Павлов В. Потомки гидропушки (Изобретатель и рационализатор, 1974, N5)
 Навигация
 
 

Войцеховский Б.В.




     *библиография + база данных
     *жизнь и деятельность
     *избранные труды



Научные школы ННЦ
 
ПАВЛОВ В. ПОТОМКИ ГИДРОПУШКИ *
 

«Театр начинается с вешалки». Применительно к лаборатории Института гидродинамики, возглавляемой членом-корреспондентом АН СССР Б.В.Войцеховским, эту формулу Станиславского нужно перефразировать так: «Наука начинается с помещения». И действительно, основной корпус лаборатории, в котором разместилось опытное производство, выглядит весьма необычно даже для новосибирского Академгородка. Снаружи он напоминает своей арочной кровлей, стоящей почти что на самой земле и покрытой пластмассовой пленкой, временную теплицу, сооружаемую на случай весенних заморозков, внутри же - это просто гаражная яма, только очень большая, предназначенная как бы для Гулливеров. Спустившись на десяток ступеней вниз, вы оказываетесь в просторном светлом цехе, похожем на машинный зал электростанции или на картинную галерею, освещенную верхним светом. Как говорится, «дешево и сердито»: стены и пол - покрытая гидроизоляционным слоем земля, потолок - легкие арки с прозрачной пленкой, между слоями которой воздушные промежутки, сохраняющие тепло. Если нужно поставить или демонтировать тяжелую установку - к «теплице» сразу подкатывает автокран. Он снимает несколько секций крыши и открывает путь для монтажников.

Впрочем, оригинальность производственного помещения не удивительна: лабораторию возглавляет изобретатель, обладатель более чем шести десятков авторских свидетельств. «Стиль - это человек », как говорил когда-то Бальзак, а теперь говорим мы, чтобы закончить первую главку такой же изысканной и общеизвестной цитатой.


ПУШКА - НАЧАЛО НАЧАЛ

Писать о знаменитой гидропушке, наверное, не менее неприлично, чем называть телеграф длинным ухом, и вместе с тем неизбежно, поскольку как раз с нее началась вся та длинная серия изобретений, о которых речь пойдет ниже. Внешне рабочая часть пушки представляет собой ствол, но только стреляющий не снарядами, а водяной струей, которая бьет под давлением в несколько тысяч атмосфер (давление в обычном водопроводе - 4, в магистрали тысячетонного гидропресса - не больше 300 атм). И если говорят, что капля камень долбит, то такая струя способна просто рассечь его в мгновение ока.

Олег Иванович Гребенник, сотрудник СКБ гидроимпульсной техники, охотно демонстрирует гранитные глыбы с прорезанными в них отверстиями разного профиля. Любые камнерезные работы пушка выполняет в 10 раз производительнее механических установок, и такая производительность вполне окупает троекратный расход энергии.

Что же касается очистки точного литья, то здесь гидропушки буквально революционизировали всю технологию. Обычно для удаления остатков формовочной смеси детали приходится травить в ваннах с плавиковой кислотой. При этом от 20 до 40 процентов деталей отправляется в брак. Водяная струя дает тот же очистительный эффект, что и кислота, а брак практически равен нулю.

Путь к созданию пушки, в полном соответствии с изобретательскими традициями, отнюдь не был устлан розами. Главная техническая загвоздка была в источнике непрерывного высокого давления. Ведь и струя, вылетающая из сопла, должна быть непрерывной, как будто она льется из водопроводного крана. Но то, что возможно при 4, невозможно при 2000 атм. Ибо не существует таких насосов. Давление до такой степени можно повысить только в мультипликаторе - устройстве, состоящем из двух связанных между собою цилиндров. В большой цилиндр подается жидкость под относительно низким давлением, скажем 300 атм, и поршень перемещаясь нажимает на поршень малого цилиндра. Соотношение размеров подбирается так, чтобы на выходе из малого цилиндра и получить нужные 2000 атм.

Но мультипликатор выдает жидкость высокого давления только небольшими порциями, ибо ход у него ограничен. Выход вроде бы очевиден: поставить рядом несколько мультипликаторов и подключать их к пушке поочередно. Но этого-то никто никогда раньше не делал. Так возникла первая конструкторско-изобретательская задача.

И вот они стоят, четыре мультипликатора рядом, похожие на счетверенный пулемет. Вместе с небольшим невзрачным «узелком», прячущимся позади, они образуют установку ТВД-2000- трансформатор высокого давления на 2000 атмосфер. А незаметный «узелок» (а.с. N 239802) и есть изюминка всей установки, ибо это тот самый переключатель, который связывает мультипликаторы с насосом. Он состоит из цилиндрического корпуса, в котором насверлены отверстия по числу мультпликаторов, и вращающегося ротора с каналом, по которому жидкость из насоса поступает попеременно к каждому из этих отверстий, а значит, и к каждому из мультипликаторов.

