Некоторые секреты профессии

Некоторые секреты профессии.
             

Содержание.
      Введение
   1.Новые сосуды и аппараты, работающие под давлением с оболочками типа "слоеный пирог"
2.Новое рабочее тело в качестве среды, передающей давление для гидравлических систем    
3.Карданный вал многозвенный, оригинальной конструкции.
4.Электрическую энергию технически возможно и целесообразно получать прямо  в трубе текущего газа.
5.Новый беспилотник
6.Новое рабочее тело в качестве среды, передающей давление для гидравлических систем
7.Усовершенствование  процесса  приемки  серийного гидрараспределителя для трактора МТЗ-80 .
8 Подключение обводной факельной линии существующего огнепреградителя с установкой резервного огнепреградителя.
9.Тороидальный сосуд  в виде  бублика.
10.Как разработать новую конструкцию методом увеличения ее масштаба (метод масштабных преобразований).
11. Разработка блочных установок сепарации газа.
12.Мобильный комплекс по переработке битуминизированных нефтешламов
13. Новые процессы на пути укрощения огня.
14.Система аварийного сброса газа на газоперерабатывающем заводе.
15.Уникальная грузовая траверса для подъема крупного груза.
18.Торовые технологии - основа эластичной механики Шихирина. 16.Обеспечение направлений главных стратегических коридоров строительства газотранспортной системы современными  технологиями преодоления водных препятствий.
17. Фильтры поглощающие, на основе нового сорбента,   
терморасщеплённого графита СТРГ.
19. Определение технических требований,  удовлетворяющих потребителя, их документирование – основа качества поставляемой  продукции.
20.Уникальная станина под крупный насосный агрегат.
 21. Тройники и тройниковые соединения трубопроводов.
22.Установки для выработки биогаза  -  это тема для газовиков.
23.Сушка помета.
24. Гасители энергии водяного потока .
   25.На Мубарекском ГПЗ  ведется монтаж  уникальных     крупнотоннажных вертикальных аппаратов.
26. Объект «Манифольд на 17  скважин для  месторождения Кокдумалак» –уникальный комплекс с рабочим давлением 500 атмосфер природного газа.
27. Разгрузочные опоры обвязки ГПА.
28. Мобильные комплексы  в     освоении и эксплуатации   месторождений нефти и газа. 
29. Новые слова пневмодвигатель, пневмоавтомобиль  учим заново.               
30.Развитие   гидравлических систем  на основе нового рабочего тела.
31. Неисчерпаемые возможности современных средств автоматизации конструирования в накоплении  и использовании интеллектуального капитала.
32.Организация конструкторско-технологической группы проектов ремонтных работ на заводе.
33.Агрегатно-модульный принцип как наиболее прогрессивный метод создания оборудования и изделий машиностроения ( части 1,2,3,4,5.)
34. Блочно-модульный завод по подготовке природного и попутного газа.
               
               
                Введение.
«Расширение кругозора  - выражение довольно банальное, но то, что за ним стоит, невероятно важно как для  существа витального,  так  и  для существа духовного.    Расширение   кругозора   связано   с   завоеванием    смыслов.»   В. А. Куринский
Представленный материал содержит новшества и изобретения автора, внедренные в производство  в процессе конструирования и проектирования по заданным темам.
Общество инженеров воспринимает ваше  изобретение  и новшество, которое оно несет, как правило, не с восторгам. К этому нужно  относится спокойно, это восприятие  нормальное. Я тоже отношусь к своим предложениям  по-разному, но бережно, они мне достались непросто. Я почитал в  книге Иванова А.С. «Конструируем машины шаr за шагом» в главе  «Способы «похоронить идею.»  очень поразившие меня жизненным наблюдением, примеры похожие на высказывания  моих коллег  на техсоветах, о представленных там на обсуждение конструкциях.
Представленные здесь  новшества именно такого направления, неоднозначные, вызвавшие споры, не принятые никем, однако получившие, в дальнейшем, возможность признания и внедрения. Ни одно из моих предложений, изобретений не осталось «за бортом»,большинство из них  сейчас перед читателем.
 Материал предназначен для конструкторов-машиностроителей, студентов машиностроительных вузов. Он может быть интересен  специалистам смежных профессий, технологам, проектировщикам для общего представления  о конструировании, изобретениях. Темы все опубликованы на порталах интернета, в более подробном изложении, здесь только информационные выдержки. Достаточно набить в поисковике GOOGLE или YANDEX: Мамедов Александр Нусратович. Возможно, некоторые из тем, вам станут любопытными. И мне очень хочется, чтобы возможно большее число людей воспользовалось  этими сведениями.
Материал  в  электронном виде, в Microsoft   Word, на  на 246 листах..
Материал будет выслан по первому запросу.
 Автор: Мамедов Александр Нусратович, главный специалист, ООО «Нефтегазмонтаж » , 
Тел. +998 94 635 1672, е-mail: mamedov_46@mail.ru.


1.Новые сосуды и аппараты, работающие под давлением с оболочками типа "слоеный пирог"

