Прогресс в современных гидро- и пневмоприводах тесно связан с электрической системой управления и с постоянно расширяющимися возможностями микроэлектроники и комплексных систем регулирования, что, в свою очередь, позволяет улучшить и увеличить силовые и динамические свойства. Но данные приводы имеют ряд существенных недостатков, ограничивающие их применение в производстве и в различном оборудовании [1].
Активная разработка электропривода с 80-х годов 20-го века, может стать оптимальной альтернативой для замены пневмо- и гидропривода. Для этого сравним их преимущества, применение и недостатки [2].
Рассмотрим поподробнее каждый из типов приводов.
Гидравлический привод предназначен для преобразования механической энергии в гидравлическую, а затем снова в механическую для приведения в движение механизм рабочего оборудования. Гидравлическая энергия передается посредством жидкости, служащей рабочим телом гидропривода.
Масштабное внедрение в производство связано с созданием высокого усилия выдвижения штока и простой централизованной системы управления. Применяется она в строительно-дорожных, землеройных, подъемно-транспортных машинах, а также в авиации и космонавтике. В горной промышленности получили популярность гидравлические экскаваторы, способные создавать большие усилия внедрения ковша в горную породу, при этом имеющие высокую мобильность за счет дизельного генератора по сравнению с электрическими экскаваторами.
Гидропривод имеет ряд недостатков:
-Нагрев рабочей жидкости, связанное с потерей передающей энергии, что в свою очередь может привести к уменьшению вязкости, а также к износу уплотнительных элементов и утечки жидкости.
-затрудненная система монтажа, которая требует создания высокой степени герметизации, а также не попадание мелкого мусора в гидросистему при монтаже.
- загрязнение рабочей жидкости частицами от поверхности деталей.
-сложная система обслуживания, при которой требуется замена масла на новое, а также проверка и замена всех уплотнителей.
-низкий КПД, так как часть энергии переходит в тепловую энергию [3, 4].
Пневматический привод работает аналогично гидравлическому приводу, только вместо рабочей жидкости используется сжатый воздух.
Современный пневмопривод широко используется в технике для автоматизации управления машин при быстром перемещении выхода, а также, когда применение гидропривода невозможно для соблюдения правил пожаробезопасности. Пневмопривод установлен на таких механизмах как – привод кузнечного молота, в сварочном оборудовании; также используется в горном деле, например, в очистных комбайнах, в приводе (орган разрушения забоя, бермовые фреза, гусеничный ход, конвейер). Пневмопривод используется в комбайнах, работающих в тонких крутых пластах, где применение других приводов запрещено по технике безопасности [5].
Недостатками пневмопривода являются: низкий кпд 5-30% по сравнению с другими приводами, относительно большие габариты и вес гидромашины из-за создания рабочего давления, высокий уровень шума, достигающий 95-130 дБ, малая скорость передачи сигнала, что приводит к запаздыванию выполняемой операции. Перечисленные недостатки могут быть частично устранены с помощью комбинированного использования пневмопривода с другими приводами [6].
Электрический привод, способный преобразовывать электрическую энергию сразу в механическую, без посредственной энергии, получил высокую популярность, за счет данного преимущества, так как данное преобразование позволяет создать КПД до 90%, высокий уровень контроля и управляемости, возможность запрограммировать сложный алгоритм работы, а также простоту в монтаже и техобслуживании по сравнению с другими приводами [7].
В актуаторе (электроцилиндр) преобразование вращения вала электродвигателя в линейное перемещение создается с помощью роликовинтовых передач (РВП), шариковинтовых передач (ШВП) и передачи винт-гайка. Свое предназначение актуаторы получили в конце 20 века с развитием технологического оборудования, требующие высокого взаимодействия с входным сигналом. Они нашли применение в роботехнике, медицине, авиастроение и космонавтике. Например, в горном деле, электроцилиндры используются как автоподатчики для пневматических перфораторов, которые автоматизируют операцию подачи перфоратора вперед при бурении и назад после окончании бурения.
