Проект

Наименование – 3-х линейный клапан для системы смазочно - охлаждающей жидкости (СОЖ) металлорежущего станка. Шифр: КВДСЭ.015.025.00.00.00. Функциональное назначение:  -распределение потока СОЖ при давлении до 14 МПа в двух направлениях; -регулирование подачи СОЖ под разным давлением (переключатель давления); -включение и выключение сопла подачи СОЖ; -предотвращение избыточных гидравлических давлений (уменьшение нагрузки на насос и систему СОЖ); -переключение сопла СОЖ. Виды станков применения: а) Токарные станки, б) Сверлильные и расточные станки, в) Фрезерные станки, г) Протяжные станки, д) Шлифовальные, полировальные, доводочные станки, е) Зубообрабатывающие и резьбонарезные станки, ж) Разрезные станки. Среда: смазочно – охлаждающие жидкости (СОЖ) станков. Тип станков: без ограничений. Материал уплотнения: комбинированный (эластичный и металлический). Давление СОЖ: 3 МПа, 7 МПа, 14 МПа. Диапазон температур рабочей среды: 0..+300С. Утечки через седло клапана: не более 20 см3/мин. Напряжение питания: 100VAC, 200VAC, 110VAC, 220VAC, 24VDC, 12VDC. Электрический разъем: DIN, М до 5 контактов. Диаметр прохода: 3/2, 2/2. Ресурс 3 млн.цикл, не менее. Потребляемая мощность: не более 0,35Вт. Информационная защищённость: Российский BIOS. Климатические условиях: – минимальная температура окружающей среды – минус 40 °С;  – максимальная температура окружающей среды – плюс 50 °С;  – относительная влажность воздуха – до 80 % без конденсации;  – атмосферное давление – от 80 до 110 кПа (от 600 до 825 мм рт.ст.) Устойчивость к следующим механическим воздействиям: синусоидальной вибрации ускорением 1g в диапазоне частот от 5 до 500 Гц.  Параметры электромагнитной совместимости: -удовлетворяет нормам индустриальных радиопомех, установленным для оборудования класса «А» по ГОСТ 30805.22-2013.  -удовлетворяют критерию качества функционирования А по требованиям устойчивости к воздействию электромагнитных помех в соответствии с ГОСТ 30804.22-2013 в части: уровень электростатического разряда в соответствии с ГОСТ 30804.4.2-2013 (степень жесткости 1); радиочастотное электромагнитное поле в соответствии с ГОСТ 30804.4.3-2013 (степень жесткости 2);  наносекундные импульсные помехи по цепи электропитания в соответствии с ГОСТ 30804.4.4-2013 (степень жесткости 3); микросекундные импульсные помехи большой энергии по цепям электропитания в соответствии с ГОСТ Р 51317.4.5-99 (степень жесткости 2). Динамические изменения напряжения сети электропитания в соответствии ГОСТ 30804.4.11-2013, Класс электромагнитной обстановки 3;  Колебания напряжения питания в соответствии с ГОСТ Р 51317.4.14- 2000, класс электромагнитной обстановки 3.  Пример исполнения:  - Наименование: «Клапан 3-х линейный системы СОЖ металлорежущего станка»; - Код изделия: КВДСЭ 1 21 АВ - 70 G 10; -расшифровка:  		-тип размера «1»: КВДСЭ10 - введенная аббревиатура данного диаметра; 		-тип клапана «21»: 2/2Н3 диаметр 2/2 дюйма, резьба левая шаг 3 Н3; 		-материал уплотнений «АВ»: комбинированный, 1-й слой МБС-С ГОСТ 7338-90, 2-й слой - СКФ-26 ГОСТ 18376-79; 		-диапазон давлений «70»: до 7 МПа; 		-тип резьбы «G». 		-присоединительная резьба «10»: G3/8 дюйма. Стоимость 39 000 руб.

