Гидравлика будущего: hi-tech технологии, связывающие настоящее с завтрашним днем  

Авторская статья от диагностической компании Гидро-Тест

Гидравлические системы, как их видят неспециалисты и далекая от отрасли аудитория — это массивные агрегаты, краны, шумная и тяжеловесная техника. Однако, со времен изобретения архимедового винта наука и инновационное производство шагнули далеко вперед.

Сегодня гидравлика — неотъемлемая часть не только бытовых и промышленных установок, но и ракетных ускорителей НАСА, запускающих на орбиту шаттлы, тормозных систем в суперкарах, медицинского и хирургического оборудования для выполнения сложнейших манипуляций. Для выполнения задач, которые ставятся перед гидросистемами, нужны передовые решения — и они появляются.

Инновационный промышленный робот ABB

Востребованные направления развития гидравлики

Производители с мировым именем — такие, как корпорация Eaton — изобретают и тестируют все новые устройства и материалы, ранее не применявшиеся в производстве. Среди ключевых трендов, наметившихся еще в начале второго десятилетия двухтысячных годов, эксперты называют:

• Разработку гидравлических узлов для промышленных, строительных и научных роботов. Им нужны «мускулы», позволяющие выполнять самые тяжелые работы и повышать уровень грузоподъемности.

Универсальный робот KUKA

• Создание чипов, имитирующих действие природных «насосов» — деревьев. Подобные мини-роботы нужны в медицине (в особенности, в хирургии), а также в наукоемком производстве.

• Интеграция гидравлики и пневматического управления. Ключевая сфера применения подобных разработок — авиация. С совершенствованием технологий самолетостроения должны развиваться и гидравлические.

Инновационная гидравлика для промышленных роботов

Роботизированные гидравлические устройства должны обеспечивать точность движений, многократность повторений без потери стабильности, устойчивость к агрессивным средам. Чтобы выполнить требования, производители осваивают новые материалы, ранее не использовавшиеся для конструирования гидросистем — сложные сплавы, композиты и так далее.

Манипулятор на выставочном стенде

https://www.youtube.com/watch?v=KdosD4mAG4E

Демонстрация возможностей гидравлического манипулятора

И им это удается: например, ученые Токийского технологического института совместно с компанией Bridgestone разработали гидравлическую «мышцу», развивающую усилие 7 кН, работающую при давлении до 50 атм и демонстрирующую соотношение мощности и малого веса, недостижимое для используемой сегодня гидравлики. Она представляет собой трубку в тканом рукаве, используется в очагах стихийных бедствий и обеспечивает точность и «деликатность» движений благодаря отсутствию внутреннего трения.

Манипуляторы для 3D-печати

Манипуляторы с инновационной точной гидравликой уже устанавливают в промышленных аппаратах — например:

• устройства Universal Robots интегрируют с техникой для 3D-печати фабрики Medium Corporation;
• многоосевые манипуляторы Baxter и Sawyer с функцией самообучения от Rethinkrobotics применяют на промышленных, конвейерных линиях;
• коллаборативные роботы используют на гибридном производстве и так далее.

Universal Robots

Манипуляторы Rethinkrobotics — Baxter и Sawyer

Коллаборативные роботы на стенде Volkswagen

Еще одна заметная инновация — «умная» гидравлика, основанная на прогрессивных электротехнических решениях. Она нужна, в первую очередь, для оснащения современных станков и производственных линий — объем рыночного спроса аналитики оценивают более чем в три миллиарда долларов США. Компании-изготовители по-разному интегрируют гидравлические и электротехнические составляющие для обеспечения связи между центральными регулирующими панелями и контролируемыми блоками. Например, уже упоминавшаяся корпорация Eaton использует собственную технологию SmartWire-DT. Это интеллектуальное соединение электроэлементов, заменившее традиционную проводную цепь.

Линия Eaton SmartWire-DT

Бионика и пневмотехнологии в сплаве с гидравликой

Бионика, наука о применении достижений живой природы в промышленности, активно используется при создании инновационных гидросистем. Разработками устройств, которые работают по принципу автономного перемещения жидкостей (по аналогии с питательными соками внутри растений), вплотную занимаются в США.