Основными недостатками электропривода являются: невозможность применения в условиях повышеной пожаробезопасности, хрупкость электронных деталей может вывести из строя систему, а также они имеют недостатки при подключении большого количество электроцилиндров. У каждого цилиндра будет свой электродвигатель и ряд другой аппаратуры, что делает их невостребованными при массовом монтаже, тогда как гидропривод требует одну пару насос-гидробак, и подведении трубок к нескольким гидроцилиндрам [2, 7].
В таблице приведено сравнение гидравлических, пневматических и электрических цилиндров, а также сравнение передач используемых совместно с актуаторами [8].
Сравнение характеристик различных линейных приводов
| Актуатор с РВП | Актуаторы с ШВП | Актуаторы с передачей винт-гайка | Гидравли-ческие цилиндры | Пневмати-ческие цилиндры | |
| Грузоподъемность | Очень высокая | Высокая | Высокая | Очень высокая | Высокая |
| Скорость | Очень высокая | Высокая | Низкая | Средняя | Очень высокая |
| Ускорение | Очень высокое | Высокое | Низкое | Высокое | Очень высокое |
| КПД | Очень высокий | Высокий | Низкий | Средний | Низкий |
| Цикл работы | Непрерывный | Периодический | Кратковременный | Периодический | Периодический |
| Точность позиционирования | Очень высокая | Высокая | Средняя | Средняя | Низкая |
| Жесткость | Очень высокая | Высокая | Высокая | Высокая | Низкая |
| Устойчивость к ударным нагрузкам | Высокая | Средняя | Очень высокая | Очень высокая | Низкая |
| Надежность | Очень высокая | Высокая | Средняя | Высокая | Средняя |
| Срок службы | Очень большой | Большой | Малый | Большой | Большой |
| Установка | Простая | Простая | Простая | Сложная | Сложная |
| Эксплуатационные затраты | Низкие | Низкие | Высокие | Очень высокие | Высокие |
| Воздействие на окружающую среду | Низкое | Низкое | Низкое | Высокое | Среднее |
Электроцилиндры являются ведущей альтернативой гидро- и пневмопривода, особенно в сферах деятельности человека, где требуется безотказная система, способная работать в различных условиях – при больших ударных нагрузках и с высокой грузоподъемностью.
Библиографический список
- Второе дыхание гидропривода // metal-working.ru URL: http://www.metal-working.ru/articles/articles_163.html (дата обращения: 27.10.2016).
- Актуаторы И электроцилиндры // izhora.ru URL:http://www.izhora.ru/postavschiki/aktuatory-i-elektrotsilindry.html (дата обращения: 28.10.2016).
- Актуаторы для замены гидравлики и пневматики. Электроцилиндры // Aktuator.ru URL: http://www.aktuator.ru/cylinder_actuator_replacement.shtml (дата обращения: 28.10.2016).
- Преимущества гидропривода и его недостатки // remgidro.ru/ URL: http://remgidro.ru/preimushestva-gidroprivoda-nedostatki/.html (дата обращения: 28.10.2016).
- Аксенов В. В., Ефременков А. Б., Блащук М. Ю., Тимофеев В. Ю. Обзор трансмиссий горной техники // ГИАБ. 2010. №12. URL: http://cyberleninka.ru/article/n/obzor-transmissiy-gornoy-tehniki (дата обращения: 04.12.2016).
- Пневматический привод // gidravl.narod.ru URL: http://www.gidravl.narod.ru/pnevpriv.html (дата обращения: 28.10.2016).
- Электроцилиндры – альтернатива гидроприводу // URL: http://www.sdmpress.ru/online/420091325.pdf (дата обращения: 28.10.2016).
- Электроцилиндры // bergab.ru URL: http://www.bergab.ru/lmelectriccylinders.shtml (дата обращения: 28.10.2016).