Вначале, чтобы ввести в описываемую тему, немного истории вопроса. Область производства, о которой написана статья, - сосуды высокого давления, отрасль наибольшего применения - химическое производство, оборудование - технологические аппараты. Когда сталкиваешься с проектированием аппаратов, работающих под высоким давлением, на первое место выходит материальное оформление сосуда с его элементами, которые воспринимают основные нагрузки, связанные с давлением. Там, где существует высокое давление, к сосудам, трубам и шлангам предъявляются самые жесткие требования. Монолитная стальная стенка держит давление неплохо. Чем выше давление, тем толще стенка. Чем толще стенка, тем она прочнее. Так считалось, так заставляет считать житейская логика. Но специалистам давно известна «ахиллесова пята» толстостенного металла - неравномерность его свойств по толщине. Сравнительно просто - это умели еще наши предки - закалить тонкое лезвие клинка; закаленная структура распространится на всю глубину металла. Если же попробовать закалить толстую металлическую болванку, то закаленными окажутся лишь поверхностные слои. Толстую стенку трудно прогреть и охладить так, чтобы создать в ней однородную структуру на всю глубину. Кроме того, в монолитной стенке трещины, как пишут в учебниках материаловедения, «имеют тенденцию распространяться на всю толщину»...
Но совершенствование конструкций не прекращается. Сейчас известно несколько способов, с помощью которых можно увеличить сопротивление стальных стенок сосудов сверхвысокого давления разрывающим усилиям. Один иэ таких способов (пожалуй, самый старый) заключается в создании многослойных сосудов. Если надеть друг на друга в нагретом состоянии плотно пригнанные стальные цилиндрические оболочки, то после их охлаждения получается цилиндр, составленный из отдельных колец, надетых с натягом. Оказалось, что такой сосуд способен выдерживать большее давление, чем сплошной стальной цилиндр тех же размеров.
Для толстостенных конструкций сосудов высокого давления возникла необходимость многослойных рулонированных конструкций. В многослойном же сосуде трещина не передается с одного слоя на другой: минимальный зазор между слоями мешает.
А прочность? Бумага - непрочный материал, но попробуйте, разорвите общую тетрадь. Легко сломать прут, почти невозможно веник...
В многослойной конструкции заложены те же принципы, тот же запас работоспособности, что и в рессоре или в тросе. Многослойная стенка по сравнению с монолитной обладает большим запасом пластичности и деформируемости. Поэтому такая стенка очень хорошо противостоит нагрузкам, а если и разрушается, то разрушение идет постепенно, вязко, оно не носит характера взрыва.
Идея многослойного высокопрочного сосуда не нова. Артиллеристы с давних времен разработали теорию многослойных стволов для орудий крупного калибра. Лет сорок назад завод акционерного общества «Смит» (США) выпустил первые многослойные сосуды для химии - с концентрически расположенными слоями. «Смитовские скорлупки» - полуцилиндры - надевали сверху на тонкую трубу и сваривали. Затем еще пару «скорлупок» чуть большего размера, потом следующую, и так до нужной толщины. Эта технология изготовления сосудов высокого давления нашла за рубежом довольно широкое распространение.
Многослойные сосуды высокого давления используют в химической промышленности как корпуса реакционных колонн, теплообменников, сепараторов, автоклавов и другой аппаратуры. Из всех конструкций многослойных сосудов наилучшие технико-экономические показатели имеет многослойная рулонированная конструкция.
Многослойные сосуды высокого давления изготавливаются из листовой и рулонной сталей. Они используются так же, как корпуса теплообменников, сепараторов, автоклавов и другой аппаратуры в химической промышленности. Многослойные сосуды высокого давления более экономичны ввиду меньших потерь металла при изготовлении и меньшей трудоемкости. Кроме того, во многих случаях отпадает необходимость в проведении трудоемкой и дорогостоящей термообработки сварных швов, соединяющих обечайки между собой и с концевыми элементами. Существенным преимуществом многослойных сосудов является их большая безопасность. Наличие контрольных отверстий, проходящих в многослойной стенке до центральной обечайки, позволяет своевременно обнаружить утечки рабочей среды и остановить сосуд для ремонта. Дефекты или трещины локализуются в одном слое и не развиваются на всю толщину стенки. Кроме того, при такой конструкции сравнительно просто можно обеспечить коррозионную защиту внутренней поверхности корпуса благодаря установке центральной обечайки из коррозионно-стойкой стали.
Многослойные сосуды высокого давления более экономичны по сравнению с монолитными при необходимости обеспечения водородной стойкости. Корпуса таких конструкций могут изготавливаться из обычных материалов с центральной трубой из высоколегированной водородостойкой стали. Устройство дренажных отверстий в стенке обеспечивает удаление диффундирующего водорода и позволяет осуществлять контроль за состоянием внутреннего слоя.
Импульсные методы позволяют создавать многослойные конструкции с гарантированным зазором, беззазорные и с гарантированным натягом. Это обеспечивается соответствующим выбором размеров заготовок и схемой нагружения слоев оболочек при раздаче. Взрывная раздача является единственным методом получения беззазорных многослойных конструкций, удовлетворяющих самым высоким требованиям проектировщиков. Применение энергии взрыва при изготовлении крупногабаритных сосудов цилиндрической формы является более проблематичным. Прежде всего, из-за необходимости вести технологический процесс в штамповой оснасткой, которая для процессов раздачи слоев сосудов и диаметром свыше 10 м в настоящее время не может быть выполнена металлической. Однако можно использовать армированную железобетонную оснастку, которая удовлетворительно работает на сжатие. Ее необходимо изготавливать секционной из радиальных сегментов большой массы, жестко закрепленных на основании - фундаменте, в которых предусмотрены элементы, обеспечивающие после раздачи возможность извлечения оболочек из матрицы. Наиболее вероятной схемой получения днища будет сварка из пакетов лепестков, которые предварительно откалиброваны на штамповой оснастке из металла с помощью энергии взрыва. Получение куполов из слоев, отштампованных вытяжкой, практически исключаются как из-за низких предельных возможностей процесса вытяжки (для таких относительно тонких заготовок fiID <С < 0,001 коэффициент вытяжки Кв < 1,2-1,25), так и из-за трудностей, обусловленных изготовлением уникальных (диаметром порядка 15 м) металлических матриц.
В многослойных сосудах с гарантированным натягом между слоями несущая способность конструкции повышается как за счет автофреттажа, так и соответствующего распределения остаточных деформаций в слоях (внутренние, наиболее нагруженные слои, в процессе импульсной раздачи подвергаются наименьшей деформации). Более того, можно создавать многослойные сосуды и конструкции, у которых несколько слоев, как бы пакет, может иметь гарантированный зазор (в этом случае несколько слоев раздаются за один взрыв), а последующие слои - гарантированный натяг - раздаются последовательно, причем у наружных - деформации больше, чем у внутренних.
Проведенный анализ схем штамповки показывает, что применение энергии взрыва при изготовлении многослойных сосудов является перспективным направлением исследования и внедрения прогрессивной технологии.
Иногда стальные сосуды сверхвысокого давления помещают внутрь других, больших по размеру сосудов, в которых создают давление, накачивая в них жидкость. В этом случае разрыву стенок внутреннего сосуда под действием создаваемого в нем давления противодействует не только сопротивление самих этих стенок, но и «поддерживающее» давление жидкости, находящейся во внешнем сосуде.
Идея многослойности присутствует и при создании современных бронемашин. Их броня является компаундом с многослойной структурой. Стремление получить броню с твёрдой поверхностью и вязкой подложкой и при этом хорошо поддающуюся обработке привело к появлению компаундной брони. Первую эффективную технологию её производства предложил Уилсон Кэммел (Wilson Cammel): на поверхность горячей плиты из кованого железа выливалась стальная лицевая сторона, полученная в открытой печи. Известна также компаундная плита Эллиса Брауна (Ellis Brown), в которой стальная лицевая плита припаивалась к железной подложке бессемеровской сталью. В обоих этих процессах, разработанных в Англии, плиты прокатывались после спайки. В последующие 10 лет процесс производства брони не претерпел никаких изменений, за исключением небольших улучшений технологии производства, но весь этот период был ознаменован острым соревнованием и противостоянием между цельностальной и компаундной бронёй. Цельностальная броня представляла собой обыкновенную сталь с содержанием углерода 0.4-0.5%, тогда как стальная поверхность компаундной брони имела 0.5-0.6% углерода. Эти два типа брони, чья сравнительная прочность во многом зависела от качества изготовления, были приблизительно на 25% прочнее брони из кованого железа, т.е. 10-дюймовая цельностальная или компаундная плита выдерживала те же ударные нагрузки, что и 12.5-дюймовая плита из кованого железа.
 
