С древнейших времен человечество искало и реализовывало огромные возможности, связанные с энергией воды и способностью жидкости и воздуха передавать энергию от источника к потребителю. Самыми ранними машинами в древности были водяные и ветряные мельницы, плотины, способные накапливать большую потенциальную энергию воды, винодельческие прессы и т.д.
Первая промышленная революция, связанная с изобретением парового двигателя, привела к необходимости создания системы передачи энергии от источника (паровой машины) к исполнительным механизмам ткацких, металлорежущих и других станков. Сначала это были механические передачи. Наличие в цехах зубчатых, рычажных и ременных передач большой длины кроме громоздкости, низкого КПД и плохих характеристик управления приводило к огромному травматизму. Вскоре пришло понимание, что эти громоздкие и очень травмоопасные передачи можно заменить намного более эффективными, компактными и безопасными гидравлическими и пневматическими передачами, где энергия от источника к исполнительным звеньям передается в виде гидравлической и пневматической энергии. Такой переход позволяет более гибко и эффективно изменять характер движения исполнительных механизмов, т.е. плавно, бесступенчато менять их скорость, координаты остановки, усилия и крутящие моменты.
Второе и очень важное преимущество, которое обеспечивает переход к гидравлическим приводам – это достижение высокой удельной мощности, т.е. мощности, приходящейся на единицу веса оборудования. Наиболее современные гидравлические приводы сочетают в себе электронное управление, обладающее большими функциональными возможностями и гидравлические исполнительные механизмы, обладающие большой мощностью. Такое сочетание позволяет добиться коэффициентов усиления гидравлических систем более 3·105.
Впечатляет чрезвычайно разнообразная сфера применения промышленной гидравлики и пневматики: от медицинского оборудования до прокатных производств металлургических комбинатов. Вот лишь выборочный обзор области применения промышленной гидравлики.
Гидравлика в металлургическом производстве (рис. 1, 2) применяется в подъемниках, поворотных устройствах, загрузочно-разгрузочных устройствах, подъемно-качающих столах, желобах, системах регулирования валков прокатных станов, в сортировочных и транспортных устройствах, в манипуляторах.
Достаточно обширна область применения гидравлики и пневматики в металлорежущих станках (рис. 3, 4), где гидропривод обеспечивает надлежащую точность выполнения операций, высокую производительность станка и оптимальные массогабаритные параметры.
Незаменим гидропривод в таких мощных силовых агрегатах, как кузнечно-прессовые механизмы (рис. 5, 6). В кузнечных прессах благодаря использованию гидравлики силу сжатия удается довести до 120 000 кгс (рис. 5). В прессе для резки и пакетирования старых автомобильных кузовов с помощью гидравлики осуществляются все основные операции: загрузка и резание, вертикальное сжатие, горизонтальное сжатие и выталкивание готовых пакетов на конвейер (рис. 6).
Огромная масса пластмассовых изделий от телефона до флакона с моющими средствами, которые окружают нас в быту, своим происхождением обязаны машинам для литья под давлением, которые невозможно было бы создать без использования гидравлики (рис. 7).
Без использования гидравлики немыслима также современная строительная техника. Здесь особенно важна та высокая удельная мощность, которая присуща только гидравлике. Наиболее ярко это достоинство проявляется в современных гидравлических экскаваторах (рис.8).
При разгрузочно-погрузочных работах в портах от подъемных кранов требуется быстрая и точная разгрузка грузов. В таких кранах гидравлика обеспечивает максимальную подвижность хоботам и вращение несущей рамы подъемного устройства (рис. 9).
Довольно многогранна область применения гидравлических промышленных роботов (рис. 10).
Гидравлические промышленные роботы применяются при сварке, покраске и сборке автомобилей, при обслуживании разнообразных металлорежущих станков, прессов, кузнечных молотов и т.д.
Чрезвычайно обширен и многообразен мир пневматики. Энергия сжатого воздуха широко используется для приведения в движение рабочих органов механизмов и машин и автоматизации управления производственными процессами. Пневмопривод является самым быстрым из приводов, поэтому широко используется для выполнения ударных операций, в тормозных системах тяжелых автомобилей и на железнодорожном транспорте. Основное достоинство пневматики – наличие неограниченных запасов энергоносителя, простота транспортировки и утилизация, пожаро-взрывоопасность.
Преимущества пневматических систем особенно проявляются при механизации и автоматизации наиболее массовых операций, таких как зажим, фиксация, сборка, транспортировка деталей, контроль линейных размеров, точечная сварка, клеймение, упаковка и др. Пневматические средства автоматизации являются единственно приемлемыми в газовой, горнодобывающей, деревообрабатывающей промышленности.
Пневматические манипуляторы в настоящее время являются наиболее массовыми робототехническими системами при выполнении разгрузочно-погрузочных операций (рис. 11).
По данным последних Ганноверских ярмарок (Германия) среди всех средств автоматизации именно пневматика отмечена наиболее быстрым ростом капиталовложений. Специалисты, работающие в области автоматизации производственных процессов, приходят к единодушному мнению, что сочетание дешевого пневмопривода в качестве «мускулов» с современной микроэлектроникой в качестве «мозгов» – будущее мехатронных систем.
В заключении хотелось бы сказать, что за всю историю гидравлики и пневматики было решено огромное количество сложных задач. Но впереди также немало нерешенных проблем. Нельзя стоять на месте, надо двигаться вперед. Эта отрасль техники ждет молодых, талантливых и творческих личностей, т.е. Вас – дорогие абитуриенты.
Приглашаем Вас в удивительный мир гидравлики и пневматики, к которому можно приобщиться, поступив на кафедру «Детали машин и гидропневмосистемы» НТУ «ХПИ» на специальность “Прикладная механика” специализацию «Smart-гидропневмосистемы». Специальность эта, как следует из данных обзорной статьи, универсальна и востребована практически во всех сферах материального производства. Удачи!
Профессор каф. «ДМ и МС»,
доктор технических наук
Крутиков Г.А.
По материалам: Шмитт А. Учебный курс гидравлики (mannesmann rexroth). Том 1; стр. 25-35