Теперь непрерывность струи обеспечена. Но где взять не существующий пока материал для уплотнительных манжет, способных выдерживать 2000 атм.? Б.В.Войцеховскому с сотрудниками удалось с успехом использовать резинотканевые манжеты, которые обычно «не тянут» больше чем 200-300 атм. Уплотнение стало как бы многоэтажным. На каждом «этаже», т.е. на каждой манжете, давление падает примерно на 200 атмосфер, т.е. в допустимых для нее пределах. 10 «этажей» - 10 манжет - создают перепад в 2000 атм. Многоэтажное уплотнение можно превратить в спиральное, когда стоит, по сути дела, одна манжета со спиральной канавкой, в извивах которой и гасится давление.

Итак, есть непрерывная струя, извергающаяся под давлением 2000 атм. Но нужно уметь маневрировать ею. Чтобы вертеть стволом по вертикали и по горизонтали, нужны шарнирные соединения. При высоком давлении (2000 атм) это трудноразрешимая проблема. Избежать шарниров удалось опять-таки с помощью изобретения. Трубу, по которой устремляется вода высокого давления к выходному соплу, закрутили в спираль. Благодаря ее упругости сопло и стало свободно ходить на угол 30° во все стороны.


ТРУБА ВМЕСТО ДОЛОТА

Обработка мощной водяной струей не всегда удобна. В шахтных забоях, например, удобней гидромолоты, также использующие энергию сжатой жидкости или газа. При всех их конструктивных различиях у них один и тот же принцип действия. В любом гидромолоте вы обязательно найдете ресивер, т.е. емкость, заполненную воздухом, и цилиндр, в котором ходит шток с поршнем. На конце штока обычно укрепляют боек или ударник, которым и колотят по породе. Подавая в одну из полостей цилиндра воду, перемещают поршень, сжимая воздух в другой полости, а значит, и в ресивере. Гидромолот взводят. Теперь стоит лишь соединить первую полость с атмосферой, как давление в ней падает и неуравновешенный более боек бьет по породе.

Ахиллесова пята таких молотов - место соединения штока с бойком, не выдерживающее сильных ударов. Такая в принципе мелочь до сих пор была основным препятствием к увеличению мощности молотов. А обычные молоты, имеющие в среднем энергию удара лишь 2 тонно-метра, не в состоянии эффективно проходить гранитные породы.

Новый молот (а.с. N 241366), спроектированный Б.В.Войцеховским, Г.Ф.Горбачевым, Г.Я.Шойхетом и другими сотрудниками, стоял тут же, в опытном цехе. Из двухметрового цилиндрического корпуса торчал, словно отточенный грифель карандаша, острый конец ударника. В корпусе поместился весь механизм, в его стенках удалось спрятать даже ресивер. В том месте, где с ударником соединяется шток, изобретатели сделали углубление, заполнили его эластичным материалом и вставили жесткий диск. Края у диска они сделали закругленными, уплотнения штока - плавающими, а рабочей поверхности поршня придали криволинейную форму. Теперь шток и поршень имеют возможность перекашиваться, поворачиваться, смещаться относительно друг друга, не ломаясь ни при каких ударных нагрузках. В общем, шток соединен с ударником как бы шарнирно. В этом тривиальном с точки зрения сопромата новшестве, оказавшемся просто-таки решающим с точки зрения работоспособности конструкции, и заключается вся изюминка изобретения.

Теперь энергия удара может достигать 20 тонно-метров. Такой гидромолот легко рушит породу, в 3-4 раза более крепкую, чем обычно. Проходческий комбайн, созданный на базе такого гидромолота, уже с успехом работает под землей, например на шахте Бутовской в Кемеровской области. Особенную эффективность гидромолот продемонстрировал на руднике Тырнауз, где горнякам, добывающим молибден, приходится проходить гранитные массивы. Молниеносность удара, зависящая от повышенной мощности молота, способствует увеличению стойкости инструмента, который теперь можно делать из недорогой стали. Специалисты ведущей в этой области техники американской фирмы прикинули, что проходческий комбайн на основе изобретения новосибирцев сократит расходы на инструмент почти в 20 раз по сравнению с теперешними.

Сам Войцеховский считает еще более перспективным использовать гидромолоты при бурении. По его подсчетам, гидроударное устройство мощностью 35 тонно-метров способно за один удар пройти 4-5 мм в известняке и 3 мм в граните.

При 20 ударах в минуту это обеспечит скорость проходки порядка 3,5-10 м в час.

Бурильщикам давно известна такая закономерность: чем больше площадь бурильного инструмента, тем меньше удельная нагрузка, при которой разрушается грунт. Однако в их распоряжении не было достаточно мощного источника энергии, способного привести в действие большой инструмент. Поэтому-то и бурили всегда небольшими долотами. Зубья долот, вгрызаясь в твердый грунт, разрушают его благодаря очень высоким удельным нагрузкам и в результате сами быстро выходят из строя.

Гидроударное устройство оперирует обычной трубой, которая служит ему бурильным инструментом. Площадь контакта трубы с грунтом значительно больше, чем у зубьев долот. Ну, а 35 тонно-метров - эта мощность говорит сама за себя.