Медицинское микрофлюидное устройство

Ученые уже создали работающий чип, который без источника питания перемещает в деревьях воду, снабжая ею вегетативную часть, как естественные «механизмы». Это открывает множество возможностей для медицины, химии и фармакологии. Микрофлюидные чипы:

• создают управляемые транспортопотоки реагентов, препаратов и других жидкостей;
• обеспечивают соответствие строгим требованиям к стабильности и получаемому профилю потока, надежности гидравлического интерфейса;
• позволяют перемещать жидкости под нужным давлением по микро- и наноканалам.

Микропроточный картридж для химического анализа

Еще одно направление научно-производственного прогресса — сплав инноваций в пневматике и гидравлике. Большая часть сегодняшних летательных аппаратов оснащена гидропневмоустройствами — их используют в двигательных агрегатах, системах управления и так далее.

Инновационные БЛА самолетного типа

Одновременно с совершенствованием компрессорных станций, распределительных сетей и прочих пневмо-компонентов улучшают схемы гидросоединений, конструктивное исполнение гидроцилиндров. В авиакосмическом производстве используют уже упоминавшихся 3D-роботов с гидроприводами. В частности, концерны Boeing и Ford работают над проектом Stratasys Infinite-Build для так называемого «бесконечного построения» на неограниченных вертикальных поверхностях.

https://www.youtube.com/watch?v=KdosD4mAG4E&feature=youtu.be

Гидравлический 3D-принтер

Печать с помощью Ford Stratasys Infinite-Buil

Где инновационные гидравлические технологии находят наибольшее применение?

Передовые разработки в сфере гидравлики широко реализуются в морском и наземном бурении, строительстве, современном сельском хозяйстве — там, где нужны компактные, высокопроизводительные системы с большим рабочим ресурсом. Инновации пользуются спросом, прежде всего, в Европе и США, поэтому там научный прогресс наиболее заметен. Его подкрепляет интерес производителей к разработкам: рынок Старого и Нового Света — крупнейшая площадка сбыта прогрессивной гидравлики.

За последние 5-7 лет устойчивый рост внимания к научным разработкам демонстрирует Канада и Мексика: там передовое гидрооборудование востребовано в первую очередь в сельском хозяйстве и строительстве. Производители из Азиатско-Тихоокеанского региона стимулируют исследования в области гидравлики для энергетики (как Бразилия) и обрабатывающей промышленности.

https://www.youtube.com/watch?v=tf7IEVTDjng&feature=youtu.be

«Домашний» четвероногий робот Boston Dynamics SpotMini

Первые в мире беспилотные наземные капсулы для перевозки пассажиров

Интерес научного сообщества и производителей к инновациям в области гидравлики способствует бурному прогрессу в этой области. Ученые смело говорят и даже строят прогнозы относительно ближайшего будущего. В планах у них:

• синтез искусственного интеллекта и роботов, оснащенных совершенными гидромеханизмами — эти устройства практически на 100% будут имитировать плавность движений человеческого тела, но точность их будет многократно выше;
• создание нанороботов для медицинских целей: гидрочипы будут уменьшены в десятки раз, что даст возможность уменьшить инвазивность хирургических операций и фактически «вычищать» повреждения;
• конструирование био-протезов — гидравлических конечностей, пальцев, суставов, неотличимых от настоящих;
• использование гидропневмоустройств в наземных беспилотниках: применение авиаконструкторских технологий в разы повысит скорость перемещения пассажиров и грузов по земле.

Робот-«дворецкий» в аэропорту

Российские компании, к сожалению, не имеют должного «запаса мощности», но научная мысль и производство гидросистем в РФ не отстают от мировых трендов. Усилия ученых прикладываются в аэрокосмической области, нефтяной, металлургической, оборонной и других сферах промышленности. Поэтому можно смело утверждать: российские специалисты вносят немалый вклад в превращение футуристичных прогнозов о развитии гидравлики в реальность.

Инновационный гидравлический протез