итальянским Институтом Технологии (IIT) и имеющего серьезные преимущества перед электроприводными аналогами, в том числе высокую производительность, мощность, прочность и улучшенную управляемость ног. Робот создан для работы в чрезвычайных ситуациях во время поисково-спасательных работ в опасных районах и представляет из себя сочетание механических, гидравлических и ИТ-компонентов; он может прыгать, ходить, в том числе по скалистым поверхностям, работать на скоростях до 2 м/с и приспосабливаться к окружающим условиям в режиме реального времени; размеры - почти 1 м в длину; вес 80 кг.

Фирма Moog - наиболее авторитетный мировой производитель сервозолотников - отмечает 50-летний юбилей присутствия на европейском рынке. В честь этого объявлен конкурс с призовым фондом 500 $ на самый старый аппарат, все еще находящийся в работоспособном состоянии. Фирма обращается ко всем своим потребителям с просьбой выслать фотографию фирменной таблички с серийным номером и сообщить реквизиты потребителя.

Технология SKF SEAL JET открывает широкие возможности производства уплотнений из мягких материалов (резина, полиуретан, термопласты) методом точения. Эта технология была первоначально разработана для изготовления прототипов или срочной замены вышедших из строя уплотнений на действующем оборудовании, однако ее скорость и гибкость создали предпосылки для расширения областей использования (мобильные машины, цилиндры, станки, оборудование пищевой промышленности). Еще сегодня многие уплотнения производятся методом литья под давлением, однако здесь для отработки окончательной формы требуется изготовление до 4...5 вариантов, что чрезвычайно дорого и трудоемко. В основе успеха новой технологии лежат несколько факторов. Основной - возможность мехобработки мягких материалов. Здесь возникают проблемы специальной конструкции лезвий режущего инструмента, тщательного контроля процесса и удаления стружки. Немаловажны и технологические характеристики специальных материалов SKF, позволяющих обеспечить высокую чистоту обработанной поверхности. Обычно по новой технологии изготовляются уплотнения диаметром до 600 мм, однако возможно также изготовление от очень маленьких размеров до 4000 мм и более (с использованием специальной технологии сварки).

На выставке Agritechnica в Ганновере в ноябре 2015 г. центром экспозиции фирмы SAUER BIBUS являлась презентация новой гидромеханической передачи CompactDrive Automatic Shift, созданной по запросам клиентов и призванной повысить производительность, тяговые характеристики и энергоэффективность широкого круга мобильных машин. С помощью специальных коммуникационных элементов и датчиков система управления позволяет электронно синхронизировать входную и выходную скорости и быстро с низким уровнем шума и износа переключать режимы работы. Автоматическая регулировка потребляемой мощности обеспечивает плавное переключение во всем рабочем диапазоне скоростей. Дополнительными преимуществами являются компактность конструкции и продуманная адаптация шестеренного механизма к машинам основных заказчиков.