Новое гидрофицированное оборудование

Российский рынок гидрофицированного оборудования насыщен интересными разработками. Но, к сожалению, большинство из них принадлежит зарубежным компаниям. На слуху у потребителя Bosch Rexroth, Parker и др. Однако, есть целый ряд и отечественных решений. Данная статья посвящена разработкам Экспериментального НИИ металлорежущих станков (ЭНИМС), который не только сохранил, но и расширил отдел гидравлики за счет создания собственной производственной базы и привлечения высококвалифицированных специалистов смежных отраслей. Новые возможности позволяют разрабатывать и поставлять «под ключ» современное конкурентоспособное комплектное гидрофицированное оборудование.

Стенды для испытаний гидравлических гасителей колебаний транспортных средств

Гидравлические гасители колебаний (демпферы) широко применяются для демпфирования подрессоренных масс в подвижном составе железнодорожного

транспорта и метрополитена, являясь одним из наиболее ответственных узлов подвески.  Вместе с тем, службы подвижного состава недостаточно оснащены испытательными стендами, обеспечивающими качественную проверку гасителей колебаний (ГК) во всем рабочем диапазоне в соответствии с ГОСТ Р 52279—2004. В ЭНИМСе совместно с Московским метрополитеном и ОАО «РЖД» созданы и внедрены в эксплуатацию гаммы принципиально новых (Патент РФ 2133389) стендов для приемо­сдаточных и типовых испытаний, входного контроля, проверки после ремонта или установленного пробега, а также исследований в процессе отработки конструкции и сертификации ГК.

Рис. 1 Стенд СА-5

Рис. 2 Гидромеханическая схема стенда СА-5

Стенды СА­5 (рис. 1) имеют следующие основные параметры: развиваемое усилие до 20 кН (возможно увеличение до 30 кН); скорость перемещения до 0,6 м/с; частота гармонических колебаний 0,25; 0,5...4 Гц (через 0,5 Гц); амплитуда 2...55 мм (с шагом 1 мм); межцентровое расстояние до 810 мм (плавная регулировка); величина хода 160 мм; углы наклона при испытаниях 0...900 (до пяти промежуточных значений по заказу); приводная мощность 11 кВт; занимаемая площадь 1 м2 (до 3,6 м2 с компьютерной стойкой). Учитывая жесткие требования надежности, а также весьма ограниченный диапазон рабочих частот, был принят вариант на базе линейного электро­гидравлического шагового привода. Как видно из гидромеханической схемы (рис. 2), требуемый закон движения ГК обеспечивается за счет соответствующего программирования задающе­го шагового электродвигателя (ШД), угол поворота которого суммирующей винтовой передачей 1 трансформируется в линейное перемещение следящего золотника 2 и, следовательно, — движение штока приводного гидроцилиндра 5. Фактическая величина пере­мещения штока с помощью зубчато­реечной передачи 4, шлицевого соединения 3 и суммирующей винтовой передачи 1 постоянно сравнивается с заданной, поэтому ход штока соответствует углу поворота вала ШД, а скорость — частоте импульсов. Применение гидромеханических устройств со сквозной цифровой формой преобразования управляющих сигналов (в отличие от серво­ или пропорциональных гидрораспределителей)    обеспечивает    высокую    надежность    гидропривода,    и,    что особенно важно при эксплуатации в заводских условиях, его ремонтопригодность.