Итак, мы рассмотрели различные случаи многослойной структуры стали, в которых выигрыш достигнут за счет того, что монолитная структура заменена на многослойную. Рассмотрим те же сосуды, работающие под давлением газа, но содержащего сероводород. Устоявшаяся международная практика проектирования и изготовления таких сосудов предусматривает применение углеродистых и низколегированных качественных сталей, очищенных от серы и фосфора до низких концентраций, специальную прокатку листов ,сварку специальными электродами, термическую обработку после сварки т.д. Вместе с тем, эксплуатация сосудов для сероводородсодержащих сред разрешается при напряжении стенок ниже, нежели для обычных сред. Толщина стенок у этих сосудов на 15-20 процентов выше.
 
Перед вами колона абсорбера, диаметром 3600 мм высотой 18 метров, ее вес составляет около 240 тонн. Проектирование проводил отдел ОАО «УзЛИТИнефтгаз». Толщина металла в утолщенной, кубовой части достигает 110 мм! Изготовление такой колонны, ее доставка, монтаж уникальны. Листы прокатаны из чистой стали 09Г2С по спецзаказу на заводе «Азовсталь», автоматическая сварка и термообработка проведена в Екатеринбурге (см. рис.1).
 
В ходе проектирования конструктора старались уйти от столь трудоемкой и дорогостоящей конструкции, было предложено стальныой сосуд высокого давления из нержавеющей стали, стойкой к сероводороду, без каких-то условий, поместить внутрь другого, большего по размеру сосуда из обычной стали. Однако условием их совместной эксплуатации под давлением является беззазорный контакт их оболочек. Как этого достичь? Обычно делается доработкой поверхностей по выявленным пятнам контакта. Но эта ручная пригонка, очень трудоемкая и квалифицированная, пригодна только для малогабаритных деталей. Здесь это явно неприемлемо. А если не совмещать, а наоборот оставить зазор между двумя сосудами. И не заботиться о размерах зазора, его равномерности по объему детали. Затем заполнить зазор компаундом на основе металла, который бы заполнил бы все промежутки. Далее, чтобы гарантировать расчетную совместную работу сосудов в эксплуатации, необходимо создать равномерный натяг в зоне их контакта с компаундом. Это достигается принудительным нагнетанием компаунда в зазор, созданием и фиксацией созданного предварительного напряжения. Если у нас это получилось, попробуем посмотреть преимущества нашего нового сосуда:
термообработку готовых сосудов производить нет необходимости как для повышения стойкости от растрескивания, так и обычных сосудов, т.к. толщина стенок всегда ниже допускаемых по требованиям стандартов, т.е. ниже 36 мм для углеродистых сталей и 30 мм для низколегированных;
при необходимости можно производить набор сосудов из различных материалов в зависимости от требования эксплуатации, причем дорогостоящие кислотостойкие, жаростойкие, жаропрочные стали могут иметь расчетную толщину ниже, по сравнению к аналогичным стандартным сосудам;
появляется возможность контролировать утечки из основного сосуда путем замера давления в зазоре между сосудами.
 Любой конструктор сосудов и аппаратов скажет, что преимущества просто огромные! Новая технология открывает массу других перспектив.
 Из книги Гоникберг М.Г. «Высокие и сверхвысокие давления в химии Издание 2»: «Иногда стальные сосуды сверхвысокого давления помещают внутрь других, больших по размеру сосудов, в которых создают давление, накачивая в них жидкость. В этом случае разрыву стенок внутреннего сосуда под действием создаваемого в нем давления противодействует не только сопротивление самих этих стенок, но и «поддерживающее» давление жидкости, находящейся во внешнем сосуде. Если во внешнем сосуде давление жидкости составляет 10 000 ат, то можно ожидать, что во внутреннем сосуде удастся получить давление 25 000-30 000 ат. В действительности же в указанных условиях удается создать еще более высокое давление. Объясняется это тем, что высокое всестороннее давление повышает прочность металлов и сплавов. Так, давление 100000 ат было достигнуто погружением аппаратуры в жидкость, сжатую до 30 000 ат. Этот способ называется «гидравлической поддержкой».
 Как видим из вышеизложенного, указанное «поддерживающее» давление нами может быть создано накачкой компаунда между стенками.
 А какой предлагается компаунд? Компаунд предлагается необычный: эта композиция стальные «шарики-графит» является новым рабочим телом в гидравлических системах, как псевдожидкость и паста-смазка для уменьшения трения, для идеального заполнителя пустот и зазоров. Шары стальные хромированные AISI 52100 (ШХ-15). Шары, сделанные из материала ШХ-15, отличает превосходная полировка поверхности, значительная твердость и способность нести большую нагрузку наряду с отличной износоустойчивостью и сопротивляемостью деформациям. Стальные хромированные шары ШХ-15 закалены насквозь для получения максимальной механической прочности. Диаметр: 0,5 мм. Наполнителем является графитовый сорбент СТРГ в качестве смазки.
