Сердце для станка. Можно ли создать двигатель без трущихся деталей?

Разработчики пермского политеха придумали новый электродвигатель. Они уже заканчивают создание прототипа, который вскоре опробуют на предприятии.

«Сегодня станки для обработки металлических деталей оснащены механизмами, которые преобразуют вращательное движение в возвратно-поступательное. Эти механизмы предполагают множество слабых мест, связанных с трущимися деталями, которые в большинстве случаев нуждаются в смазке. Это влечёт за собой дополнительные затраты на техническое обслуживание и капитальный ремонт. Поэтому сейчас большой интерес вызывают линейные электродвигатели, которые имеют более простую конструкцию и кинематику процессов. Их важной особенностью является преобразование электрической энергии в линейное или возвратно-поступательное движение без дополнительных устройств», – рассказывает один из разработчиков, аспирант электротехнического факультета ПНИПУ Никита Жужгов.

Учёные университета с начала года работают над разработкой.

«Главной задачей было сделать двигатель, который заменял бы комплект электроприводов, основанных на двигателях вращательного действия и механизмах преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. Таким бывает, к примеру, кривошипно-шатунный механизм, – уточняет Никита. – Новый двигатель исключает механизм преобразования вращательного движения в линейное. И двигатель уже сам, подавая на обмотки напряжение, преобразует электрическую энергию в линейное движение или возвратно-поступательное».

Внимание к деталям

В 2013 г. исследователи с кафедры электротехники и электромеханики пермского политеха по госзаданию создали линейный электродвигатель. Разработка стала успешной, её запатентовали. Сейчас двигатель используют в качестве плунжерного насоса для добычи нефти.

«В начале этого года поступило ещё одно госзадание. На одном из пермских предприятий стоят плоскошлифовальные станки с электроприводом. Решили сделать для них новый линейный двигатель меньших габаритов. В нём нет  трущихся деталей – подшипников, вкладышей и т. д. Значит, его не нужно смазывать и ещё как-то дополнительно обслуживать. Конструкция у двигателя проще. Он прослужит дольше. У традиционного двигателя с механизмом преобразования больше слабых мест. Там может сломаться крепёж или сам механизм преобразования. Всё это может привести к какому-то инциденту на предприятии», – рассказывает Никита.

Над разработкой он трудится не один. Ей занимается группа учёных. У каждого своё направление. Раз в неделю команда собирается, чтобы продумать план работ и выполнить задачи к следующей встрече.

Никита занимается исследованием переходных процессов. Его задача – смоделировать работу двигателя в специальной программе.

«Прежде чем устанавливать его в станок и запускать, я моделирую режимы работы двигателя в разных условиях – под нагрузкой, в холостом ходе и в смешанном режиме. В процессе удаётся найти слабые места, определить законы управления двигателем. В итоге разрабатывается логика управления двигателем. Всё это поможет не допустить инцидентов при работе готового образца», – поясняет он.

Сегодня разработка уже на финальной стадии.

«Сейчас идёт сбор испытательного образца. Готовы чашки под обмотку, сама обмотка, ротор. Осталось только всё соединить и подключить к источнику питания. До конца года надо представить полностью рабочий испытательный образец. После этого планируется внедрение двигателя в сам плоскошлифовальный станок и проверка его работы с новым двигателем», – говорит Никита.

Другие сотрудники занимаются расчётными параметрами двигателя, эскизами, изготавливают готовый образец и т. д. Затем команда техников собирает всё в единый образец. У созданного пермскими разработчиками двигателя пока нет аналогов в России.

«Подобные двигатели есть в Китае, но почти вся информация засекречена. Поэтому пока непонятно, насколько они аналогичны нашим», – говорит Никита.

Кстати, использовать двигатель можно будет не только в станках.

«Помимо сферы обработки металлов, разработку можно будет использовать в нефтедобыче и робототехнике. Разработка электроприводов с линейными двигателями сможет найти применение в мехатронных модулях робототехнических комплексов», – поясняет исследователь.

Тяга с детства

В создании разработки Никита участвует впервые.

«Мне очень интересно этим заниматься, нравится сам процесс. Полезно наблюдать за разными исследованиями, получать опыт. Когда видишь результат, делаешь первые успехи, появляется ощущение, что ты чего-то стоишь. Думаю, это только начало. И впереди будет ещё много разработок», –  говорит он.

Аспирант с детства испытывал интерес к электричеству. В университете его затянула наука.

«Изобретательство для меня не новый опыт. По жизни всё время что-то придумываю и воплощаю. В основном то, что пригодится в быту», – признаётся он.

Одна из его последних разработок улучшила качество жизни его домочадцев.

«Недавно сделал дома систему приточного воздуха, который обогревается за счёт отопления. Теперь попадая с улицы в дом, воздух проходит через радиатор, который подогревается котлом отопления. Затем он движется вдоль труб отопления, возвращается, проходит через второй радиатор, а затем поднимается в жилое помещение. В морозы воздух заходит в подполье, поэтому полы в доме становятся очень холодными. С помощью системы, которую я создал, стало теплее», – рассказывает он.