 

Принципиальные преимущества гидроприводных стендов:

• большая длина хода;
• высокая скорость перемещения;
• возможность измерения демпфирующего усилия ГК по перепаду давлений в полостях приводного гидроцилиндра, измеряемому с помощью стандартных датчиков давления;
• локальное  силовое  замыкание  при  проведении  испытаний под любым углом наклона при действующих усилиях до 30 кН;
• простота регулировки рабочих параметров (частоты, амплитуды, усилия, положения центра колебаний, угла наклона, межцентрового расстояния);
• возможность изменения режимов колебаний непосредственно в процессе испытаний, а также реализации любого закона движения, в том числе негармонического;
• возможность компьютерной распечатки результатов и/или записи рабочей диаграммы на бумажной ленте;
• высокая жесткость измерительной системы, позволяющая минимизировать влияние параметра сопротивления ГК на реальную скорость движения;
• надежная защита от перегрузки (в том числе при упоре поршня ГК в крышку);
• возможность аккумулирования гидравлической энергии (позволяет снизить приводную мощность на 30%), механизации зажима ГК без использования пневмосети, а также одновременной проверки комплектующей клапанной группы в условиях реально действующих расходов рабочей жидкости.

Программное обеспечение стендов позволяет:

      записывать на промышленном компьютере диаграммы s, v и F = f(t);

F = f(s); F и ? = f(v), где  s ­ перемещение штока; v ­ скорость; F ­ усилие демпфирования; ? ­ параметр сопротивления; t ­ время;

проводить испытания с переменными режимами колебаний;

запоминать до пяти (возможно больше по заказу) различных режимов испытаний;

устанавливать на мониторе зоны допускаемых значений диаграммы F = f(s), а также     индицировать причины отбраковки ГК;

выводить требуемые диаграммы [обычно F = f(s)] на распечатку непосредственно в  паспорт ГК;

хранить в памяти обширную базу данных о ранее проведенных экспериментах;

рассчитывать  ?  как  отношение  текущих значений  F  и  v  или как тангенс угла наклона  характеристики F = f(v) в заданной точке;

рассчитывать номинальную площадь рабочей диаграммы F = f(s) (энергоемкость) в соответствии с приказом Минтранса России № 157 от 29.09.08 г. (возможна отбраковка по этому критерию).

Применение простейшей и высокона­дежной гидромеханической системы требует от разработчиков дополнительного анализа динамики привода. Дело в том, что по мере увеличения частоты колебаний в условиях мощного демпфирования, оказываемого гасителем, происходит некоторое уменьшение их амплитуды, поэтому амплитуда, установленная, например, при частоте 0,25 Гц, может оказаться недостаточной на частоте 4 Гц. Это отклонение можно компенсировать путем увеличения уставки амплитуды и проверки ее реально получаемого значения, однако предпочтительна автоматическая коррекция, заложенная в программно­математическое обеспечение стенда.

Структурная модель динамической системы показана на рис. 3, где обозначены: x, x1,, x2 – перемещения следящего золотника; y – перемещение штока гидроцилиндра; Q, Q1, Q2 – расходы жидкости; р – перепад давлений в полостях гидроцилиндра; W1(s)...W5(s) – передаточные функции звеньев 1...5.

Рис. 3 Структурная модель динамической системы стенда СА-5

На основании поведенных расчетов получены логарифмические амплитудно­фазовые частотные характеристики гидромеханической системы стенда:

      

В итоге получаем, что задание уставки амплитуды в программно­математическом обеспечении стенда необходимо увеличивать на 10% на каждый 1 Гц увеличения частоты колебаний.

Стенды  внедрены  на  ряде предприятий  ОАО «РЖД»,  в ОАО «Метровагонмаш» (г. Мытищи) и московских метродепо, обслуживающих вагоны «Русич».

Наряду со стендами, реализующими гармоническое входное воздействие, могут поставляться упрощенные варианты с постоянной скоростью движения (допускается изменением № 1 к ОСТ24.153.01—87). Стенды СА­2, которыми оснащены все электродепо Московского метрополитена с 1997 г., позволяют контролировать усилие демпфирования ГК по манометру, а также проводить гидравлические испытания комплектующих клапанных блоков, разработанных ЭНИМСом (Патент РФ № 2145010). Модификация стенда СА­7 предназначена для испытаний ГК троллейбусов и автобусов. Большой объем работ выполняется также в области ремонта и модернизации ГК вагонов метрополитена, находящихся в эксплуатации в Москве.