 Текучесть псевдожидкости «шарики-графит» позволяет ей беспрепятственно перемещаться в зазорах и создавать под давлением жесткие прослойки.
 Новую псевдожидкость характеризуют следующие свойства:
текучесть, независимая от любой температуры эксплуатации;
несжимаемость;
невысокое объемное температурное расширение;
высокий - до +500 градусов Цельсия и низкий - до -60 градусов Цельсия температурный порог применения;
нет ограничений по долговечности, а значит, система обладает надежностью и безотказностью во времени;
непожароопасна;
нет зависимости изменения свойств от повышения и понижения температуры;
нет насыщения растворенным газом при контакте с газовыми средами при повышенных давлениях.
 Система, разработанная на основе такого рабочего тела в качестве передаточного органа, имеет ряд преимуществ перед системами с традиционным рабочим телом - гидравлической жидкостью или гидропластмассами. Давление в зазорах между сосудами создается посредством сжатия компаунда винтовым прессом.
 Предложение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании оболочечных конструкций из стали и других материалов, работающих на устойчивость при действии наружного давления и сжимающей силы. Многослойная оболочка содержит наружную цилиндрическую, внутреннюю обечайки, между которыми размещен композит.
 Оболочки, например, межступенчатых отсеков баллистических ракет подводного старта подвергаются целому комплексу эксплуатационных нагрузок: растяжение, сдвиг, изгиб, кручение, сжатие (от наружного давления и осевой сжимающей силы).
 ля повышения жесткости оболочки (при работе на сдвиг, кручение, сжатие) можно увеличить ее толщину, но это приводит к увеличению ее массы. Более эффективным решением является применение многослойных (чаще всего трехслойных) оболочек.
 
Известна конструкция трехслойной оболочки из КМ, содержащая наружную и внутреннюю обечайки, между которыми помещен легкий заполнитель. Ее конструкция приведена в сборнике: Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе, под общ. ред. Л.Н.Лаврова. - М.: Машиностроение, 1993, стр.71, вариант «и». Рассматривая обе конструкции, можно увидеть преимущества предлагаемой конструкции в особенности при более успешной совместной работе всех оболочек.
 Итак, есть новая идея многослойной конструкции оболочки, ее дальнейшее совершенствование, опробование на практике - дело ближайших лет. В свое время автор долгое время вынашивал идею создания многослойных тройников для трубопроводов до 25МПА. Тройники на такое давление - это очень дорогое и ответственное изделие. В один прекрасный день, когда появилась крайняя необходимость, была предложена на рассмотрение вышеописанная конструкция, и заказчик, после испытания, принял новое изделие.













Новое рабочее тело в качестве среды, передающей давление для гидравлических систем
24 января 2013               

Автор: Мамедов Александр Нусратович, начальник отдела нестандартизированного и специального оборудования ОАО "УзЛИТИнефтегаз"
 
Гидравлика (техническая механика жидкости) - это прикладная наука, изучающая законы равновесия и движения жидкости, а также способы применения этих законов к решению инженерных задач. Гидравлика является технологией гидравлической энергии, которая использует сжатую жидкость для выполнения работы. Гидравлические системы используются там, где требуется приложить большую точную силу.
 
Примерами являются транспортные рулевые приводы с усилителем, гидравлические домкраты и движимое оборудование для тяжелых земляных работ. В современной технике используются гидромашины различных типов. Наибольшее распространение получили объемные и лопастные насосы и гидродвигатели. Некоторые конструкции насосов обладают свойством обратимости, т. е. способностью работать в качестве гидродвигателей при подводе к ним жидкости под давлением. К ним относятся, в частности, роторные насосы.
 
Широкое применение имеют гидросистемы с двигателями прямолинейного, поворотного и возвратно-поступательного движений в современных автоматизированных поточных линиях, в различных роботах и манипуляторах.
 
Гидравлические машины предназначены для перемещения жидкостей, преобразования энергии потока жидкости в механическую энергию, а также передачи механической энергии от машины-двигателя к машине-орудию или преобразования различных видов движений и скоростей посредством жидкости. Соответственно гидравлические машины подразделяются на три основных класса: насосы, гидродвигатели и гидропривод. Они различаются по своим энергетическим и конструктивным признакам, но общим для них является то, что в качестве рабочего тела используется жидкость.
 