Научная новизна 
Разработанный ООО “ПРОТОН” “3-х линейный клапан для системы смазочно - охлаждающей жидкости (СОЖ) металлорежущего станка КВДСЭ.015.025.00.00.00” обладает следующей научной новизной 
1. Новая конструкция 3-х линейного клапана, содержащая в себе корпус с 3-я отверстиями под подачу/отвод охлаждающей жидкости, единым золотником, имеющим 2-е полости для перекрытия и регулирования потока в 2-х запорных узлах корпуса, отличающаяся тем, что конструкция позволяет сформировать положения между “открыто”, “закрыто” и “регулирование” в 2-х запорных узлах таким образом, что единым золотником обеспечивается выполнение следующих функций: 
-распределение потока СОЖ при давлении до 14 МПа в двух направлениях; 
-регулирование подачи СОЖ под разным давлением (переключатель давления); 
-включение и выключение сопла подачи СОЖ; 
-предотвращение избыточных гидравлических давлений (уменьшение нагрузки на насос и систему СОЖ);
 -переключение сопла СОЖ. 
Одновременное управление в двух запорных узлах с разными функциями обеспечивается конструкцией золотника, представляющего собой цилиндр с различными комбинациями поверхностей по длине. При перемещении золотника внутри корпуса, в зависимости от положения занятых взаимно соприкасающихся поверхностей, между двумя запорными узлами, позволяет выполнять функции по регулированию расхода, поддержания давления и уровня в заданных пределах, а также смешивания различных сред в необходимых пропорциях для каждого входного и выходного отверстия для гидрожидкости. Работоспособность данного узла опробована на этапе конструкторских работ посредствам движения 3D моделей в программе трехмерного моделирования SolidWorks. 
2. Инновационная конструкция запорного органа, заключающаяся в новом подходе конструирования запорного органа 
– формирование комбинации последовательно расположенных уплотнений: 
-первое уплотнение: эластичное в форме фторопластового кольцевого вкладыша,  (фторопласт 40), который деформируется при заделке между двумя коническими поверхностями штока и обоймы уплотнительного узла. 
Данное решение обеспечивает стабилизацию хода клапана и его гидравлических характеристик в условиях высоких давлений и загрязненной, химически агрессивной среды. 
-второе уплотнение: металлическое, представляющее собой кольцо из высокопрочных антифрикционных материалов (ВБр5 и ее аналогов), которое зафиксировано механически в цилиндрической полости корпуса посредством крепления на резьбе. 
Данное решение позволяет обеспечивать эффективную работу регулирующего клапана в условиях высокой температуры и давления при управлении сложными, агрессивными, пожароопасными, токсичными и прочими рабочими средами. 
Комбинированное уплотнение, состоящее из двух последовательных слоев (эластичного и металлического), обеспечивает следующие состояния работы:  
-первичное уплотнение находится во взаимодействии с элементом управления потоком, когда вторичное уплотнение находится в не рабочем состоянии, и 
-вторичное уплотнение, по меньшей мере частично расположенное внутри первичного уплотнения, обеспечивает герметичность затвора, в случае потери работоспособности первичного уплотнения. 
По мере износа первичного уплотнения, в случае нарушения герметичности, в рабочий процесс перекрытия потока включается вторичное (металлическое) уплотнение, которое гарантированно перекрывает поток. Клапан обеспечивает полную герметичность затвора в закрытом положении, в том числе при двустороннем направлении потока среды, за счет применения специальной комбинации запирающих уплотнений. Шток клапана разгружен по давлению рабочей среды, что позволяет производить точную регулировку с приложением минимальных усилий. 
3. Новый электронный блок управления, базирующийся на контроллере Российской разработки, который позволяет управлять клапаном по заданной программе и осуществлять контроль параметров среды (СОЖ), с возможностью оперативного изменения параметров. Базой инновационного интеллектуального клапанного контроллера является микропроцессор «Эльбрус-2С3» (ОЗУ 8ГБ, SSD от 16 ГБ, 4хEthernet 10/100/1000, 2xRS-232, 2xRS-485, 2xUSB 2.0, 1xHDMI, Audio, m.2, 1xTTL вход, 1 выход, ключ). Прибор имеет локальный интерфейс пользователя для настройки на местах. Микроконтроллер регулирует положение клапана, проводя измерения: входного сигнала; положения клапана с помощью бесконтактного сенсора; давления привода; давления питания; положение золотника; температуры СОЖ.  
Электронный блок управления клапана для СОЖ, имеет следующие преимущества: 
-Функция постоянной самодиагностики самого прибора и встроенная возможность проведения тестов для проверки всей клапанной системы; 
-Модульное строение прибора, позволяющее максимально легко сделать дооснащение прибора до нужного варианта путём замены необходимых блоков и компонентов; 
-Бесконтактный датчик считывания положения, обеспечивающий высокую надёжность и ресурс прибора; 
-Поддержка промышленных протоколов (FF, PF, HART) и опциональное исполнение Exd; 
-ПО для диагностики и конфигурации; 
-Расширенный функционал настройки прибора; 
-Встроенные счётчики наработки прибора для планирования обслуживания; 
-Чрезвычайно высокая надёжность и безотказность в работе.
Предложенные инновации позволяют клапану проводить регулировку характеристик потока СОЖ со сверхвысокой скоростью (не более 2 с) и точностью (отклонения не более 2%). Особенностью разработанного клапана является сочетание быстрого времени срабатывания регулирующего элемента (до 2 секунд), мгновенного реагирования на команды управления, высокой точности позиционирования (до 0,5%) и минимальных автоколебаний. Данные параметры имеют особую важность при использовании клапанов в качестве регулирующей арматуры новейших систем циркуляции СОЖ станков, где происходит непрерывное отслеживание и корректировка динамических характеристик с целью обеспечения номинальной работы, предотвращения выхода на «зарежимные» показатели. Кроме того, разработанный клапан имеет ряд настраиваемых параметров, позволяющих адаптировать его для работы в конкретном технологическом оборудовании (станке), в том числе в режиме автономного поддержания заданных параметров регулируемого потока СОЖ. Также может быть настроен алгоритм работы в аварийной ситуации при обрыве коммутирующих линий – клапан может автономно принять любое предварительно заданное положение.

Результаты испытаний

В рамках соглашения о сотрудничестве №2023/032 от 20.11.2023 с ПАО «САСТА» о проведении испытаний экспериментального образца в условиях предприятия - изготовителя станков моделей ПАО «САСТА» (Акт испытаний экспериментального образца «Клапан 3-х линейный системы СОЖ металлорежущего станка (экспериментальный образец)» от 20.02.2024). 
Установлено: 
1. Экспериментальный образец «Клапан 3-х линейный системы СОЖ металлорежущего станка (экспериментальный образец)» взаимозаменяем с зарубежным аналогом SMC Corporation модель SGH ½ в части:
 -присоединительных размеров; 
-программных средств; 
-выполняемых функций; 
-ресурса и надежности.
2. Экспериментальный образец «Клапан 3-х линейный системы СОЖ металлорежущего станка (Экспериментальный образец)» подтвердил все заявленные характеристики, в соответствии с требованиями ТЗ.  
Заключение: Рекомендуется к замещению зарубежных образцов (SMC Corporation модель SGH (Япония), DMG MORI Suppl.766915 (Германия), Spray System (Китай)) на российский аналог составной части (комплектующее) системы циркуляции СОЖ станков производства ПАО «САСТА».