Поява інженерних спеціальностей, пов’язаних з поняттям «гідравлічні та пневматичні системи», обумовлена причинами, що мають досить давнє коріння.
Перша промислова революція, пов’язана з винаходом парового двигуна, призвела до необхідності створення системи передачі енергії від джерела (парової машини) до виконавчих механізмів ткацьких, металорізальних та інших верстатів. Спочатку це були механічні передачі. Наявність у цехах зубчастих, важільних та ремінних передач великої довжини крім громіздкості, низького ККД та поганих характеристик управління призводило до величезного травматизму.
Цех ткацьких верстатів із груповим приводом від парової машини (середина XIX ст.)
Незабаром прийшло розуміння, що ці громіздкі та дуже травмонебезпечні передачі можна замінити набагато більш ефективними, компактними та безпечними гідравлічними та пневматичними передачами, де енергія від джерела до виконавчих ланок передається у вигляді гідравлічної та пневматичної енергії. Такий перехід дозволяє більш гнучко та ефективно змінювати характер руху виконавчих механізмів, тобто, плавно, безступінчасто змінювати їх швидкість, координати зупинки, зусилля та крутни моменти.
Друга і дуже важлива перевага, яка забезпечує перехід до гідравлічних приводів – це досягнення високої питомої потужності, тобто, потужності, що припадає на одиницю ваги обладнання. Найбільш сучасні гідравлічні приводи поєднують у собі електронне управління і гідравлічні виконавчі механізми, що мають велику потужність. Таке поєднання дозволяє досягти коефіцієнтів посилення електрогідравлічних систем понад 3•〖10〗^5. Поєднання комп’ютерного управління, що має великі функціональні можливості, з силовими можливостями гідропневмоприводів, призвело до створення нового різновиду систем управління – мехатроніки. Останнє послужило технічною основою гнучких виробництв, що зрештою відкрило дорогу процесу створення безлюдних технологій.
Вражає надзвичайно різноманітна сфера застосування промислової гідравліки та пневматики: від медичного обладнання до прокатних виробництв металургійних комбінатів. Ось лише вибірковий огляд галузі застосування промислової гідравліки.
Металургійне та прокатне виробництво (рис.1, 2 ) є в повному розумінні слова царством гідравліки та пневматики.
або прокатний стан, де б не застосовувалась велика кількість гідравлічного обладнання.
Верстатоінструментальна промисловість при виробництві сучасних металорізальних верстатів не обходиться без широкого використання гідроприводів (рис.3, 4).
Незамінний гідропривод в таких потужних силових агрегатах, як ковальсько-пресові механізми (рис. 5, 6).
Рисунок 6. Гідравлічний прес для різання і пакетування автомобільних кузовів.
Величезна маса пластмасових виробів від телефону до флакона з миючими засобами, які оточують нас у побуті, своїм походженням зобов’язані машинам для лиття під тиском, які неможливо було б створити без використання гідравліки (рис. 7).
Будівельна техніка немислима без використання гідроприводу з його неперевершеною питомою потужністю. Найяскравіше ця гідність проявляється у сучасних гідравлічних екскаваторах (рис.8).
При розвантажувально-навантажувальних роботах від підйомних кранів потрібне швидке та точне розвантаження вантажів, що неможливо без використання гідроприводу (рис. 9).
Досить багатогранна область застосування гідравлічних промислових роботів (рис. 10).
Надзвичайно великий і різноманітний світ пневматики Основні переваги пневматики – дешевизна, наявність необмежених запасів енергоносія, можливість транспортування стиснутого повітря на великі відстані, простота утилізації відпрацьованого енергоносія, висока бістродія, пожежо- вибухонебезпечність. Ці переваги пневматичних систем особливо виявляються при механізації та автоматизації найбільш масових операцій, таких як затискач, фіксація, складання, транспортування деталей, контроль лінійних розмірів, точкове зварювання, таврування, упаковка та ін. Внаслідок пожежо-вибухобезпеки пневматичні засоби автоматизації є єдино прийнятними у газовій, гірничодобувній, деревообробній промисловості.
Пневматичні маніпулятори в даний час є найбільш масовими робототехнічними системами при виконанні розвантажувально-навантажувальних операцій (рис. 11).
Найбільш сучасні технології передбачають використання пневматичної контрольно-регулюючої та запірно-розподільчою апаратури у вигляді компактних пневмоостровів, в якому ця апаратура змонтована у вигляді одного блоку з керуючими мікроелектронними блоками-контролерами (рис.12). За компактністю такі модулі не поступаються електрошкафам з релейною електроапаратурою, але мають істотну перевагу перед останніми через свою пожежо-вибухобезпеку.
Рис. 12 Використання пневмоострова при керуванні виробничим циклом
За даними останніх Ганноверських ярмарків (Німеччина) серед усіх засобів автоматизації саме пневматика відзначена найшвидшим зростанням капіталовкладень. Фахівці, які працюють у галузі автоматизації виробничих процесів, приходять до одностайної думки, що поєднання дешевого пневмоприводу як «м’язів» із сучасною мікроелектронікою як «мозків» – майбутнє мехатронних систем.
Особливість блоку дисциплін «Smart-гідропневмосистеми» полягає в тому, що поряд з фундаментальними інженерними дисциплінами та традиційною підготовкою в галузі проєктування та експлуатації промислових гідропневмосистем студент отримує знання та практичні навички в одній із найперспективніших галузей автоматизації – мехатроніці. тобто. галузі управління гнучкими виробництвами, де силова гідравліка та пневматика поєднується з комп’ютерним керуванням.
У висновку хотілося б сказати, що за всю історію гідравліки та пневматики було вирішено величезну кількість складних завдань. Але попереду також чимало невирішених проблем. Не можна стояти на місці, треба рухатися вперед. Ця галузь техніки чекає молодих, талановитих і творчих особистостей, тобто Вас – дорогі абітурієнти.
Запрошуємо Вас у дивовижний світ гідравліки та пневматики, до якого можна долучитися, вступивши на кафедру «Деталі машин та гідропневмосистеми» НТУ «ХПІ» на спеціальність “Прикладна механіка” за блоком дисциплін «Smart-гідропневмосистеми». Спеціальність ця, як випливає з даних оглядової статті, універсальна і затребувана практично у всіх галузях матеріального виробництва. Успіхів!
Професор каф. «ДМ та ГПС»,
доктор технічних наук
Крутиков Г.А.
За матеріалами: Шмитт А. Учебный курс гидравлики (mannesmann rexroth). Том 1; стр. 25-35