Гидроприводом называется совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством жидкости. Объемным гидроприводом называется гидравлическая система, в которой в качестве гидравлической передачи применяются насосы и гидродвигатели объемного действия. Работа объемного гидропривода основана на использовании свойства несжимаемости капельной жидкости и передачи давления по закону Паскаля. Примером объемного гидропривода простейшей конструкции может служить гидравлический пресс.
 
Поршневой насос для создания давления представляет собой машину объемного действия, в которой вытеснение жидкости из замкнутого пространства насоса происходит в результате прямолинейного возвратно-поступательного движения вытеснителей.
 
В поршневом гидроцилиндре одностороннего действия выходным звеном является поршень со штоком, перемещающийся внутри корпуса. Рабочая камера образована внутренней поверхностью корпуса и поршнем. Герметичность обеспечивается уплотнениями.
 
Благодаря приведенному выше подробному обзору гидравлики, нами прослеживается тот факт, что основным видом рабочего тела в современных гидромеханических системах является гидравлическая жидкость.
Физические свойства гидрожидкостей и другие их характеристики должны удовлетворять условиям эксплуатации систем гидроприводов и гидроавтоматики. Рабочую жидкость для каждой гидросистемы выбирают исходя из требований, предъявляемых к системе.
 
Обобщая свойства и характеристики рабочих жидкостей, приходим к выводу, что им должны быть присущи:
• хорошие смазывающие свойства,
• высокий индекс вязкости,
• большой модуль упругости,
• химическая и физическая стабильность в течение длительного времени эксплуатации,
• сопротивляемость вспениванию,
• малая плотность и способность к растворению воздуха,
• хорошая теплопроводность,
• низкое давление насыщенных паров и высокая температура кипения,
• совместимость с материалами гидросистемы,
• негигроскопичность,
• нетоксичность и т.д.
 
Подобрать рабочую жидкость, которая бы удовлетворяла всем требованиям одновременно, практически невозможно.
 
Наибольшее распространение нашли минеральные масла на нефтяной основе, которые содержат антиокислительную, антипенную, антикоррозионную и антиизносную присадки. Минеральные масла имеют низкую стоимость, доступность в больших количествах, хорошую смазывающую способность и большой срок службы при высоких давлениях.
 
В промышленных гидросистемах широко применяют трансформаторное, веретенное АУ, индустриальное, турбинное, цилиндровое, ВМГЗ, МГ-30, ГМ-50И и др. масла.
 
Некоторые масла предназначены для узкого диапазона температур (ДО-11- летний, ДП-8-зимний). Для широкого диапазона температур применяют масла ATM, МВП, ГМ-50И, но их стоимость большая. В авиационных системах применяют масло АМГ-IO для работы при температурах 220-360 К. Тем не менее минеральные масла имеют ряд недостатков, ограничивающих их применение. При повышенных температурах ухудшается смазывающая способность, а при низких температурах резко возрастает вязкость. Кроме того, при повышенных температурах из минеральных масел выпадают смолянистые осадки, которые засоряют ячейки фильтров и осаждаются во внутренних проходах гидроаппаратуры.
 
В гидроприводах и системах гидроавтоматики, работающих при температуре порядка 450 К, применяют синтетические силиконовые и кремнийорганические жидкости. Они имеют высокую химическую стойкость, хорошо смешиваются с минеральными маслами, у них отсутствует коррозионная активность.
 
Таким образом, рабочую жидкость необходимо выбирать конкретно для каждой гидросистемы отдельно с учетом условий работы. При этом надо учитывать совместимость рабочей жидкости и материалов гидросистемы.
 
Для работы гидравлических систем чистота очень важна. Согласно статистике изготовителей оборудования более 70% поломок вызваны наличием грязи в гидравлической жидкости.
 
У гидравлического привода присутствуют следующие недостатки:
• Утечка рабочей жидкости в случаях высокого давления, что требует очень сильной четкости и продуманности при изготовлении деталей.
• Нагрев рабочей жидкости приводит к ухудшению параметров вязкости и увеличению утечек, поэтому в ряде случаев необходимо заботиться о тепловой защите.
• Достаточно низкий коэффициент полезного действия относительно механических передач.
• Необходимость обеспечения чистоты рабочей жидкости от абразивных частиц.
• Необходимость защиты гидросистемы от проникновения воздуха, наличие которого приводит к нестабильности и потерям.
• Пожароопасность в случае использования легковозгараемых рабочих жидкостей.
• Зависимость вязкости рабочей жидкости от рабочей температуры.
• Отсутствие возможности эффективной передачи гидравлической энергии на большие расстояния из-за потерь напора в гидролиниях.
• Наличие потерь на трение жидкости в трубопроводах и в местах изменения скорости или направления ее течения.
• Возможная неравномерность подачи жидкости и движений механизмов, вызывающая в некоторых системах необходимость регулировки органов настройки при изменениях температуры и вязкости рабочей жидкости во время движения и работы механизмов.
• Отсутствие возможности точно координировать движения, например, в кинематических цепях, для нарезания резьбы или в делительных цепях зуборезных станков.
• Возможность проникновения воздуха в рабочую жидкость, что вызовет неравномерное толчкообразное движение.
 
Итак, выше подробно описаны современные гидравлические системы и рабочие гидравлические жидкости, их свойства, основные недостатки гидравлических систем. Это сделано с одной целью, показать несовершенство гидравлических систем.Чтобы устранить вышеуказанные недостатки нами рассматривается основной их источник - рабочая жидкость.Ниже приводится примеры замены традиционных масел другими материалами.
 
К примеру, в гидравлических системах в качестве рабочего тела, среды, передающей давление, используются гидропластмассы. Они нашли практическое применение в станкостроении, в приспособлениях для установки обрабатываемых деталей.
 