Все испытательные стенды имеют аттестаты соответствия, выданные Органом по сертификации (аттестат

№ РОСС RU/0001.11MM03), систематически проводятся их контроль и техническое обслуживание.

Установки для монтажа/демонтажа кассетных подшипников на колесные пары

Освоение новых (кассетных) подшипников в железнодорожном транспорте потребовало решения проблемы их холодной запрессовки на железнодорожные оси   усилием   до   700   кН [1].   В   ЭНИМСе   создана   и   внедрена   на   Тверском вагоностроительном   заводе   тяжелая   гидравлическая   установка   УЗПС1   для запрессовки   кассет  на  вагонную  ось  (рис. 4).   Наличие датчиков  усилия  и промышленного компьютера позволяют контролировать и протоколировать весь процесс запрессовки.

Рис. 4 Установка УЗПС1

В качестве альтернативного варианта разработаны и широко внедрены на предприятиях ОАО «РЖД» передвижные установки УЗПП1 (Патент РФ № 2246390) и УЗПП2 для монтажа/демонтажа буксовых подшипников на колесные пары усилием до 500 кН. Установки выпускаются по ТУ 4145­001­00224538­02, имеют сертификат соответствия № РОСС RU.MM03.A01234 и поставляются как в базовом варианте, так и в комплекте с технологической оснасткой под конкретный тип оси и подшипника или для монтажа других узлов и деталей. Масса установки составляет 210...320 кг, питание от однофазной сети переменного тока 220 В. Имеется исполнение с записью диаграммы усилия запрессовки (рис. 5).

Рис. 5 Установка УЗПП1.ЛС с записью диаграммы усилия запрессовки

 

Установки для распрессовки колес с осей колесных пар

Новой уникальной разработкой ЭНИМС является установка УРК1 (Патент РФ

№ 2309831) для распрессовки цельнокатанных колес с осей колесных пар. Установка развивает  усилие до  6300  кН  и ориентирована на использование в условиях вагоноремонтных предприятий и ремонтных цехов железнодорожных депо. По сравнению с аналогичным оборудованием Одесского завода прессов установка, внедренная в 2005 г. в рефрижераторном депо (г. Троицк), в 3,5 раза меньше по массе и занимаемой площади. По заказу установка комплектуется грузоподъемным устройством.

Модификация УРКТ1 (рис. 6) позволяет производить демонтаж элементов колесных пар с приложением усилия раздельно или одновременно к торцу оси и к ободу колеса. Основные параметры: усилие распрессовки до 4000 кН; приводная мощность 11 кВт; габаритные размеры 4980x1500x1635 мм; масса 9000 кг.

Для распрессовки элементов колесной пары с возможностью подвода высокого давления в ступицу установка может комплектоваться устройством подачи высокого давления (до 180 МПа) модели УРКТ.940.

Рис. 6 Установка УРКТ1 для распрессовки колес с осей колесных пар

 

Стенды для ресурсных испытаний

Оригинальные комплектные электрогидравлические приводы на базе цифровых редукционных клапанов прямого действия разработаны и внедрены в многокоординатном стенде (рис. 7) для ресурсных динамических испытаний рам вагонных тележек (лаборатория ОАО «РЖД», Щербинка). Разработанный в ЭНИМСе редукционный клапан модульного монтажа (рис. 8) содержит задающий ШД 1, винтовую передачу 2, пружины 3 и золотник 4. В гидроприводе стенда, построенном по энергосберегающей технологии, для генерирования гармонических колебаний по 14­ти координатам использованы плунжеры­вытеснители с приводом от частотно­регулируемых электродвигателей и возможностью регулирования амплитуды [2].

В той же лаборатории внедрен программируемый электрогидравлический привод с усилием до 100 кН установки рельсового звена, предназначенной для статических и динамических испытаний вагонных тележек на поперечную жесткость.

