В Самарском университете создали уникальный термосиловой привод

Многозвенный силовой привод на основе проволочных элементов из нитинола выдерживает тысячу рабочих циклов. Продолжительность рабочего цикла - не более 15 секунд
Многозвенный силовой привод на основе проволочных элементов из нитинола выдерживает тысячу рабочих циклов. Продолжительность рабочего цикла - не более 15 секунд

Ученые вуза запатентовали многоцикловый термосиловой привод. Усилие в нем развивают не привычные гидравлика, пневматика или электродвигатель, а проволока из нитинола - сплава никеля и титана, который обладает уникальным свойством - памятью формы.

Где спрятан моторчик?

Корреспондент «ВК» посетил лабораторию прогрессивных технологических процессов пластического деформирования (НИЛ-41) при кафедре обработки металлов давлением Самарского университета. Здесь нам показали небольшое устройство размером со стопку учебников - компактный пресс. Такое оборудование годится для штамповки небольших деталей - шайб, прокладок и прочей мелочевки. Хорошо оно подходит и для просечки отверстий в таких деталях, для прессования лабораторных образцов.
Казалось бы, а что здесь необычного? Внимательно присмотревшись, мы не увидели ни шланга со сжатым воздухом, ни трубки с гидросмесью, которые были бы подведены к прессу. Правда, есть провода, и штепсель подключен к розетке. Но где же электродвигатель? Спрятан в корпусе? Нет. Ни в станине, ни в стойках мотор нужной мощности не спрячешь. Пружины или рычага, чтобы надавить рукой, тоже нет.
Тем временем сотрудники лаборатории поместили на матрицу штампа заготовку. Нажата кнопка, пауза, щелчок – пуансон стремительно бьет по заготовке и через пару секунд отскакивает обратно. Готова отштампованная аккуратная деталька. Подносим еще одну заготовку, и все повторяется.
Как же он работает - без гидроцилиндров, без пневматики, без электромотора? Не силой же мысли? Почти угадали, только не мысли, а памяти. Усилие развивается благодаря так называемой «памяти формы», объясняет нам научный руководитель НИЛ-41, профессор Владимир Глущенков.

Тренировка памяти

Главные элементы силового привода изготовлены из удивительного титано-никелевого сплава - нитинола. Есть у него необычное свойство - «запоминать» форму, которая у него была до деформации, и при нагреве выше определенной температуры «вспоминать» эту исходную форму. Температуры, при которых происходят прямое и обратное превращения, зависят от марки сплава, от его химического состава. Например, согнули нитиноловый стержень при комнатной температуре, а стоит нагреть его до +100 градусов Цельсия, он «вспомнит» свое предыдущее состояние и выпрямится. Но не навсегда. Стоит ему остыть, и он вновь согнется.
В Куйбышевском авиационном институте (сейчас Самарский университет) материалы, обладающие свойством «памяти формы», изучались с 1970-х годов. В поле зрения ученых оказались самые разные сплавы, в том числе титано-никелевый ТН-1. С середины 1980-х это научное направление в вузе возглавил профессор Виталий Барвинок, ставший потом членом-корреспондентом РАН.
Родилась идея: использовать усилия, возникающие при нагреве и остывании стержней, в силовых приводах. Так появились устройства для испытаний материалов на растяжение, компактные прессы, резаки. Их использовали в космических экспериментах, но сработать они могли лишь один раз. Дело в том, что сплавы быстро «теряли память». За 4-6 циклов они все «забывали». Стержни нужно было «тренировать» заново. Пришлось искать новые решения. Приводы стали многоцикловыми, методы их расчетов и технология легли в основу кандидатской аспиранта Василия Феоктистова в 1987 году.

Нашли решение

Но как добиться быстродействия? Ведь силовые стержни нагревались медленно и не слишком равномерно, да и остывали тоже не быстро. А что если вместо стержней использовать тонкую проволоку, например, диаметром всего 1-1,5 мм? Или, скажем, тонкую нитиноловую полосу? Они как раз быстро и нагреваются, и остывают. А нужное усилие можно получить, если таких элементов будет несколько. Профессор Владимир Глущенков и младший научный сотрудник НИЛ-41 Валентина Алехина, предложившие это решение несколько лет назад, экспериментально доказали: многозвенные силовые приводы на основе проволоки из сплава ТН-1 обеспечивают не только быстродействие (рабочий цикл - всего 15 сек.), но и нужное усилие. Вплоть до нескольких тонн, дело лишь в количестве проволок.
Привод удался. Сейчас он выдерживает до одной тысячи циклов. На 63-м Всемирном салоне инноваций, научных исследований и новых технологий «Брюссель - Иннова/Эврика 2014» эта разработка удостоилась золотой медали.

И в космосе, и на земле

За шесть десятилетий с момента изобретения нитинола в мире нашли много применений его уникальным свойствам. Сейчас благодаря исследованиям ученых Самарского университета появился быстродействующий нитиноловый термосиловой привод для различного оборудования. Получен патент на полезную модель, так что новизна идеи надежно защищена.
«Устройства на основе такого привода очень просты и хорошо подходят для работы в космосе, там, где сложно использовать гидравлику или пневматику, - рассказывает Валентина Алехина (на фото). - Привод надежно работает в вакууме, для изменения формы его силовых элементов нужен только электрический нагрев. А солнечные батареи есть на любом космическом аппарате».
Сейчас идет разработка прибора для измерения микротвердости материалов, которые проходят испытания в условиях космического пространства. Измерения будут выполняться через определенные промежутки времени прямо во время орбитального полета. А приводить в действие рабочий орган «твердомера» будет нитиноловый привод.
Он также хорошо подходит для оснащении спецоборудования МЧС, есть мысли использовать его и в устройствах аварийного спасения. Компактные и простые прессы с таким приводом могут работать на производстве. Это даст большую экономию электроэнергии и производственных площадей. Но для этого желательно увеличить количество рабочих циклов - с нескольких тысяч до миллиона. И появление таких разработок - дело недалекого будущего.

Владимир Глущенков,

научный руководитель лаборатории прогрессивных технологических процессов пластического деформирования Самарского университета:

- Нитинол используется в разных сферах деятельности. Очень интересно его применение в медицине - в травматологии, в стоматологии. Нам удалось занять пустующую нишу - создать быстродействующий многоцикловый привод на основе этого материала с памятью формы. Теперь нужно работать над увеличением количества рабочих циклов, к примеру, до миллиона.

159

Последние статьи

22 августа
21 августа
20 августа
19 августа
16 августа

Архив Экономика и бизнес

Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
29 30 31 1 2 3 4
5 6 7 8 9 10 11
12 13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 1 2