Использование гидропластмассы в качестве среды, передающей давление, позволяет создавать простые и рациональные конструкции зажимающих органов. В приспособлениях типа оправок или патронов установочная поверхность втулки является одновременно и зажимающей. Это обеспечивает высокую точность установки и вместе с тем сокращает затраты времени на установку и закрепление.
Применение гидропластмассы в зажимных устройствах упрощает их конструкцию, значительно уменьшает габариты, снижает трудоемкость и стоимость их изготовления.
 
Состав гидропластмасс, используемых в приспособлениях, см. табл.1.
 
Полихлорвиниловая смола является основой массы. Она придает ей механическую прочность и большую вязкость. В то же время благодаря наличию смолы гидропластмасса мягка, хорошо передает давление, не прилипает к стенкам, не изменяется с течением времени.
 
Дибутилфталат - бесцветная нелетучая маслянистая жидкость, используемая в качестве пластификатора; этот пластификатор дает в композиции наиболее мягкие массы.
 
Стеарат кальция применяется в качестве стабилизатора и представляет собой нерастворимое в воде кальциевое мыло.
 
Гидропластмасса СМ плавится при температуре 140° С, а превращается в студень (гель) при 120°С. Она может работать в температурном режиме от 5 до 60°С; при температуре ниже 5°С масса твердеет и становится негодной для эксплуатации.
 
Гидропластмасса ДМ плавится при 120°С застывает при 100°С, нормально работает при температурах от -20 до +40°С.
 
Компоненты    Марка гидропластмасс
СМ ДМ МАТИ-1-4
Полихлорвиниловая смола марки М 20 10 20,0
Дибутилфталат (пластификатор) 78 88 5902
Стеарат кальция (стабилизатор) 2 2 0,8
Вакуумное масло - - 20,0

 
Перед заливкой расплавленной массы в приспособление последнюю прогревают до температуры 100...120°С, что необходимо для сохранения лучшей текучести массы в процессе заливки. Заливают массу обычно через отверстие для силового плунжера, обеспечивая выход воздуха полости через какое-либо другое или специально просверленное отверстие в корпусе. При заливке приемное отверстие должно занимать наивысшее положение. Заполнение приспособлений гидропластмассой рекомендуется производить не самотеком, а под давлением специального пресса.
 
Гидропластмасса марки СМ имеет вид слегка прозрачной коричневой массы, напоминающей резину; обладает более высокой твердостью и вязкостью по сравнению с гидропластмассой ДМ и применяется для заполнения полостей центрирующих приспособлений (патроны, оправки).
 
Гидропластмасса марки ДМ представляет собой студнеобразную массу светло-коричневого цвета; менее тверда и вязка и применяется для заполнения каналов многоплунжерных механизмов.
 
Основные эксплуатационные характеристики гидропластмасс СМ и ДМ.
• На каждые 10 МПа давления объем массы уменьшается на 0,5%.
• Момент начала просачивания гидропластмассы через зазоры в подвижных сопряжениях зависит от величины зазоров и давлений. Так, например, гидропластмасса СМ через зазоры 0,03; 0,02 и 0,01 мм начинает просачиваться соответственно под давлениями 30, 40 и 45 МПа. Гидропластмасса ДМ, как менее вязкая, при зазоре 0,01 мм начинает просачиваться под давлением 12,5 МПа.
• Потери на трение при перемещении гидропластмассы приводят к неравномерности передачи давления. Так, например, в самоцентрирующих приспособлениях с гидропластмассой СМ при передаче давления в кольцевую полость шириной 2...5 мм через один радиальный канал потери давления могут доходить до 15%.
 
В многоплунжерных приспособлениях с гидропластмассой ДМ давление изменяется незначительно.
 
В отдельных случаях применения гидросистемы температуры достигают столь высоких значений, что исключается возможность применения как мине¬ральных, так и существующих синтетических жидкостей. Ввиду того, что температуры работы гидросистемы непрерывно повышаются, перспективным является применение в качестве рабочих жидкостей гидросистемы жидких металлов с низкой температурой плавления, которые в настоящее время используются как теплоносители в ядерных реакторах.
 
Наиболее перспективным является эвтектический сплав, состоящий из 77% натрия и 23% калия, который представляет собой серебристый металл, похожий на ртуть. Точка его плавления (эвтектическая точка) равна -12°С и кипения (при атмосферном давлении) 850°С. Модуль объемной упругости при температуре 40°С равен 52 500 кг/см2.
 
Эти заменители традиционных гидравлических жидкостей получили весьма ограниченное применение ввиду своих специфических свойств.
 
При разработке новых пакерныхсистем, используемых в ремонте нефтяных скважиннами применено совершенно новое техническое решение - рабочее телов качестве среды, передающей давление для гидравлических систем, состоящее из смеси стальныхмикрошаров с диаметром 0,5-0,7мм и графитового наполнителя в качестве смазки.Наполнителем является графитовый сорбент СТРГ или просто графитовая смазка. Смесь стальных шариковнесжимаема, служат для передачи усилия и вместе с графитом создают компаунд в виде псевдожидкости.
 
Современная промышленность выпускает шары стальные следующих наименований:
• Шары стальные хромированные AISI 52100 - ШХ-15; данные шарики (ШХ-15) обычно используются в прецизионных шарикоподшипниках и находят большое применение в промышленности.
• Шары, сделанные из материала ШХ-15, отличает превосходная полировка поверхности, значительная твердость и способность нести большую нагрузку наряду с отличной износоустойчивостью и сопротивляемостью деформациям.
• Стальные хромированные шары (шары ШХ-15) закалены насквозь для получения максимальной механической прочности. Диаметры: 0,025 - 250.
• Композиция стальные "шарики-графит" является новым рабочим телом в гидравлических системах, как псевдожидкость и пастой-смазкой для уменьшения трения, для идеального заполнителя пустот и зазоров. Текучесть псевдожидкости "шарики-графит" позволяет ей беспрепятственно перемещаться в гидравлических системах, создавать новые качественные модели механизмов. Некоторые из них приведены ниже, у меня в настоящее время формируется ряд механизмов оснащенных новой гидропередачей.
 