Рис. 7 Стенд для ресурсных испытаний рам вагонных тележек

Рис. 8. Редукционный клапан с задающим ШД

Для имитационных испытаний объектов аэрокосмического комплекса, строительных конструкций и других изделий по заказу ЦНИИМАШ (г. Королев) изготовлена и внедрена в эксплуатацию 10­координатная гидравлическая испытательная установка, построенная на базе оригинальных технических решений. Программное изменение действующих усилий по каждой из координат реализовано с помощью специальных редукционных клапанов с цифровым управлением от задающих ШД.

Средства для ремонта рельсового пути

В рельсовых путях метрополитена особенно на участках с несплошными шпалами достаточно актуальной является проблема «разбалтывания» шпал на бетонной подушке. В соответствии с традиционной технологией ремонта вокруг каждой шпалы отбойным молотком в бетоне вырубаются полости, заливаемые впоследствии бетонным раствором. Учитывая крайне ограниченное ночное время и сравнительно длительный процесс схватывания бетонного раствора, можно сделать вывод о высокой трудоемкости и малой производительности ремонтно­восстановительных работ.

В Московском метрополитене была предложена новая технология, в соответствии с которой вдоль шпалы сверлятся наклонные отверстия, через которые в щель между шпалой и подушкой закачивается эпоксидная смола в определенном процентном соотношении с отвердителем. Соответствующая экспериментальная установка была создана ЭНИМСом и успешно прошла испытания в производственных условия.

 

Оборудование гидроструйной резки

В 2011 г. в содружестве со ГОУ «Станкин» и ООО «РОБОКОН» изготовлена и внедрена в опытно­промышленную эксплуатацию станция высокого давления (до 400...600 МПа) для установки гидроструйной резки (рис. 9). Основные отличительные особенности:

• Свободный доступ к мультипликатору и ресиверу, которые расположены на под­
• доне верхней части каркаса и закрыты откидными крышкам, причем ресивер дополнительно защищен силовым кожухом.
• Увеличенный ход и замедленная скорость движения плунжеров мультипликатора позволяют снизить износ уплотнений и других деталей.
• Закрепление в боковых крышках втулок с масляными уплотнениями плунжера
• мультипликатора позволяет перемещать поршень в требуемое положение в процессе техобслуживания при демонтированных цилиндрах высокого давления.
• Интеллектуальная диагностическая система осуществляет контроль за давлением, температурой, уровнем масла в баке, а также предельно допустимым числом двойных ходов мультипликатора в минуту.
• Широкое использование средств шумопоглощения обеспечивает снижение общего уровня шума СВД до санитарной нормы.
• Быстросъемные боковые ограждения дают возможность легкого доступа ко всем узлам и агрегатам станции.

Рис. 9 Станция высокого давления

Рис. 10 Пневмоприводной мультипликатор конструкции ЭНИМС

В качестве альтернативного варианта для минигидрорезных или медицинских установок (нагнетание биологического раствора к соплу скальпеля) предложена оригинальная конструкция пневмоприводного мультипликатора (рис. 10), состоящего из следующих основных деталей и узлов: входного 1 и выходного 2 обратных клапанов, цилиндров 3 высокого давления, крышек 4, поршней 5, штока 6, проставка 7, микровыключателей 8 контроля хода, плунжеров 9 и уплотнений 10 высокого давления. Применение тандемированного пневмоцилиндра позволяет получить коэффициент мультипликации 300, поэтому при давлении воздуха 1 МПа давление технологической воды может достигать 300 МПа.

Театральные гидроприводы

Основные требования, предъявляемые к театральным гидроприводам: малошумность; большая концентрация мощности в предельно малых исполнительных гидродвигателях (цилиндрах и гидромоторах), которые легко вписываются в декорации; гибкость управления, в том числе программного; полное отсутствие наружных утечек; возможность легкой сборки и разборки составных частей даже в гастрольных условиях и, разумеется, высочайшая надежность. Все это требует от гидропривода определенной специфики, а в ряде случаев — нетрадиционных технических решений.