После 1000 ударов износ трубы составляет всего 0,1 мм, так что проходка двухсот-трехсот метров скважины без удаления инструмента в данном случае гарантирована. Изобретатели полагают, что на погружное гидроимпульсное устройство, которое патентуется сейчас в нескольких странах, будет большой спрос.


«СИБИРЬ» И «ЕРМАК»

Первый паровоздушный молот появился в 1839 г., и с тех пор он не претерпел сколько-нибудь принципиальных изменений.

Когда появились труднодеформируемые сплавы с повышенным содержанием никеля, хрома, титана, молибдена, вольфрама, для их обработки потребовалось увеличить рабочие усилия. Поскольку кинетическая энергия удара молота зависит только от массы падающей бабы и скорости ее падения, увеличить эту энергию можно либо утяжелением соударяющихся частей, либо увеличением их скорости. Когда возможности первого пути были исчерпаны, молоты сделали качественный скачок: в середине пятидесятых годов появились высокоскоростные машины. Скорость падающих частей выросла с 6 до 30-40 м/сек.

Разгон масс в высокоскоростных молотах производится сжатым газом, например азотом. Их недостаток - высокая напряженность конструкции в момент удара, приводящая к поломкам штоков, а зачастую и деталей станины. Новосибирцам же удалось разработать конструкцию, не только обладающую высокой надежностью, но и счастливо соединяющую в себе свойства двух совершенно разных кузнечных машин - высокоскоростного молота и гидропресса. Она так и называется: пресс-молот (а.с. N 202696).

В его конструкцию заложен принцип знакомого нам гидромолота: замена жидкостью жесткой связи между поршнем, на который воздействует сжатый газ, и плунжером, разгоняемым для удара со скоростью 30 м/сек. Подаваемая в полость между плунжером и поршнем эта жидкость как бы заряжает молот, оттесняя поршень вниз и тем самым сжимая газ, находящийся под ним. Плунжер же остается на месте благодаря специальным упорам. Если теперь сбросить над поршнем давление, он устремится вверх, подгоняемый сжатым газом, приводя через массу жидкости в движение плунжер. Энергия удара молота достигает 200 тонно-метров. Чтобы повысить долговечность машины, одну из соударяемых масс составляют из отдельных пластин, а чтобы предохранить раму от перегрузки, на колоннах ставят демпфирующие устройства. Если поршень оставить в покое, а под плунжер подать жидкость давлением 320 атм, то машина будет работать как пресс, развивающий усилие 1000 т.

Время удара при работе в режиме молота исчисляется тысячными долями секунды, что приводит к качественно новым явлениям при штамповке. Так, за 5-6 ударов удается столь сильно уплотнить титановую губку, что получившиеся брикеты без всякого переплава можно уже прессовать. Это существенно упрощает титановую технологию и тоже признано изобретением.

В лаборатории можно увидеть пресс-молот «Сибирь», а на одном из заводов уже идет наладка пресс-молота «Ермак», более мощного и совершенного, чем первый образец. Но хотя с момента создания «Сибири» прошло уже немало времени, до сих пор никто не готовится к промышленному выпуску этих машин.

Дело не в том, что конструкция имеет какие-то недостатки. Проблема широкого внедрения в промышленность тех или иных новшеств зависит от множества факторов. В данном случае дело явно тормозит отраслевой институт ЭНИКмаш, находящийся в Воронеже. ЭНИКмаш отстаивает свои конструкции, и для них новосибирцы - чужаки, ломающие устойчивый круг идей и взаимоотношений. А путь новой машины в отрасль лежит через отраслевой институт...

Когда знакомишься с другими прикладными разработками новосибирцев, невольно возникает тот же вопрос: не связаны ли многие внедренческие трудности с нежеланием некоторых головных организаций нарушить сложившиеся традиции? Это приносит двойной вред. С одной стороны, лежат на полках ценные проекты, а с другой - нельзя же на разработчиков и изобретателей целиком взваливать многолетнее проталкивание своих конструкций в промышленность вместо того, чтобы изобретать новые. Ведь природа творчества такова, что все время возникают свежие идеи, которые оттесняют старые, заставляют охладевать к ним.


 * Павлов В. Потомки гидропушки // Изобретатель и рационализатор. - 1974. - N 5. - С.14-18.
 

Научные школы ННЦ Б.В.Войцеховский | Литература о жизни и деятельностиПодготовили Клара Елкина и Сергей Канн  
 


[Начало | О библиотеке | Академгородок | Новости | Выставки | Ресурсы | Партнеры | ИнфоЛоция | Поиск | English]
В 2004-2006 гг. проект поддерживался грантом РФФИ N 04-07-90121
 
© 2004-2021 Отделение ГПНТБ СО РАН (Новосибирск)
Статистика доступов: архив | текущая статистика

Документ изменен: Wed Feb 27 14:56:24 2019. Размер: 29,599 bytes.
Посещение N 1980 с 08.09.2005