Новую псевдожидкость характеризуют следующие свойства:
• Текучесть,независимая при любой температуре эксплуатации.
• Несжимаемость.
• Невысокое объемное температурное расширение.
• Высокий - до +500 градусов Цельсия, низкий - до –60 градусов Цельсия температурные пороги применения.
• Нет ограничений по долговечности, а значит, система обладает надёжностью и безотказностью во времени.
• Непожароопасна.
• Нет зависимости изменения свойств от повышения и понижения температуры.
• Нет насыщения растворенным газом при контакте с газовыми средами при повышенных давлениях.
 
Разработка систем с участием такого тела в качестве передаточного органа имеет ряд преимуществ перед системами с традиционным рабочим телом - гидравлической жидкостью:
• Нет нужды в уплотнениях при использовании в поршневых системах.
• Надежно удерживает поршень в заданном фиксированном положении и высокая точность позиционирования.
• Не нуждается в насосах и насосных системах высокого давления.
• Не предъявляет высоких требований к поршневым системам при сохранении установленных скоростей.
• При этом возможно использовать существующие гидравлические системы без предъявления к ним требований герметичности.
• Сохранение высокой кинематической точности передачи усилия и хода от привода к поршню, образуя более совершенный гидротрансформатор.
• Имеет более высокий температурный потолок применения,шары из стали 8х4М4В2Ф1. не утратят свои свойства, даже после длительной эксплуатации при температуре +500°C. Это намного вышечем принято в традиционных гидравлических системах.
• Позволяет создать более совершенную гидромуфту и гидротормоз.
• Для создания привода, гидротрансформатора, использовать систему шариковинтовой передачи.
• Позволяет создать точный сервопривод.
• Позволяет осуществить прилегание поверхностей различных конфигураций и объемов путем жесткого заполнения промежутков между поверхностями.
• Нет ограничения по пенообразованию, оно отсутствует, не боится примесей и воды,не боится нагрева.
• Отсутствие фильтров на гидравлических линиях.
• Снижен порог требований к обслуживанию.
 
Примеры применения см. на рис. 1-3.
 
Рис.1. Амортизатор газомеханический.
Газомеханический амортизатор (рис.1) [1] состоит из корпуса (1), соединенного неподвижно с нижней проушиной (2). Во внутренней полости корпуса (1) по свободной посадке размещен направляющий стержень (3) с центрирующей шайбой (4), опирающейся на торец проушины (2). Шток (5) с верхнего торца имеет хвостик (6), а с нижнего торца специальный наконечник большего диаметра, последний имеет передний угол (7) и задний угол (8). Передний угол (7) сделан с малым углом, чтобы сопротивление хода сжатия было меньше, чем у заднего угла (8) при ходе отбоя, это обязательное условие работы амортизаторов. Своим внутренним диаметром шток (5) по свободной посадке центруется на направляющем стержне (3), а своим наружным диаметром центруется в центральном отверстии направляющей втулки (9), закрепленной неподвижно расточке корпуса (1). Шток (5) уплотняется уплотнительным кольцом (10). Во внутренней полости эластичного цилиндра (11) размещены шаровые тела (12) малого диаметра, постоянно облегчающие шток (5) с наконечником. Между внутренней поверхностью корпуса (1) и наружной поверхностью эластичного цилиндра (11) образована герметичная полость (13), где постоянно находится сжатый газ под высоким давлением. Газ закачивается через окно (14), постоянно закрытое эластичным бортом эластичного цилиндра (11). В на них посредством крепления "ласточкин хвост" тормозными колодками (5). Радиальные цилиндры (2) соединены между собой замкнутой кольцевой камерой (6), заполненной рабочим телом (7) из мелких шариков с наполнителем, например, из графитового порошка. Камера (6) соединена с трубопроводом (8) шаромагистрали, заполненной передаточными шарами (9) с диаметром 0,94-0,96 от внутреннего диаметра трубопровода (8). Наполнителем для передаточных шариков (9) является, например, графитовый порошок. В шаромагистрали рабочее тело отделено от передаточных шаров (9) разделительным поршнем (10). На другом конце шаромагистрали имеется камера (11), заполненная рабочим телом (7), отделенным от передаточных шаров (9) разделительным поршнем (12). Камера имеет цилиндры (13) и (14) для плунжеров (15) и (16) ножного (17) и ручного (18) тормозов. Трущаяся поверхность тормозных колодок (5) повторяет внешний диаметр тормозного обода (19).
 
Рис.3. Мультипликатор.
Мультипликатор (рис.3) [3] имеет корпус (1) представляющий собой полый цилиндр с глухим дном, на верхний торец которого установлена крышка (2), а на дно цилиндра - пружина (3) с опорой (4). Нижняя оконечность корпуса (1) выполнена в виде опорного узла, например, в виде лап Д или сферической цапфы Е.
 
Крышка (2) имеет центральное отверстие несколько меньшего диаметра, чем внутренний диаметр цилиндрической полости корпуса (1). В цилиндрическую полость корпуса (1) входит подвижно поршень (9), имеющий на нижнем конце кольцевой буртик К, сопрягающийся с цилиндрической поверхностью корпуса (1). Цилиндрическая наружная поверхность поршня (9) выше буртика К сопрягается с поверхностью центрального отверстия крышки (2), образуя направляющую пару при перемещениях поршня (9), а также ограничительный упор в крайнем верхнем положении.
 
На верхний торец поршня (9) установлена опора (10), в верхней части которой образована цапфа Л, а в средней части выполнен паз М, в котором смонтировано коромысло (11), соединенное с плунжером (12) и с опорой (10). В нижней части опоры (10) выполнено углубление, в котором размещен рычаг управления (18) (фиг.3) перепускным клапаном (19). В центре нижней части опоры (10) выполнено отверстие, выходящее в паз М, в котором установлен подвижно верхний конец плунжера (12).
 