По заказу Ленкома ЭНИМСом совместно с  Моспроектом­1 созданы гидроприводы (стационарный и гастрольный варианты) для подъема 14­ти сценических платформ длиной 6 м в спектакле «Шут Балакирев» (рис. 11). Использование разработанной для этого спектакля насосной установки с малошумными регулируемыми насосами (основным и резервным) позволило одновременно обеспечить различные сценические эффекты в спектаклях «Женитьба», «Вишневый сад» и «Пер Гюнт». Продуманная модульная компоновка и широкое применение быстроразъемных соединений позволяют производить перемонтаж гидросистемы от одного спектакля к другому в крайне ограниченные сроки.

Рис. 11 Гидрооборудование для спектакля «Шут Балакирев» Ленкома

Устройства управления

В ЭНИМСе разработана система управления цифровыми гидроаппаратами непо­средственно от программируемых контроллеров, которые широко применяются в про­мышленности и обычно имеют определенную избыточность по числу силовых выходов. Таким образом появляется уникальная возможность программного управления гидроприводами практически без усложнения электроавтоматики машины или использова­ния специального УЧПУ.

На современной элементной базе (в том числе PIC­контроллерах фирмы Microchip) созданы новые устройства управления:

• программируемые логические контроллеры на различное число каналов (от ми­ниатюрных одномодульных на 11 каналов до пятимодульных на 128 каналов);
• отдельные блоки управления шаговыми приводами, обеспечивающие гармони­ческий или любой другой закон движения задающего ШД (например, в испытательных стендах);
• 10­координатная система непрерывного управления шаговыми приводами;
• блоки «Терминал DNC», позволяющие исключить перфоленту в устройствах считывания традиционных систем ЧПУ;
• четырехкоординатное УЧПУ с выходом как на шаговые, так и на следящие при­воды, дающее возможность при модернизации устаревших систем ЧПУ исключить перфоленту, интерполятор, магнитную ленту, устройства ее записи и считывания.

Сертификация и информационное обеспечение

Специалисты­гидравлики участвуют в работе Органа по сертификации «ОС ЭНИМС», выполняя заказы отечественных и зарубежных изготовителей гидро­оборудования. Только за последнее время выданы сертификаты соответствия на продукцию итальянских фирм MP­Filtri, Atos и др., а также многочисленных оте­чественных производителей.

ЭНИМС обладает уникальной библиотекой каталогов отечественного и импортного гидрооборудования, которая собиралась в течение десятков лет. Такая информация необходима при проектировании, модернизации и ремонте гидрофицированных машин.

Сотрудниками института подготовлена монография «Проектирование гидравлических систем машин», обобщающая опыт ряда ведущих отраслей промышленности, пять изданий справочника «Станочные гидроприводы» (изд. Машиностроение, 1982...2008 гг.), учебник для техникумов. В 2001...2003 вышел в свет Международный справочник «Гидрооборудование» в трех книгах, а в 2010 г. — новое издание  первой книги («Насосы и гидродвигатели») с компонентами выпуска 1998...2010 гг.

В заключение хочется отметить, что со всеми описанными выше работами можно будет подробно ознакомиться в экспозиции ОАО «ЭНИМС» Международной выставки «Интердрайв­2012»,  которая  состоится в период 27­30 марта в павильоне № 55 ВВЦ (г. Москва).

Г.М. Иванов, д.т.н.

В.К. Свешников, к.т.н.

ЭНИМС

Россия, 119991

г. Москва,  5­й Донской проезд, 15 стр.8, офис 204

Тел. (495) 955­52­24; 955­52­25

Факс (495) 955­51­46

E­mail: ogip­enims@mail.ru

Список литературы:

1. Иванов Г.М., Свешников В.К., Столбов Л.С., Антоненков О.В. Современное технологическое оборудование для метрополитена и железнодорожного транспорта // Депо. 2010. № 4 (19). С. 9­11.

2. Свешников В.К. Энергосбережение в современных гидроприводах // РИТМ. 2011. № 1. С. 34­38. Рис. 11.

<"