Инновация из арки

Рязанские учёные создали подшипник, который изменит мир

Но главное, чтобы эту разработку внедрили, причем, повсеместно. Над этим еще долго работать, а вот само изобретение уже существует, и создано оно по технологии, которая не имеет аналогов по своей эффективности нигде в мире.

Речь идет об «арочном» принципе взаимодействия вращающихся деталей при передаче энергии механически. Началось все с арочных зубчатых колес, о которых наша газета писала ранее. Тогда ученым Рязанского Политеха удалось создать то, о чем мечтали механики всего просвещенного человечества последние два века. Дело в том, что «на бумаге» такие шестеренки давно изобрели и поняли, что это самая продуктивная форма для такого сочленения. Но вот изготавливать такие детали, да еще и в промышленных масштабах, никто так и не научился. В итоге, шестеренки до сих пор повсеместно имеют простые и хорошо знакомые всем прямые «зубчики», которые достаточно быстро стираются, а могут и сломаться.
Арочный вариант шестеренок, где зубчики имеют полукруглую форму, изнашиваются очень медленно. И когда метод изготовления таких колес, пусть и мелкими сериями, освоили в Рязани, то одним из первых испытательных полигонов для появившейся технологии стало крупное предприятие, производственные мощности которого расположены за полярным кругом. Там есть установка, которая работает круглосуточно и где шестерни взаимодействуют друг с другом в усиленном режиме. Раньше их приходилось часто менять. Даже самый лучший инструментальный металл не выдерживал нагрузок, но после того, как узлы заменили на рязанские арочные зубчатые колеса, уже много лет ремонт с заменой деталей не требуется. Все работает так, как будто износа вообще не может быть. Конечно, когда-то он наступит, и только тогда можно будет сказать, во сколько арочная технология долговечней, чем классическая. А пока практический эксперимент продолжается.

Но рязанские ученые не стали останавливаться на достигнутом и продолжили совершенствовать технологию. Старший преподаватель кафедры «Энергетические системы и точное машиностроение» Алексей Чернышов с коллегами недавно создал арочный подшипник. И это тоже прорыв в технологиях, который способен вывести человечество на новый уровень развития. Казалось бы, подшипник – мелочь в современном высокотехнологичном мире. Но с учетом его потенциальной долговечности и большего КПД он позволит сэкономить так много материалов и энергии, что это действительно может повлиять на все процессы в мире, и только положительно. С руководителем коллектива создателей нового технологического решения мы решили поговорить поподробнее и узнать, как создается будущее, буквально у нас под боком.

– С чего началась идея нового подшипника?

А.Ч. – Началось все с того, что обычный подшипник имеет втулку скольжения из металла. Там используется резиновая деталь. Он так и назывался всегда «резинометаллический подшипник». Резина достаточно недолговечный материал, и в процессе эксплуатации обычно такие подшипники не могут похвастать длительной работой. Подшипники такой конструкции используются в насосах: либо погружных водяных, либо в нефтяных. Конструкция насоса определяется как «электрический центробежный». Нагрузки на детали там значительные. А главное, что жидкость, которую насос качает, проходит непосредственно сквозь тело подшипника. И если этот насос забирает грунтовые воды или перекачивает нефть, которая содержит в себе твердые примеси, то получается такая картина: через подшипник протекает жидкость с частицами, которые работают как абразив. Это может быть грунт, песок, известняк, глина, частички тяжелых и легких металлов. Все это постоянно подтачивает части механизма. Он изнашивается очень быстро, поскольку где тонко, там и рвется. Изнашивается резиновая часть в первую очередь. Коэффициент полезного действия подшипника снижается. Мы переосмыслили конструкцию, пришли к выводу, что резина – материал устаревший. Кроме того, в обычных подшипниках есть канавки прямой или косой формы. Это тоже решили изменить. Наш новый подшипник вместо резины использует полимер, гораздо более устойчивый к износу. Потом мы чисто случайно вышли на арочную технологию, которая давно разрабатывается у нас в вузе. И расчеты показали, что, если сделать канавки детали по той же технологии, то это существенно увеличит КПД подшипника.

– А насколько легко будет освоить производство нового подшипника промышленности?

А.Ч. – Произвести арочный профиль достаточно сложно, если говорить о классическом подходе, когда производится фрезеровка из металлической заготовки. Там необходимо применять оригинальный криволинейный инструмент и соответствующее строение самого обрабатывающего станка. Но в нашем случае мы заложили в технологию применение 3D-печати. Это стало возможным, поскольку сама деталь с арочными канавками сделана именно из полимера, а не из металла. Кроме того, в случае необходимости, деталь можно легче доработать на станке. Но это ни коим образом не умаляет износостойкости полимеров в тех процессах, где они применяются в подшипнике.

– Как сейчас обстоит дело с поддержкой разработки?

А.Ч. – У нас уже есть ряд серьезных побед. Одна из них связана с тем, что студент бакалавриата Алексей Крысанов, который работает с нами, выиграл грант по федеральной программе «Умник». Его работа связана с новыми материалами, применяемыми в подшипнике. Сейчас мы готовимся участвовать в конкурсе студенческих стартапов, где представим свою инновационную технологию. Наш подшипник мы продемонстрировали на международном салоне «Архимед», который проходил в Москве. Мы получили там бронзовую медаль. Это очень хороший результат для прототипа. Точнее даже для расчетной модели. Наша разработка поддерживается за счет грантов, в частности Фонда содействия инновациям. А партнеров из мира промышленности, которые бы заинтересовались идеей, пока нет.

– А можно ли говорить, что ваша разработка потянет за собой и другие отрасли промышленности?

А.Ч. – Да, это так. Сейчас технология 3D-печати в производстве широко не применяется. А мы заявляем ее как условие для поточного промпроизводства нашего подшипника в больших объемах. Фактически мы сейчас создаем новую нишу, которая позволит, я надеюсь, модернизировать и разнообразить практику создания элементной базы на предприятиях. Сейчас пишутся обзорные научные статьи в Рязанском Политехе, которые описывают все эти процессы недалекого будущего. Мы стараемся популяризировать новые подходы к технологиям.