Коромысло (11) соединено шарнирно осью (22) с опорой (10) и осью (13) с плунжером (12). В верхней и нижней стенках паза М установлены винты (14) для ограничения хода коромысла (11).
 
Поршень (9) выполнен полым. В нижнюю часть полости ввернут на резьбе H распределитель (15). Между дном поршня (9) и распределителем (15) закреплен обратный клапан (16), выполненный в виде кольцевой пружины с отогнутыми наклонно вниз лепестками. На нижнем торце распределителя (15) выполнена кольцевая выборка, в которой размещен подвижно диск Т перепускного клапана (19) (фиг.4).
 
Распределитель (15) выполнен в виде цилиндра с наружной резьбой Н, центральным И1 и боковыми отверстиями Ф и Я. В центральное отверстие И1 распределителя (15) входит подвижно полая ось перепускного клапана (19). Боковое отверстие Ф распределителя имеет вертикальный участок и наклонный в сторону центрального отверстия участок, пересекающийся с центральным отверстием Е1 перепускного клапана (19). Боковое отверстие Я распределителя выполнено параллельно центральному И1. Отверстия Ф, Я, Е1, Г1, В1 служат для перепуска шариков (17), поэтому имеют размер, соответствующий диаметру шарика.
 
Перепускной клапан (19) выполнен в виде полой оси, нижний конец которой выполнен в виде диска Т, а верхний конец имеет шлицы А1 (фиг.3) для соединения с рычагом управления (18).
 
В центральное отверстие Е1 перепускного клапана (19) входит подвижно плунжер (12).
 
В днище поршня (9) выполнено центральное коническое отверстие Ж1, в которое входят с зазором лепестки П обратного клапана (16) и боковое коническое отверстие Б1, сопрягающееся с отверстием Г1 обратного клапана (16). Распределитель (15) зафиксирован таким образом, что ось отверстия Я совпадает с осями отверстий Б1 и Г1.
 
Перепускной клапан (19) на своем диске Т имеет отверстие В1 (фиг.5), которое может быть совмещено с отверстиями Я, Б1, Г1 поворотом клапана (19) по стрелке Д1. Поворот осуществляется рычагом управления (18), соединенным с клапаном (19) посредством шлицевого соединения А1, (фиг.3) и выведенным через паз поршня (9) наружу.
 
Полость Ц поршня (9) является емкостью для размещения набора.шариков (17). Для обеспечения подачи шариков (17) под нижний торец плунжера (12) в верхней части поршня установлена пружина (20) с толкателем (21).
 
Применяют также центробежные муфты, в которых рабочим органом служат стальные шарики или дробь, смазываемые графитом.
 
В конструкциях применяют следующие материалы:
• закаленные высокоуглеродистые стали ШХ15СГ, ШХ15;
• цементуемые легированные стали 18ХГТ и 12ХНЗА;
• азотируемые стали (в виде накладных пластин) по чугуну;
• цветные сплавы: цинковый сплав ЦАМ10-5, бронзы БрАМЦ9-2 (в виде накладных пластин на направляющую меньшей длины) - в целях предотвращения заеданий, снижения трения, повышения равномерности;
• полимерные материалы на основе фторопласта-4 с наполнителями (бронзой, графитом или коксом, дисульфидом молибдена), применяемые в виде наклеиваемой на направляющую меньшей длины ленты толщиной 1,5;
• антифрикционные самосмазывающиеся пластмассы (ненаполненные фторопласты и полиамиды); с антифрикционными добавками графиты и др. 27%, пропитанные графитом, фторопластом, мягкими металлами.
 
Применение наполнителей (фторопласта, графита) понижает коэффициент трения по стали до 0,008. Рекомендуют применять смазку (растительное или машинное масло, графит).
 
Также могут добавляться присадки - графит, дисульфид молибдена и др.
 
Из твердых смазочных материалов основное практическое применение получили: коллоидальный (высокодисперсный) графит и двусернистый.
 
Коллоидальный графит заполняет микронеровности трущихся поверхностей, образуя графоидные поверхности, для которых характерны зеркальная гладкость, плотность и хорошая смачиваемость.
 
Для покрытий применяют материалы: со слоистой структурой (графит, дисульфид молибдена, нитрид бора и другие со связующими в виде смол или клеев); химически активные (фосфаты, фториды и др.
 
Сделан только первый шаг в освоении нового рабочего тела, к такому техническому решению  удалось придти в связи с трудностями применения обычной гидравлической жидкости в гидравлических системах работающих на глубине 1500 метров в условиях несовместимых с работой обычных гидросистем. Тем не менее в настоящее время ведутся проработки применения нового рабочего тела в других системах, где применение обычной гидрожидкости невозможно. Просматриваются и совершенно неожиданные решения, основой которых стало новое рабочее тело. В некоторых случаях шары могут подмагничиваются или в состав вводится магнитные шары (рис.4) [4], все определяется целесообразностью и экономическим обоснованием.
 
 
Литература:
1. Газомеханический амортизатор. Патент RU2409778 C1.
2 . Мультипликатор. Заявка: 2003127798/11, 08.09.2003.
3. Тормозное устройство. Патент RU2409778 C1.
4. Что интересного происходит в науке: Магнитные шарики-2 (www. igorivanov.blogspot.com/2011/02/2-magnetic-balls-2.html).
обязательном порядке в пространстве (15) между шаровыми телами (12) заливается смазывающая жидкость или порошок графита.
 
Рис.2. Тормозное устройство.
Устройство, показанное на рис.2 [2], представляет собой корпус (1) с радиальными цилиндрами (2), в которых подпружинено посредством пружин (3) установлены поршни (4) с закрепленными